Современные типы каналов связи забойных телеметрических систем с наземным оборудованием. Кумфо К.Д._РБ-18-02. Реферат Дисциплина Бурение наклонных горизонтальных и многоствольных скважин

• Название: Реферат Дисциплина Бурение наклонных горизонтальных и многоствольных скважин
• Анкор: Современные типы каналов связи забойных телеметрических систем с наземным оборудованием
• Дата: 26.02.2022
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: Кумфо К.Д._РБ-18-02.docx
• Тип: Реферат; #374833

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин

Реферат

Дисциплина: «Бурение наклонных горизонтальных и многоствольных скважин»
Тема реферата: «Современные типы каналов связи забойных телеметрических систем с наземным оборудованием. Основные элементы, преимущества и недостатки каждого типа.»

Выполнил: студент группы: РБ-18-02

Кумфо К.Д.
Научный руководитель:

к.т.н., доц. Лубяный Д.А.

Москва 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ЗАБОЙНЫЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 4

НАЗНАЧЕНИЕ ЗАБОЙНЫЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 4

КОНСТРУКЦИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 4

ЗАБОЙНАЯ ЧАСТЬ ТЕЛЕСИСТЕМЫ 5

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ 7

КАНАЛ СВЯЗИ 9

СОВРЕМЕННЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ 9

СИСТЕМЫ С АКУСТИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ. 10

Недостатки Системы С Акустическим Каналом Связи 11

ТЕЛЕСИСТЕМЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ (ГКС). 12

Преимущества ГКС 15

Недостатки ГКС 15

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ (БЕСПРОВОДНОЙ) КАНАЛ СВЯЗИ. 16

Преимущества Электромагнитный (Беспроводной) Канал Связи 17

Недостатки Электромагнитный (Беспроводной) Канал Связи 17

ПРОВОДНОЙ КАНАЛ СВЯЗИ. 19

Преимущества Проводной Канал Связи. 19

Недостатки Проводной Канал Связи. 20

Комбинированный Канал Связи. 21

Отличительные характеристики каналов связи 23

Выводы 24

Список литературы 25

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая работа содержит описание, классификации и принципы работы современные типы каналов связи забойных телеметрических систем с наземным оборудованием. Также рассмотрено основные элементы, преимущества и недостатки каждого типа.

В наклонно-направленном и горизонтальном бурении возникает необходимость обеспечения эффективного контроля пространственного положения ствола скважины с целью точного попадания забоя скважин в заданную точку и соблюдению проектного профиля скважины.

Совокупность технических средств, служащих для передачи сообщений от источника к получателю, образует канал связи. Этими средствами являются передатчик, линия связи и приемник. Канал связи вместе с источником и получателем сообщения образует систему связи. В общем случае телеметрические системы осуществляют измерение первичной скважинной информации, ее передачу по каналу связи забой — устье, прием наземным устройством, обработку и представление оператору результатов обработки.

Основное назначение систем телеизмерений в процессе бурения скважин заключается в оперативном получении с забоя данных глубинных измерений, используемых для уточнения режима бурения с целью его оптимизации (установления оптимальной частоты вращения бура и осевой нагрузки на долото и др.), определения и корректировки направления бурения ствола, исследования геофизических характеристик геологического разреза с целью установления истинных размеров вскрытых пластов и прогнозирования их продуктивности.

ЗАБОЙНЫЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

В бурении телеметрическими системами принято называть группу инклинометрических приборов и систем, не требующих для получения информации остановки бурения.

В наклонно-направленном и горизонтальном бурении возникает необходимость обеспечения эффективного контроля пространственного положения ствола скважины с целью точного попадания забоя скважин в заданную точку и соблюдению проектного профиля скважины.

В общем случае телеметрические системы осуществляют измерение первичной скважинной информации, ее передачу по каналу связи забой — устье, прием наземным устройством, обработку и представление оператору результатов обработки.

НАЗНАЧЕНИЕ ЗАБОЙНЫЕ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Телесистема предназначена для непрерывного измерения угла установки отклонителя, а также магнитного азимута и зенитного угла в процессе бурения забойным двигателем наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

КОНСТРУКЦИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Существующие телесистемы включают следующие основные части:

• 
  забойную аппаратуру;
  
• 
  наземную аппаратуру;
  
• 
  канал связи;
  
• 
  технологическую оснастку (для электропроводной линии связи);
  
• 
  антенну и принадлежности к ней (для электромагнитной линии связи);
  
• 
  немагнитную УБТ (для телесистем с первичными преобразователями азимута с использованием магнитометров);
  
• 
  забойный источник электрической энергии (для телесистем с беспроводной линией связи).
  

Рисунок 1 КОНСТРУКЦИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ЗАБОЙНАЯ ЧАСТЬ ТЕЛЕСИСТЕМЫ

1. 
   Забойная часть телесистемы включает первичные преобразователи измеряемых параметров, таких как:
   

• 
  первичные преобразователи (ПП) направления бурения (зенитного угла в
  

точке измерения, азимута скважины, направления отклонителя);

• 
  ПП геофизических параметров (данных каротажа) (геофизические зонды, измеряющие кажущееся сопротивление горных пород, самопроизвольную поляризацию, гамма-каротаж, электромагнитный каротаж);
  
• 
  ПП технологических параметров бурения (датчики, измеряющие параметры процесса бурения, такие как осевая нагрузка на долото, момент реактивный или активный, частота вращения долота, давление внутри и снаружи бурильной колонны).
  

2. 
   Источник питания
   

• 
  Батарея
  
• 
  Турбогенератор
  

Рисунок 2 ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

3. 
   Датчики для измерения следующих параметров:
   

- угол искривления;

- азимут искривления;

-угол установки отклонителя;

- обороты турбобура;

- давление в трубах и затрубье;

- разница давлений;

- Температура в трубах и затрубье;

- разница температур;

- нагрузка на долоте;

- момент на долоте;

- напряжения питания;

- сопротивление горных пород по 1-2 зондам;

- гамма-активность горных пород;

- виброакустичестий каротаж (ВАК) в виде амплитуды виброускорения;

- самопроизвольная поляризация горных пород;

4. 
   Немагнитные УБТ
   

Немагнитные утяжеленные бурильные трубы выполняют стандартные




Рисунок 3 Немагнитные УБТ


функции, характерные для обычных утяжеленных бурильных труб. Особенностью же НУБТ является то, что они изготовлены из немагнитных сплавов, что позволяет избежать негативного воздействия магнитных полей на применяемые телеметрические системы.

Такие трубы изготавливаются из специальных немагнитных сплавов – например, хромомарганцевой стали с высоким содержанием легирующего элемента в составе (т.н. аустенитного класса). Такие стали отличаются устойчивостью к коррозии, а также высокими механическими свойствами.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1. 
   По каналу связи
   
   1. 
      Электрический проводной
      
   2. 
      Гидравлический
      
   3. 
      По бурильным трубам
      
   4. 
      По горным породам
      
2. 
   По непрерывности передачи информации
   
   1. 
      Непрерывная
      
   2. 
      При остановках бурения
      
   3. 
      При остановках циркуляции
      
   4. 
      комбинированная
      
3. 
   По скорости передачи информации
   
   1. 
      Высокая (10 бит/с)
      
   2. 
      Удовлетворительная (до 10 бит/с)
      
   3. 
      Средняя (до 4 бит/с)
      
   4. 
      Малая (0,5-2 бит/с)
      
4. 
   По способу представления информации
   
   1. 
      Выносной пульт бурильщика с цифровой индексацией
      
   2. 
      Стойка (пульт) бурильщика (оператора) с индексацией, регистрацией и обработкой
      
   3. 
      В составе комплексных компьютеризированных систем ГТИ и КТИ
      
   4. 
      Специальной лабораторной отсек с микропроцессорной обработкой информации и выдачей данных
      
5. 
   По дальности передачи информации
   
   1. 
      Большая (более 4,5 км)
      
   2. 
      Удовлетворительная (до 4,5 км)
      
   3. 
      Средняя (до 3 км)
      
   4. 
      Малая (до 1,2 км)
      
6. 
   По целевому назначению
   
   1. 
      Инклинометрическая (И)
      
   2. 
      Технологическая (Т)
      
   3. 
      Геофизическая (Г)
      
   4. 
      И+Т
      
   5. 
      И+Г
      
   6. 
      И+Г+Т
      
7. 
   По составу первичных преобразователей информации
   
   1. 
      Инклинометрическая (И)
      

- угол искривления;

- азимут искривления;

-угол установки отклонителя;

2. 
   Технологическая (Т)
   

- обороты турбобура;

- давление в трубах и затрубье;

- разница давлений;

- Температура в трубах и затрубье;

- разница температур;

- нагрузка на долоте;

- момент на долоте;

- напряжения питания;

3. 
   Геофизическая (Г)
   

- сопротивление горных пород по 1-2 зондам;

- гамма-активность горных пород;

- виброакустичестий каротаж (ВАК) в виде амплитуды виброускорения;

- самопроизвольная поляризация горных пород;

КАНАЛ СВЯЗИ

Совокупность технических средств, служащих для передачи сообщений от источника к получателю, образует канал связи. Этими средствами являются передатчик, линия связи и приемник. Канал связи вместе с источником и получателем сообщения образует систему связи.

Назначение передающего устройства - отобразить сообщение в сигнале, наиболее удобном для передачи по длинной линии связи. Для телеизмерительных систем — это преобразование неэлектрических величин от измерительных датчиков в электрические сигналы, в вид, удобный для передачи в канал связи.

В общем случае процесс отображения сообщения в сигнале состоит из трех операций: преобразования, кодирования и модуляции. В многоканальных системах связи, обеспечивающих взаимно-независимую передачу нескольких сообщений по одной общей линии, к этим трем операциям необходимо добавить операцию формирования «многоканального» сигнала.
Линия связи — это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику.

СОВРЕМЕННЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

Для передачи забойных параметров используется комплекс технических средств, который включает в себя источник и приемник информации и линии связи. Данные комплекс образует канал связи. От выбора канала связии зависят свойства забойной телеметрической системы. Для передачи информации с забоя скважины на поверхность применяются различные каналы связи.

В настоящее время используются следующие каналы связи:

1. 
   Системы с акустическим каналом связи.
   
2. 
   Телесистемы с гидравлическим каналом связи.
   
3. 
   Электромагнитный (беспроводной) канал связи.
   
4. 
   Проводной(электрическийй) канал связи.
   
5. 
   Комбинированный канал связи.
   

Рисунок 4 СОВРЕМЕННЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

СИСТЕМЫ С АКУСТИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ.

Исследования в России и за рубежом доказали, что с помощью буровой колоны можно передавать акустические волны. По данному каналу связи можно передавать данные о частоте вращения и степени износа долота, физико-механические свойства разбуриваемых пород.

Системы с акустическим каналом связи используют звуковые колебания, распространяющиеся в скважине по промывочной жидкости, колонне бурильных труб или окружающей породе. Соответственно этому они подразделяются на три вида:

• 
  гидроакустические;
  
• 
  акустомеханические;
  
• 
  сейсмические.
  

Преимуществом данного канала в том, что работа телесистемы с акустическим каналом не зависит от свойств бурового раствора.

Среди зарубежных телесистем практически не встречаются телесистемы с акустическим каналом связи, однако в настоящее время фирма Schlumberger предложила передачу акустических сигналов в процессе бурения скважин. Характерной особенностью предлагаемой телесистемы является её независимость от параметров бурового раствора, так как акустический сигнал распространяется по трубам и только на дневной поверхности он трансформируется в электромагнитные колебания.

Сейсмические системы применяют пока только для пассивного контроля координат забоя. Из-за недостаточной точности определения положения забоя (десятки метров) они еще находятся на стадии научных и экспериментальных исследований. В качестве источника в таких системах используются звуковые сигналы, которые сопровождают процесс работы бурового инструмента при разрушении горной породы на забое скважины.

Сигналы с забоя улавливают сейсмические датчики на поверхности, и таким образом можно определить как положение забоя скважины, так и некоторые физико-механические параметры свойств горной породы.

Недостатки Системы С Акустическим Каналом Связи

Применение данного канала связи ограничено большим количеством недостатков. Принимаемый сигнал обладает малой информативностью, поскольку его сложно выделить из помех из-за низкой интенсивности сигнала. Сигнал затухает с увеличением глубины, что требует использования ретрансляторов. Каждый ретранслятор включает в себя передатчик, преобразователь и приемник сигнала, а также источник питания. Что делает невозможным применение данного сигнала в глубоких скважинах.

Гидроакустический канал из-за сложности и многообразия свойств имеет слабую изученность. Одной из центральных проблем в создании гидроакустического канала является разработка низкочастотного (до 100...200 Гц) излучателя, способного эффективно возбуждать колебания внутри колонны бурильных труб в скважине.

ТЕЛЕСИСТЕМЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ (ГКС).

В настоящее время гидравлический канал связи является наиболее популярным, поскольку считается самым надежным и дальнодействующим, а также не зависит от электрофизических свойств среды.

Телесистемы с ГКС отличаются от других наличием в них устройства, создающего в потоке бурового раствора импульсы давления. Для генерирования импульсов давления в буровом растворе используются несколько различных по типу устройств. Сигнал, создаваемый ими, подразделяется на три вида: положительный импульс, отрицательный импульс или непрерывная волна.

На рис. 5 представлены схемы забойных гидромеханических датчиков и графические изображения импульсов, генерируемых такими датчиками, которые используются в телесистемах с гидравлическим каналом связи. В данном случае датчики устанавливают внутри колонны труб и с помощью подвижного клапана вызывают импульсы давления бурового раствора.





Рисунок 5 Кодирование сигналов в гидравлическом канале связи ЗТС: а - схема датчика и график импульса при передачи кодированного положительного сигнала; б - схема датчика и график импульса при передачи кодированного отрицательного сигнала




Рисунок 6 Устройство передачи сигнала (с положительным импульсом) в системе с ГКС


На рис. 5а, показан датчик, который генерирует положительные импульсы давления, перекрывая прямой поток раствора внутри колонны, а на рис. 5б - отрицательные, поскольку буровой раствор через клапан периодически сбрасывается в затрубное пространство. Короткий импульс соответствует кодированному значению 1 или 0, при этом при положительном импульсе 1 — это код повышения давления, а при отрицательном импульсе - код понижения давления. Сигнал, который соответствует 0, — это возврат к прежнему уровню давления в системе колонна - скважины.

Положительные импульсы генерируются путем создания кратковременного частичного перекрытия нисходящего потока бурового раствора, что приводит к повышению внутритрубного давления, этот всплеск (на 0,7 сек) давления и является импульсом основного сигнала.




Рисунок 7 Устройство передачи сигнала (с отрицательным импульсом) в системе с ГКС


В случае с отрицательными импульсами, клапан открывается и выпускает буровой раствор в затрубное пространство, и при этом происходит падение (на 0,7 сек) давления. Гидравлические сигналы, близкие к гармоническим, создаются с помощью электродвигателя, который вращает клапан пульсатора. Гидравлические импульсы со скоростью около 1250 м/с поступают по столбу бурового раствора на поверхность, где закодированная различными способами информация декодируется и отображается в виде, приемлемом для восприятия оператором.



Рисунок 8 Схема пульсатора вращательного типа: а - схема работы; б - график импульса сигнала; в - внешний вид пульсатора; 1 - вращающаяся крыльчатка; 2 - крыльчатка фазовой манипуляции, установленная с возможностью поворота вокруг оси - влево- вправо; 3 – корпус системы

На рис. 8 показан пульсатор вращательного типа, который передает информацию за счет изменения фазы пульсации давления. Пульсация давления достигается за счет вращения крыльчатки 1 с постоянной частотой вращения, а фазовый переход достигается поворотом крыльчатки 2 влево или вправо. Поворот крыльчатки в ту или иную сторону приводит к определенному смещению фазы пульсации и знаку 1 или 0.

Преимущества ГКС

Широкое распространение гидравлического канала связи для передачи информации вызвано следующими его преимуществами:

• 
  гидравлический канал связи является естественным каналом связи, так как в нем в качестве канала связи используется столб бурового раствора в бурильной колонне, а следовательно, не требуется дополнительных затрат на организацию канала связи;
  
• 
  гидравлический канал связи обладает большой дальностью действия;
  
• 
  относительная простота осуществления связи по сравнению с другими каналами связи;
  
• 
  канал не нарушает (по сравнению с ЭКС) технологические операции при бурении и не зависит от геологического разреза (по сравнению с ЭМКС).
  

Недостатки ГКС

Недостатки данного канала связи:

• 
  низкая информативность из-за относительно низкой скорости передачи;
  
• 
  Наличие автономного источника питания для пульсатора, что приводит к остановкам оборудования для замены аккумулятора.
  
• 
  Затухание импульсов при прохождении через столб бурового раствора. Из литературы известно, что при применении растворов на водной основе импульсы затухают ориентировочно на 50 % на каждые 1000м. Затухание импульсов происходит интенсивнее при использовании аэрированных растворов и растворов на углеводородной основе.
  
• 
  низкая помехоустойчивость;
  
• 
  последовательность в передаче информации;
  
• 
  необходимость в источнике электрической энергии (батарея, турбогенератор);
  
• 
  отбор гидравлической энергии для работы передатчика и турбогенератор;
  
• 
  невозможность работы с продувкой воздухом и аэрированными жидкостями.
  

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ (БЕСПРОВОДНОЙ) КАНАЛ СВЯЗИ.

Возможность передачи данных с помощью бурильных труб в качестве электрического канала была исследована в работах С. Я. Литвинова, И. К. Саркисова (1959 г.), Е. А. Полякова (1962 г.), О. П. Шишкина (1962 г.).

Электромагнитный (беспроводной) канал связи использует колонну бурильных труб в качестве одного из проводов линии передачи, по простоте контрукции глубинных и наземных устройств, пропускной способности является наиболее перспективным при организации устойчивой связи «забой - устье» при турбинном и роторном бурении скважин.

Системы с ЭМКС используют электромагнитные волны (токи растекания) между изолированным участком колонны бурильных труб и породой. На поверхности земли сигнал принимается как разность потенциалов от растекания тока по горной породе между бурильной колонной и приемной антенной, устанавливаемой в грунт на определенном расстоянии от буровой установки.

Преимущества Электромагнитный (Беспроводной) Канал Связи

По сравнению с гидравлическим каналом электромагнитный канал связи обладает следующими преимуществами:

• 
  повышенная надежность деталей забойных устройств, контактирующих с абразивным потоком бурового раствора, то есть, меньшая требовательность к качеству бурового раствора;
  
• 
  простота в управлении, возможность обратной связи.
  
• 
  более высокая информативность по сравнению с гидравлическим каналом связи;
  
• 
  возможность использования в условиях, где гидроканал не работает;
  

Недостатки Электромагнитный (Беспроводной) Канал Связи

Вместе с тем электромагнитный канал связи обладает и некоторыми недостатками, такими как:

• 
  ограничение дальности действия (из-за свойств геологического разреза);
  
• 
  его зависимость от материала бурильных труб;
  
• 
  зависимость от электрофизических свойств пород;
  
• 
  сложность установки антенны в труднодоступных местах;
  
• 
  слабая помехоустойчивость;
  
• 
  отсутствие возможностей исследования в море и в соленосных отложениях;
  
• 
  достаточно высокая сложность электронного управляющего блока.
  

На рис. 9 показана схема, поясняющая принцип построения электромагнитной связи. Сигнал поступает от источника, который размещен в ЗТС под диамагнитным разделителем колонны. Электромагнитное излучение передается через породы к антенне-заземлителю, а далее принимается системой обработки сигнала и компьютером.



Рисунок 9 Схема электромагнитного канала связи телеметрической системы: 1 - буровая установка; 2 - кабель связи; 3 - пульт управления с ПК; 4 - антенна-заземлитель; 5 - бурильные трубы; 6 - энергоблок компоновки; 7 - электронный блок компоновки; 8 - источник электромагнитных волн; 9 – долото

В традиционной компоновке низа бурильной колонны телесистема устанавливается над забойным двигателем с помощью диамагнитного переводника. При этом инклинометрические датчики находятся на удалении от забоя на расстоянии 7-30 м. Поздняя информация о разбуриваемой породе часто приводит к выходу за границы продуктивного пласта. Эффективное решение – расположение геофизических зондов непосредственно над долотом в наддолотном модуле. Таким образом, основное число измеряемых параметров обеспечивает основная телесистема, а наддолоный модуль только дополняет и уточняет эти данные. Так как датчики параметров в наддолотном модуле устанавливаются во вращающемся валу забойного двигателя, информация от них может быть передана на основную систему только по беспроводному каналу связи.



Рисунок 10 Компоновка наддолотного модуля в составе бурильной колонны: 1 - бурильная колонна, 2 - переводник для установки телесистемы, 3 - диамагнитная труба с телесистемой, 4 - разделитель электрический корпусной, 5 - забойный отклонитель, 6 - вал отклонителя, 7 - изолятор, 8 - электрод, 9 – долото

ПРОВОДНОЙ КАНАЛ СВЯЗИ.

Для передачи данных используется силовой кабель питания электробура или геофизический кабель. Данный канал связи обладает такими преимуществами как двухсторонняя передача данных в процессе бурения, высокая скорость передачи данных, отсутствие забойного источника энергии, помехозащищённость, нечувствительность к свойствам породы и бурового раствора. В первых горизонтальных скважинах с проводным каналом связи ввод геофизического кабеля осуществлялся с помощью кабельного переходника.

Работы по созданию ЗТС с проводным каналом связи были обусловлены применением с начала 60-х гг. в СССР электробурения. Наиболее широкое распространение получила телеметрическая система типа СТЭ, использовавшая в качестве линии связи силовой кабель электробура. Система СТЭ позволяла производить измерения следующих параметров: зенитный угол, азимут скважины, положение отклонителя, нагрузка на долото, число оборот, крутящий момент, большинство телесистем этого типа имели ресурс до 600-800 ч и межремонтный период до 100 ч.

Преимущества Проводной Канал Связи.

Проводной канал связи имеет следующие преимущества перед всеми известными каналами связи:

• 
  максимально возможная информативность;
  
• 
  быстродействие;
  
• 
  многоканальность;
  
• 
  помехоустойчивость;
  
• 
  надежность связи;
  
• 
  отсутствие забойного источника электрической энергии и мощного передатчика;
  
• 
  возможность двухсторонней связи;
  
• 
  возможность подачи значительной электрической мощности для привода забойных механизмов (управляемого отклонителя, нагружателя и др.);
  
• 
  возможность использования при работе с продувкой воздухом и с использованием аэрированного бурового раствора;
  
• 
  отсутствие зависимости от удельного сопротивления горных пород.
  

Недостатки Проводной Канал Связи.

• 
  наличие кабеля в бурильной колонне и за ней, что создает трудности при бурении;
  
• 
  невозможность вращения бурильной колонны;
  
• 
  вероятность механического повреждения кабеля;
  
• 
  затраты времени на его прокладку(сложность наращивания кабеля);
  
• 
  необходимость защиты кабеля от механических повреждений;
  
• 
  невозможность закрытия превентора при нахождении кабеля за колонной бурильных труб.
  

Каротажный кабель является не только электрической линией передачи информации, но и тросом с достаточно большим (до нескольких тонн) разрывным усилием, несущим скважинные приборы в химически- и механически агрессивной среде скважин, что накладывает определенные ограничения на его характеристики, как линии связи. Реальная скорость передачи информации (бит/с) современных кабелей в зависимости от их длины ограничиваются диапазоном до 10-100 кГц, что начинает существенно сдерживать развитие и совершенствование технологий ГИС.

В настоящее время разработчики ВНИИБТ направили свои усилия на разработку ряда унифицированных телеметрических систем типа ЭТО (электропроводная телесистема для ориентирования) в модульном исполнении. Созданы базовый модуль ЭТО-1 и другие.

С середины 90-х гг. прошлого века лидером в разработке кабельных систем является ОАО НПФ «Геофизика», где разрабатываются и производятся: инклинометрическая забойная система с кабельным каналом связи КТС-1 с магнитометрическим многоточечным инклинометром «Оникс»; технологии и технические средства для ТИС и ГС «Горизонталь».

С развитием таких буровых систем, как колтюбинг, исключающих применение составных бурильных колонн, актуальность проводных систем передачи информации с забоя существенно возрастает. В этом случае телеметрическая система значительно упрощается, так как появляется возможность без всяких ограничений подавать к забою энергию и получать обратноустойчивый и высококачественный сигнал по электрическому или оптоволоконному каналу.

Комбинированный Канал Связи.

Учитывая недостатки применяемых каналов связи, необходимо их совершенствовать, а также разрабатывать новые каналы, так как разнообразные горно-геологические условия, различные технико-технологические аспекты проводки скважин и экономические факторы предъявляют более высокие требования к информативности процесса бурения.

Комбинированный канал связи — это сочетание различных по своей физической сущности каналов связи скважинного прибора с наземной регистрирующей и обрабатывающей аппаратурой, позволяющий в каждом конкретном случае выбрать оптимальный вариант системы. В настоящее время наиболее распространенной комбинацией является гидравлический и электромагнитный каналы связи.




Рисунок 11 Способ организации комбинированного канала передачи данных


Следует заметить, что использование того или другого вида канала связи определяется геолого-техническими условиями проводки скважин.

Так, например, требование к надежности работы гидравлического канала диктует необходимость тщательной очистки бурового раствора от абразивного материала (не более 1-2 % песка), что вызывает определенные трудности в очистке промывочной жидкости при проводке скважины в суровых климатических условиях. В то же время ограничено применение гидравлического канала при наличии в буровом растворе газа (воздуха и др.), что исключает его использование при бурении скважин на аэрированных растворах.

Сочетание гидравлического и электромагнитного канала, гидроакустического и электропроводного, электромагнитного и электропроводного могут быть реализованы в различных телеметрических системах и расширяют область решаемых геологических и технических задач телеизмерительными системами при проводке и эксплуатации горизонтальных скважин. В каждом конкретном случае, можно выбрать оптимальный вариант системы.

Цель комбинации	Комбинация каналов	Результат комбинации
Увеличение дальности канала и пропускная способность канала	кабель + электромагнитный канал	увеличивается дальность и пропускная способность, усложняется система
Увеличение пропускной способности канала	кабель + акустический канал	усложняется система, работает при остановке бурения
Увеличение пропускной способности канала	кабель + гидроакустический канал	увеличивается дальность и пропускная способность
Увеличение дальности действия электромагнитного канала	применение ретрансляторов	увеличивается дальность и пропускная способность электромагнитного канала, усложняется система

Отличительные характеристики каналов связи приведены в таблице 1.

Таблица 1

Отличительные характеристики каналов связи

Канал связи	Дальность, м	Требования к буровому раствору (отсутствию газа и абразивных частиц)	Скорость передачи	помехозащищённость	Зависимость от электрофизических свойства среды	другое
Электрический	6000	-	высокая	Высокая	-	Дорогостоящая конструкция, наличие специальных труб, двухсторонняя связь
Электромагнитный	3000	-	Более высокая, чем в ГКС	Низкая	+	Дешевизна, в труднодоступных местах сложно установить антенну
Акустический	4000	-	Низкая	Низкая	-	Необходимость установки ретрансляторов, применяются только в комбинации с другими каналами связи
Гидравлический	5000	+	низкая	Низкая	-	Использует буровой раствор (естественный канал)

Выводы

В данной работе рассмотрены основные преимущества и недостатки каналов связи при передаче данных от устья скважины на забой и приведен сравнительный анализ.

В настоящее время гидравлический канал связи является наиболее популярным, поскольку считается самым надежным и дальнодействующим, а также не зависит от электрофизических свойств среды.

При выборе канала передачи данных необходимо исходить от геологических и технических условий проводки скважины.

Для улучшения передачи данных возможно использование комбинированных каналов связи. В зависимости от цели комбинации каналов можно увеличить дальность действия канала, пропускную способность. В основном применяют проводной канал связи в сочетании с электромагнитным, акустическим или гидроакустическим каналом связи. Однако при этом усложняется система, что снижает надежность системы в целом.

Дальнейшие исследования будут направлены на исследование гидравлического канала связи, поскольку в нашей стране постепенно увеличивается добыча нефти из труднодоступных месторождений, то постепенно увеличивается спрос на системы с гидравлическим каналом связи, которые широко применяются для бурения скважин с горизонтальным и многозабойным окончанием.

Список литературы

1. 
   http://www.drillings.ru/zts
   
2. 
   Бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин на суше и на море: учеб. пособие для студентов специальностей 130504, 130503, 130202, 190900, 220200 / А. Ж. Архипов, С. В. Воробьев, И. В. Доровских, В. В. Живаева, В. В. Кулъчицкий, О.А Нечаева. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. — 120 c.
   
3. 
   Бескабельные измерительные системы для исследований нефтегазовых скважин (теория и практика) / А. А. Молчанов, Г. С. Абрамов. — М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004. — 516 с.