«GIRAФ»
гидроакустический канал связи (ГАКС) забойной телеметрической системы (ЗТС)

Геофизическое исследование скважин (ГИС) является одной из ключевых задач, связанных с увеличением эффективности разработки и эксплуатации месторождений природного газа и нефти. Такие исследования, (обозначаемые терминами Measure While Drilling - MWD и Logging While Drilling - LWD), включают различные методы каротажа и скважинной геофизики.

Узким местом ГИС/MWD/LWD является процесс доставки полученных с помощью ЗТС данных на дневную поверхность.

Акустическая телеметрия только начинает конкурировать на рынке, где доминируют гидроимпульсный и электромагнитный каналы связи.

Гидроакустический канал связи с ЗТС теоретически имеет ряд существенных преимуществ, поэтому ведущие мировые фирмы не оставляют попыток создания такого канала и, как известно из публикаций, вкладывают немалые средства в исследования, разработку, создание уникальных и дорогостоящих испытательных стендов.

Командой разработчиков нашей фирмы была предпринята амбициозная попытка создания гидроакустического канала двусторонней связи по идеологии релейной линии с пространственно-временным разделением сигналов.

Структурная схема ГАКС

Увеличить изображение

Канал состоит из:

• забойного (первичного) излучателя на материнской ЗТС,
• нескольких ретрансляторов,
• наружного модуля приемника-излучателя акустических сигналов на верхнем переводнике «квадрата»,
• наземной станции.

Для передачи данных разработано специализированное программное обеспечение (ПО) передачи данных, базирующееся на семиуровневой модели системы передачи данных.

Схема передачи данных

1. данные ЗТС
2. интерфейс с данными ЗТС
3. передача/прием меток времени
4. управление целостностью данных
5. маршрутизация данных
6. передача/прием кадров данных
7. передача/прием акустических сигналов

Физический уровень включает в себя физические приемопередатчики и процессор сигналов, который обеспечивает кодирование и декодирование акустических импульсов. Прикладной уровень обеспечивает прием, сжатие, передачу и декодирование информации, передаваемую от забойного оборудования к дневной поверхности, а также в обратном направлении.

Остальные уровни обеспечивают целостную передачу информации внутри канала от источников к приемникам, поддержание целостности и актуальности передаваемой информации, а также управление работой оборудования канала.

Такая архитектура системы позволяет использовать ее для решения широкого круга задач путем адаптации к конкретной задаче прикладного уровня. Все остальные уровни при этом не требуют внесения дополнительных изменений.

Применение принципа радиорелейной линии позволяет расширить спектр используемых сигналов и значительно повысить битовую скорость.

Может использоваться во всех диаметрах буровых труб от 90 мм, согласуется с любым типом ЗТС. Передача возможна как в процессе бурения, так и в «статике» без циркуляции бурового раствора, возможно управление форматом измерения и передачи информации с поверхности без подъема телесистемы из скважины. Измерение и запись информации в «память» при подъеме инструмента.

Одной из определяющих задач работы являлось создание системы «излучатель-приемник» для работы в условиях реального бурения.

Акустические приемопередающие антенны разработаны на основе физических моделей, полученных в результате комплекса работ, включающих компьютерное моделирование, проверку на стендах и дальнейшую доводку по результатам физических испытаний.

В результате создана и испытана линейка обратимых излучателей-приемников (типа пьезокерамического преобразователя Ланжевена) в диаметрах 44...48 мм.

Параметры конструкции и рабочие частотные диапазоны оптимизированы по критериям дальности, скорости передачи информации, помехозащищенности, энергопотреблению и ресурсу работы в условиях реального бурения (давление, температура, вибрация, абразивное воздействие БР…).

Увеличить изображение

Создана и проходит отладочные испытания линия беспроводной прямой и обратной связи плеча: «верхний модуль-наружный модуль-наземная станция».

Увеличить изображение

Технология использования:

• На материнской ЗТС устанавливается нижний модуль канала, ГАКС «GIRAФ» сопрягается с любым типом известных ЗТС.
• ЗТС монтируется в буровую колонну.
• Сборка опускается в скважину.
• В резьбовую часть наращиваемой свечи (под нижним переводником «квадрата») устанавливается верхний ретранслятор.
• На верхнем переводнике «квадрата» на все время бурения закреплен наружный модуль, обеспечивающий беспроводную связь с наземной станцией.
• После подачи бурового раствора канал готов к работе.
• По мере наращивания колонны в буровую трубу могут быть установлены дополнительные ретрансляторы.

Обслуживание системы заключается в периодическом демонтаже ретрансляторов и замене элементов питания. Необходимость этой операции оборудование ретранслятора диагностирует заранее и выдает соответствующее сообщение. В случае использования турбогенераторов, частота обслуживания значительно уменьшается.

Полезным применением ГАКС является возможность использования его для обеспечения связи измерительных датчиков наддолотного модуля (НМ) с ЗТС при наличии между ними работающего винтового забойного двигателя (ВЗД), что для других каналов связи, кроме электромагнитного задача невыполнимая.

Создаваемый канал связи позволит дополнительно использовать распределенные по всей длине скважины датчики, начиная от наддолотного модуля, что может обеспечить – определение параметров бурения: крутящего момента, сопротивления, температуры, вибраций и т.п. в определенных местах, а не как обычно одной точке.

Резюме

Командой разработчиков фирмы созданы опытные образцы гидроакустического канала двусторонней связи по идеологии релейной линии с пространственно-временным разделением сигналов (ГАКС «GIRAФ»), показавшие на стендовых и натурных буровых испытаниях положительные результаты.

Опытные образцы подготовлены к продолжению натурных испытаний на гарантированную дальность и скорость связи в условиях реального бурения, а также, отладочных и ресурсных.

Основные преимущества ГАКС «GIRAФ» для телеметрии MWD:

• Канал связи требует только наличия буровой колонны с буровым раствором.
• Возможность двусторонней связи по помехозащищенному протоколу и управления процессами измерения и передачи информации с поверхности, без подъема телесистемы из скважины.
• Отсутствие движущихся частей.
• Скорость передачи данных до 100 бит/с.
• Питание от батареи, длительность работы не менее 150 час.
• Измерение и локальное резервирование информации, доступной при подъеме инструмента.
• Канал может работать при гидростатическом давлении до 50 МПа, температуре окружающей среды до 120 °С, в широком диапазоне расходов бурового раствора.
• Возможность сопряжения с любым типом ЗТС по стандартному протоколу.
• Использование ретрансляторов обеспечивает теоретически неограниченное расстояние передачи.
• Обеспечение связи с датчиками наддолотного модуля при работе с ВЗД.
• Возможность использования распределенных по длине буровой колонны сенсорных узлов.

Фирма приносит благодарность коллегам из Оренбургского Центра горизонтального бурения и ООО «Траектория-Сервис», г.Самара, за практическую помощь в разработке технологии монтажа и эксплуатации ГАКС, за предоставленную возможность проведения натурных буровых испытаний.

Контакты:
АО «Комита»
(812) 322-94-00 (доб.2170, 2200)
Прокопьев Юлий Вадимович
e-mail: giraff@comita.ru

Малых Игорь Минович
e-mail: malykhim@comita.ru

Телефон для связи: 8 921 943-06-15