7.3 Электромагнитный канал связи (эмкс)
Работами С. Я. Литвинова, И. К. Саркисова (1959 г.), Е. А. Полякова (1962 г.), О. П. Шишкина (1962 г.) была установлена возможность использования колонны бурильных труб в качестве электрического канала для передачи информации с забоя на земную поверхность.
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.
Рисунок 24 – Схема электромагнитного канала связи
К недостаткам ЭМКС относятся:
дальность связи, зависящая от проводимости и перемежаемости горных пород (в низкоомных разрезах - Западная Сибирь - сигнал сильно шунтируется и затухает, в высокоомных - мощные пласты соли в Оренбурге и Перми - передающий диполь телесистемы электрически изолирован пластами и сигнал проходит плохо);
слабая помехоустойчивость;
сложность установки антенны в труднодоступных местах;
отсутствие возможностей исследования в море и в соленосных отложениях;
достаточно высокая сложность электронного управляющего блока.
К достоинствам ЭМКС следует отнести:
более высокая информативность по сравнению с гидравлическим каналом связи;
меньшая требовательность к качеству бурового раствора;
возможность использования в условиях, где гидроканал не работает;
дешевизна.
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 25 – 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
7.4 Гидравлический канал связи (гкс)
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 (рисунок 26).
Рисунок 26 – Диаграммы гидравлических импульсов при различных способах их формирования
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 27).
Рисунок 27 – Устройство передачи сигнала (с положительным 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 (рисунок 28).
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 28 – Устройство передачи сигнала (с отрицательным импульсом) в системе с 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 данного канала связи:
низкая информативность из-за относительно низкой скорости передачи;
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.