Устройство для приема скважинной информации

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин и может быть использовано при организации беспроводного электромагнитного канала связи. Устройство размещено на устье скважины с бурильной колонной и содержит приемную антенну и вычитающее устройство, соединенное с регистратором. Приемная антенна выполнена в виде двух тороидальных катушек с одинаковыми фазовыми характеристиками, одна из которых размещена вокруг бурильной колонны на устье скважины, а вторая катушка - вокруг электрода, имеющего контакт с поверхностью земли и с бурильной колонной, выходы тороидальных катушек соединены с входами вычитающего устройства. Между выходом одной из тороидальных катушек и входом вычитающего устройства введен регулируемый усилитель. Изобретение позволяет увеличить дальность действия канала связи и исключить влияние промышленных поверхностных токов на принимаемый сигнал. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области передачи скважинной информации по беспроводному электромагнитному каналу связи. Предпочтительная область применения - бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Известен способ передачи информации из скважины на поверхность по бескабельному электромагнитному каналу связи, при котором проводами линии передачи служат колонна бурильных труб и буровая жидкость (пат. 2162521 РФ, Е 21 В 47/12; пат. 2132948 РФ, Е 21 В 47/12).

Известно устройство для приема скважинной информации, использующее колонну бурильных труб в качестве одного из проводов линии передачи, в качестве второго провода выступает земля, окружающая скважину. Приемной антенной служит выносной электрод, вбитый в землю (Пат. 2161701 РФ, Е 21 В 47/022).

В качестве прототипа выбрана заявка Великобритании 2251159, Н 04 В 13/02. Приемное устройство каротажных сигналов содержит приемную антенну в виде штыря, помещенного в землю в окрестностях скважины, и детектор шума в виде тороидальной катушки, охватывающей колонну скважинных труб. Сигнал, измеренный детектором шума, при дальнейшей обработке вычитается из входного сигнала, снятого со штыря.

При подобных методах съема информации используется лишь часть энергии, создаваемой скважинным передатчиком и растекающейся по земной поверхности, что значительно снижает дальность передачи. При этом также воспринимаются поверхностные промышленные токи, значительно искажающие полезную информацию.

Цель предлагаемого изобретения - увеличение мощности принимаемого сигнала путем изменения точки съема информации и исключение влияния промышленных поверхностных токов на полезный сигнал, что должно привести к повышению дальности действия канала связи.

Устройство для приема скважинной информации по беспроводному электромагнитному каналу связи размещено на устье скважины с бурильной колонной и содержит приемную антенну и вычитающее устройство, соединенное с регистратором. Предложено приемную антенну выполнить в виде двух тороидальных катушек с одинаковыми фазовыми характеристиками, одна из которых размещена вокруг бурильной колонны на устье скважины, а вторая катушка помещена вокруг электрода, имеющего контакт с поверхностью земли и с бурильной колонной. Выходы тороидальных катушек соединены с входами вычитающего устройства.

Для компенсации неравенства значений уровня помех на приемных катушках между выходом одной из них и входом вычитающего устройства введен усилитель с регулируемым коэффициентом усиления.

На чертеже изображена схема устройства.

На бурильной колонне 1 на устье скважины размещена тороидальная катушка 3, выполненная в виде кольца с измерительной обмоткой. На обсадной колонне шурфа 2 буровой установки установлена идентичная тороидальная катушка 4. Выходы измерительных обмоток тороидальных катушек 3 и 4 подсоединены к входам вычитающего устройства 5, причем выход катушки 3 соединен с вычитающим устройством 5 через усилитель 6 с регулируемым коэффициентом усиления. Вычитающее устройство 5 соединено с регистратором 7, 8 - разделитель скважинного передатчика и 9 - скважинный передатчик размещены на забое скважины на колонне 1, 10 - условный источник поверхностных помех, 11 - опоры буровой колонны. Символами Ic и Iп1 и Iп2 обозначены соответственно линии тока передатчика (полезного сигнала) и линии тока помех.

В окрестностях скважины, как правило, действует множество промышленных объектов, электрические установки которых создают поверхностные токи Iп. Поверхностные промышленные токи источника помех 10, растекаясь по земле, замыкаются на металлические предметы, имеющие контакт с землей, в том числе и на бурильную колонну 1, обсадную колонну шурфа 2, опоры буровой колонны 11. После включения скважинного передатчика 9 с разделителем 8 формируется ток передачи Ic, силовые линии которого проходят по бурильной колонне 1 и окружающей породе и по обсадной колонне шурфа 2. На бурильной колонне 1 замыкаются как силовые линии Ic скважинного передатчика, так и помехи Iп. При этом в тороидальной катушке 3 наводится напряжение, соответствующее разности токов сигнала и помехи. Уровень сигнала, воспринимаемого тороидальной катушкой 4, расположенной на обсадной колонне шурфа 2, и имеющего одинаковый с бурильной колонной 1 электрический потенциал, складывается из уровня помех и уровня полезного сигнала. Тороидальные катушки 3 и 4 имеют одинаковые фазовые характеристики, и формируемые на их выходах токи также имеют примерно одинаковые фазовые характеристики. Следовательно, вычитая из выходного сигнала тороидальной катушки 4 выходной сигнал тороидальной катушки 3 с помощью вычитающего устройства 5, на регистраторе 7 получаем сигнал, свободный от помех и зависящий только от уровня полезного сигнала, переданного со скважинного передатчика 9. Вместо обсадной колонны шурфа 2 для установки тороидальной катушки 4 можно использовать любой другой металлический предмет, имеющий электрический контакт с поверхностью земли и с колонной 1, например, это может быть другая скважина или специально установленный металлический электрод.

Уровни помех на приемных тороидальных катушках 3 и 4 могут отличаться по амплитуде из-за различных переходных сопротивлений между металлом труб и окружающей средой. Для компенсации этого недостатка предусмотрена установка регулируемого усилителя 6 в выходную цепь одной из тороидальных катушек.

1. Устройство для приема скважинной информации по беспроводному электромагнитному каналу связи, размещенное на устье скважины с бурильной колонной, содержащее приемную антенну и вычитающее устройство, соединенное с регистратором, отличающееся тем, что приемная антенна выполнена в виде двух тороидальных катушек с одинаковыми фазовыми характеристиками, одна из которых размещена вокруг бурильной колонны на устье скважины, а вторая катушка - вокруг электрода, имеющего контакт с поверхностью земли и с бурильной колонной, выходы тороидальных катушек соединены с входами вычитающего устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между выходом одной из тороидальных катушек и входом вычитающего устройства введен регулируемый усилитель.