Основы устройства и работы телеметрических систем

Основными составными частями телеметрических систем являются следующие принципиальные узлы:

Ø скважинный прибор (зонд), имеющий в своем составе инклинометрический блок, электронный блок первичной обработки информации и исполнительный механизм (либо электронное устройство), формирующий сигналы для передачи информации на поверхность;

Ø приемник сигналов на поверхности (барьерный блок, антенна либо геофизическая лебедка, – в зависимости от физической природы сигнала);

Ø электронный блок обработки и преобразования информации;

Ø компьютер и/или электронное табло (пульт) для регистрации и визуализации трех основных величин, измеряемых скважинным зондом: зенитного угла и магнитного азимута скважины и угла установки отклонителя (визирного угла).

Датчики инклинометров могут быть гироскопическими или магниточувствительными. В телеметрических системах применяют только магниточувствительный тип датчиков.

Гироскопические датчики используют в своей работе физический принцип стабильности направления оси вращения масс (общеизвестный пример – детская игрушка «волчок»).

Показания гироскопических датчиков не зависят от магнитного поля и магнитных помех, замеры с их помощью могут производиться внутри обсадных и бурильных колонн.

Суть работы с ними состоит в ориентировании датчика в известном и заранее определенном направлении, спуске их в скважину и проведении замеров. После подъема снова замеряется направление, в котором датчик ориентирован (дело в том, что гироскопы и, соответственно, их показания, подвержены дрейфу, т.е. систематическому медленному повороту оси вращения). Понятно, что работа с такими приборами требует определенной специфической квалификации, и отнимает много времени. Гироскопические датчики выпускаются нескольких типов, и качественные гироскопы дороги ввиду необходимости обеспечения высокой точности изготовления.

Особым типом гироскопов являются гироскопы, самоориентирующиеся вдоль оси вращения Земли. Они очень точны, но дороги и велики, а в районах вблизи географических полюсов точность их снижается из-за понижения окружной скорости вращения планеты.

Гироскопические датчики не применяются в телеметрических системах ввиду своей хрупкости, – вибрации во время бурения вывели бы их из строя. Поэтому, как уже было сказано, в скважинных приборах (зондах) телеметрических систем используются не имеющие движущихся частей электронные магниточувствительные (реагирующие на магнитное поле Земли) и гравитационные (реагирующие на гравитационное поле) датчики направления.

Бурильные трубы и другие элементы бурильных колонн изготовлены из обычных конструкционных сталей, которые являются ферромагнитными материалами. Такие материалы экранируют магнитное поле Земли, направление которого должен регистрировать датчики телесистемы. Поскольку телеметрические зонды расположены внутри бурильной колонны сразу над забойным двигателем (или кривым переводником), возникает необходимость располагать их в диамагнитном (т.е немагнитном) удерживающем переводнике и в немагнитной трубе. Обычно применяют переводники и немагнитные УБТ из специальных диамагнитных сталей либо ЛБТ беззамковой конструкции из алюминиевых сплавов, не имеющие ферромагнитных замков.

Принцип работы инклинометрического блока телеметрического зонда иллюстрируют рисунки 1 и 2.

Рисунок 1 – Схема установки магнетометров

и акселерометров инклинометрического блока

Рисунок 2 – Скважинный прибор кабельной телеметрической системы

Электронные инклинометрические блоки телеметрических зондов представляют собой трехосевую ортогональную систему из трех магнитометров и трех акселерометров, – одна из осей (z) направлена вдоль оси прибора, две другие (x и y) перпендикулярны ей и друг другу, причем ось x является «нулем телесистемы», т.е. направлением установки зонда в удерживающем или установочном переводнике. Магнитометры измеряют ортогональные векторные составляющие магнитного поля, акселерометры измеряют ортогональные векторные составляющие гравитационного поля Земли. Затем сигнал от первичных датчиков обрабатывается в электронной части скважинного прибора, кодируется и в той или иной форме (в зависимости от типа канала связи) передается на поверхность. На поверхности сигнал декодируется (демодулируется), после чего обрабатывается специализированными компьютерными программами для индикации и записи измеренных значений зенитного угла, магнитного азимута и угла установки отклонителя.

Т.о., инклинометрический блок телесистемы измеряет зенитный угол, магнитный азимут и угол установки отклонителя (визирный угол), и зарегистрированные им величины должны быть переданы на поверхность (на пульт оператора или персональный компьютер).

В настоящее время для передачи информационных сигналов с забоя скважины на поверхность наиболее широко применяются три канала связи: гидравлический, электромагнитный и проводной (по геофизическому кабелю).

Каждый из этих каналов связи имеет свои преимущества и недостатки, свои особенности и границы применимости, все три широко применяются и совершенствуются.