7.2 Электропроводной канал связи (экс)

Работы по созданию забойных телеметрических систем с проводным каналом связи были обусловлены применением с начала 60-х годов в СССР электробурения. Наиболее широкое распространение получила телеметрическая система типа СТЭ, разработанная Харьковским СКТБ «Потенциал» и институтом электромеханики при участии ВНИИБТ, использовавшая в качестве линии связи силовой кабель электробура.

Начиная с 80-90 годов в методах и технологиях геофизических исследований скважин (ГИС) наблюдаются существенные качественные изменения, а именно: переход на комплексные и многопараметровые измерения с применением комбинированных и многофункциональных скважинных приборов с достаточно глубокой обработкой первичных данных в реальном масштабе времени непосредственно в каротажных лабораториях (станциях). Такой переход требует как повышения качества первичных данных, так и передачи этих данных, как правило, в цифровой (кодовой) форме, с достаточно высокой скоростью в наземные обрабатывающие (измерительно-вычислительные) и регистрирующие устройства. И если выполнение первого требования достаточно успешно базируется на высоком уровне развития современной электронной техники, то практически единственной телеметрической линией передачи данных ГИС остается традиционный каротажный кабель.[8]

ЭКС обладает преимуществом перед всеми известными каналами связи:

• максимально возможная информативность, быстродействие, многоканальность, помехоустойчивость, надежность связи;

• отсутствие забойного источника электрической энергии и мощного передатчика;

• возможность двусторонней связи;

• не требует затрат гидравлической энергии;

• может быть использован при работе с продувкой воздухом и с использованием аэрированной промывочной жидкости;

• отсутствие зависимости от удельного сопротивления горных пород.

К недостаткам электропроводного канала связи относятся:

• наличие кабеля в бурильной колонне и за ней, что создает трудности при бурении;

• затраты времени на его прокладку;

• 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.

По числу токопроводящих жил (ТПЖ) каротажные кабели разделяются на три основных вида: одно-, трех- и семижильные. В качестве оплетки каротажные кабели имеют стальную броню без поверхностной изоляции (для кабеля на барабане лебедки броня представляет в какой-то мере сплошной металлический монолит, для кабеля в скважине – линейный заземленный электрод). Следовательно, в каротажных кабелях появляется весьма существенный источник потерь электромагнитной энергии сигналов – на перемагничивание стальной брони электромагнитными полями токопроводящих жил и межпроводниковыми электромагнитными полями (при двухпроводной передаче сигналов), а также на потери электромагнитной энергии обратного тока в окружающей среде. Эти потери нарастают с увеличением частоты тока и приводят к существенному частотному ограничению импульсной пропускной способности кабеля.