Канал связи, звук, частотный спектр, долото, буровой насос, турбобур, однополосный сигнал, затухание

Сhannel, sound, frequency spectrum, bit, pump, turbodrill,   single sideband, damping

 

Sound communication channel for transmition of process parameters during downhole turbine motor drilling. Savinykh Yu.A., Khmara G.A.

The analysis of existing communication channels is made. A selection of sound communication channel is justified. The features of the communication sound channel are described, namely a range, a frequency range generated by turbodrills, sound signal damping. A low-frequency range of sound is selected. To obtain the reliable information in the field of low frequencies with the increased capacity the theory of SSB radio communication for development of a sound channel is considered. Fig.5, tables 2, ref.5.

С

уществует проблема передачи достоверной глубинной информации с забоя при бурении нефтяных и газовых скважин. В основном существующие разработки способов получения данных идут в трех направлениях: электромагнитный способ, гидравлический и сейсмовибрационный.

Анализ существующих каналов связи показывает, что в электромагнитном способе получения технологических параметров бурения существуют такие недостатки, как затухание и искажение электромагнитного сигнала.

Гидравлический способ также не получил широкого распространения при бурении глубоких скважин из-за сложности выделения гидравлического сигнала. Принцип работы в таком способе основан на том, что забойный таходатчик, связанный с валом турбобура, выдает гидравлические сигналы (импульсы давления), пропорциональные скорости вращения вала турбобура. В отечественных разработках импульсы давления имеют положительный знак, а в иностранных – отрицательный. Затухание таких сигналов в канале связи составляет 3..5 Неп/км [1]. Согласно исследованиям Ю.В. Грачева и В.Н. Варламова нестабильность вращения турбины турбобура составляет 30% [2], следовательно, гидравлическая помеха также составляет порядка 30% от давления в стволе скважины. Гармонические составляющие помех становятся сравнимыми по величине с сигналом, что затрудняет выделение и регистрацию его на поверхности. Кроме того, в гидравлический сигнал вносится помеха от работы бурового насоса.

В сейсмовибрационном способе используются данные, снимаемые с корпуса бурильной колонны, и показания сейсмических приборов на поверхности вблизи скважины. Из-за работы долота на забое по корпусу бурильной колонны распространяются вибрации, работа буровых насосов также создает встречную вибрацию. Сложность выделения сигнала с забоя возникает из-за неравномерности работы долота, поэтому получаемые данные не несут достоверной информации о технологических параметрах бурения.

Для передачи достоверной глубинной информации о технологических параметрах бурения предлагается использовать звуковой канал связи. Согласно теории передачи сигналов, канал связи представляет технические устройства и тракт связи, по которому сигналы, содержащие информацию, распространяются от передатчика к приёмнику.

Для звукового канала связи источником информации является технологический звук, генерируемый турбобуром в процессе турбинного бурения. Одним источником звуковых волн является вращение турбинных лопаток. Другим – удары зубьевшарошек долота о забой. Таким образом, каждая частота f_i звукового спектра s (f), генерируемого турбобуром, может быть несущей информацию.

Из всех рассмотренных каналов связи наиболее интересным является звуковой канал. Основные положительные стороны звука: во-первых, дальность распространения низких частот в спектрах, генерируемых и турбобуром и долотом, во-вторых, присутствие его при работе оборудования. До настоящего времени звуковые волны рассматривались как помехи. Предлагается использовать помеху как сигнал, передающий сведения о технологических параметрах бурения, например, о скорости вращения долота.

Для решения поставленной задачи в источнике [3] приведены результаты записи уровней звука, генерируемых турбобуром и буровым насосом.

Испытания проводились на скв. 11512, куста 1151 на месторождении Уренгойское, Ен-Яхинской площади, ОАО «Тюменьбургаз» шумомером ВШВ-003.

Результаты замера амплитудно-частотной характеристики вибрации при работе бурового насоса с корпуса нагнетательной линии на расстоянии 5 м от источника звука приведены в табл. 1.

Сравнение величин уровней звука таблиц 1 и 2 показывает, что буровой насос и турбобур генерируют достаточно высокий уровень звуковых колебаний. Особенно это наблюдается в диапазоне 125-500 Гц.

Кроме того, зубья шарошек долота, ударяясь о забой, создают звуковые колебания. Спектр этих колебаний зависит от степени износа долота. Если долото новое, то временная диаграмма удара одного зуба шарошки долота будет иметь вид короткого импульса с продолжительностью τ_и (рис. 1, а). Если долото изношено на 50%, то продолжительность импульса τ_и увеличится (рис. 1, б). Если износ составит более 90%, то импульс соответственно увеличится (рис. 1, в). Здесь и далее энергия звукового колебания Е представлена в относительных единицах.

Òàáëèöà 1