RU2279542C2 - Downhole information transmission device - Google Patents
Downhole information transmission device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2279542C2 RU2279542C2 RU2004124634/03A RU2004124634A RU2279542C2 RU 2279542 C2 RU2279542 C2 RU 2279542C2 RU 2004124634/03 A RU2004124634/03 A RU 2004124634/03A RU 2004124634 A RU2004124634 A RU 2004124634A RU 2279542 C2 RU2279542 C2 RU 2279542C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- downhole
- receiving
- casing
- transmitting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам передачи забойной информации при бурении и при добыче нефти или газа.The invention relates to systems for transmitting downhole information during drilling and during oil or gas production.
Известна телеметрическая система для передачи забойной информации по гидравлическому каналу связи по заявке РФ №96121043, содержащая наземную часть, соединенную гидравлическим каналом связи с забойной частью, которая включает забойный двигатель, отклонитель, узел формирования гидравлического информационного импульса с исполнительным органом и приводом, соединенным с электрогенератором, имеющим привод, отличающаяся тем, что привод электрогенератора выполнен в виде кривого валика, редуктора с электромагнитной муфтой и винтовой пары, причем один конец валика связан с валом забойного двигателя, а другой с редуктором, который установлен с возможностью передачи движения через винтовые пары на отклонитель и непосредственно на электрогенератор, установленный на одной оси с приводом узла формирования гидравлического информационного импульса, исполнительный орган которого установлен с возможностью регулирования пропуска промывочной жидкости в затрубное пространство.A known telemetry system for transmitting downhole information through a hydraulic communication channel according to the application of the Russian Federation No. 96121043, comprising a ground part connected by a hydraulic communication channel to a downhole part, which includes a downhole motor, diverter, a hydraulic information pulse generating unit with an actuator and a drive connected to an electric generator having a drive, characterized in that the drive of the generator is made in the form of a curved roller, a gearbox with an electromagnetic clutch and a screw pair, with than one end of the roller is connected to the shaft of the downhole motor, and the other to the gearbox, which is mounted with the possibility of transmitting movement through screw pairs to the diverter and directly to the electric generator mounted on the same axis as the drive of the hydraulic information pulse generating unit, the actuating organ of which is adjustable passage of flushing fluid into the annulus.
Недостатки систем с гидравлическим каналом связи: сложность конструкции и высокая стоимость.Disadvantages of systems with a hydraulic communication channel: design complexity and high cost.
Известна забойная телеметрическая система для передачи забойной информации по электромагнитному каналу связи по пат. РФ №21933657. Забойная телеметрическая система содержит наземную приемно-обрабатывающую аппаратуру и установленные в колонну труб скважинный прибор с электронным блоком и источник питания, выполненный в виде электрогенератора или батареи электрических элементов. Источник питания выполнен сменным и имеет на верхнем торце стыковочное устройство и/или устройство для съема, а на нижнем - наконечник с одним или несколькими электрическими контактами. В верхней части скважинного прибора выполнено стыковочное устройство для установки, по крайней мере, одного сменного источника питания. Стыковочное устройство скважинного прибора может быть выполнено с обеспечением перекоммутации электронного блока скважинного прибора на вновь устанавливаемый сменный источник питания, а также с обеспечением окружной ориентации и фиксации вышеустановленного сменного источника питания. Сменные источники питания могут быть установлены друг над другом.Known downhole telemetry system for transmitting downhole information through an electromagnetic communication channel according to US Pat. RF №21933657. The downhole telemetry system comprises a ground receiving and processing apparatus and a downhole tool with an electronic unit installed in a pipe string and a power source made in the form of an electric generator or a battery of electrical elements. The power source is removable and has a docking device and / or a device for removal on the upper end, and a tip with one or more electrical contacts on the lower end. In the upper part of the downhole tool, a docking device is made for installing at least one replaceable power source. The docking device of the downhole tool can be performed by ensuring the switching of the electronic unit of the downhole tool to a newly installed replaceable power source, as well as by providing a circumferential orientation and fixing of the above-installed replaceable power source. Interchangeable power supplies can be installed one above the other.
Недостатком системы является то, что она не работоспособна в экранирующих пластах, обладающих высокой проводимостью и в составе колонны бурильных труб.The disadvantage of the system is that it is not functional in shielding formations with high conductivity and as part of a drill pipe string.
Известно устройство для передачи забойной информации по магнитному каналу связи по авт. св.СССР №608051 (прототип), содержащий передающую и приемную катушки связи, магитопровод, вмонтированный по всей длине колонны бурильных труб и усилитель, подключенный к приемной катушке.A device for transmitting downhole information through a magnetic communication channel by ed. St. USSR №608051 (prototype), containing transmitting and receiving communication coils, a magnetic circuit mounted along the entire length of the drill pipe string and an amplifier connected to the receiving coil.
Недостатком системы является ее низкая эффективность в диапазоне частот 1...10 Гц, принятая для телеметрических систем с магнитным каналом связи и конструктивная сложность, связанная с установкой магнитопровода по всей длине колонны бурильных труб. Установка магнитопровода реально неосуществима, т.к. магнитопровод будет состоять из отдельных элементов, для которых соответствует длине одной трубы, входящей в состав колонны бурильных труб, т.е. 12...18 м. Отдельные элементы магнитопровода должны быть соединены между собой по резбе, а это уменьшит магнитную проницаемость магнитопровода. Магнитный поток, несущий сигнал, будет ослабевать и его невозможно будем принять с глубины более 500...800 м. Большая частота магнитного поля 0,1...1,0 МГц приемлема для передачи по магнитомягкому материалу, не передается по колонне бурильных труб, которые изготовлены из высоколегированной стали. Таким образом, при недостаточном сечении магнитопровода из магнитомягкого материала или при его отсутствии сигнал с рекомендованными частотами не сможет быть передан даже на несколько десятков метров.The disadvantage of the system is its low efficiency in the frequency range 1 ... 10 Hz, adopted for telemetry systems with a magnetic communication channel and structural complexity associated with the installation of a magnetic circuit along the entire length of the drill pipe string. Installation of the magnetic circuit is really impossible, because the magnetic core will consist of individual elements for which corresponds to the length of one pipe that is part of the drill pipe string, i.e. 12 ... 18 m. The individual elements of the magnetic circuit must be interconnected along the thread, and this will reduce the magnetic permeability of the magnetic circuit. The magnetic flux carrying the signal will weaken and it will not be possible to receive it from a depth of more than 500 ... 800 m. A large magnetic field frequency of 0.1 ... 1.0 MHz is acceptable for transmission through soft magnetic material; it is not transmitted through the drill pipe string which are made of high alloy steel. Thus, in case of insufficient cross-section of the magnetic core made of soft magnetic material or in its absence, the signal with the recommended frequencies cannot be transmitted even by several tens of meters.
Кроме того, в усилителе одновременно с усилением принятого сигнала происходит усиление помех и, как следствие, сигнал не может быть выделен.In addition, in the amplifier, along with the amplification of the received signal, interference is amplified and, as a result, the signal cannot be extracted.
Задача создания изобретения - обеспечение передачи информации от забойной телеметрической системы, в том числе в экранирующих пластах с высокой проводимостью и при нахождении ее в колонне обсадных труб.The objective of the invention is to ensure the transmission of information from the downhole telemetry system, including in shielding layers with high conductivity and when it is in the casing string.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что в устройстве для передачи забойной информации, содержащем установленную в колонне бурильных или обсадных труб забойную телеметрическую систему со скважинным прибором и присоединенными к нему источником питания и передающей катушкой, и наземную приемно-преобразовательную аппаратуру, в том числе приемную катушку, передающая катушка намотана на наружной поверхности бурильной или обсадной трубы из магнитного материала, соединенной резьбой с корпусом забойной телеметрической системы, и соединена одним концом с выходом скважинного прибора, другим - с колонной бурильных или обсадных труб, приемная катушка установлена в верхней части колонны труб, наземная приемно-преобразовательная аппаратура дополнительно содержит приемное устройство, ко входу в которое присоединена приемная катушка, а к выходу - компьютер. Передающая катушка закрыта защитным покрытием или кожухом. Защитное покрытие выполнено из электроизоляционного материала.The solution to this problem was achieved due to the fact that in the device for transmitting downhole information containing a downhole telemetry system installed in a drill string or casing pipe with a downhole tool and a power source and a transmitting coil connected to it, and ground receiving and converting equipment, including receiving coil, transmitting coil wound on the outer surface of the drill or casing of magnetic material connected by a thread to the body of the downhole telemetry system , and is connected at one end to the outlet of the downhole tool, the other to the drill string or casing, the pickup coil is installed at the top of the pipe string, the ground receiving and converting apparatus further comprises a pickup device, to which the pickup coil is connected, and to the output - a computer. The transmitting coil is covered with a protective coating or casing. The protective coating is made of insulating material.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями. Промышленная применимость подтверждается тем, что для реализации проекта используется ранее применяемое для систем с электромагнитным каналом связи оборудование и две катушки (обмотки из медного провода) дополнительно. Изобретательский уровень подтверждается тем, что такие системы до настоящего времени не созданы.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability. Novelty is confirmed by patent research. Industrial applicability is confirmed by the fact that for the implementation of the project, equipment previously used for systems with an electromagnetic communication channel and two coils (windings from copper wire) are additionally used. The inventive step is confirmed by the fact that such systems have not yet been created.
Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.
Устройство для передачи забойной информации содержит установленные в состав колонны бурильных или обсадных труб 1 забойную телеметрическую систему 2, которая в свою очередь содержит немагнитный корпус 3, скважинный прибор 4 с датчиками и преобразующей аппаратурой, источник питания 5 (генератор или батарейный или термоэлектрический источник энергии). Источник питания 5 соединен со скважинным прибором двумя электрическими цепями: маломощной для питания электронных компонентов скважинного прибора и большой мощности для питания излучателя (передающей катушки). Через источник питания 5 транзитом проходит электропровод 9. К верхней части телеметрической системы 2 посредством стандартной конической резьбы присоединена бурильная или обсадная труба 6 из магнитного материала. На бурильной (обсадной) трубе 6 намотана передающая катушка 7, выполняющая функцию излучателя. Передающая катушка 7 закрыта изолирующим слоем и/или защитным кожухом 8 для исключения ее повреждения. Выход из скважинного прибора 4 соединен проводом 9 с одним выводом передающей катушки 7, а другой вывод передающей катушки 7 проводом 10 соединен с магнитной бурильной или обсадной трубой 6. В верхней части колонны бурильных (или обсадных) труб установлена приемная катушка 11, выходы которой 12 и 13 соединены с приемным устройством 14, приемное устройство 14 соединено с компьютером 15, к которому подключен монитор 16. В верхней части находится насос 17 для подачи бурового раствора.The device for transmitting downhole information includes a downhole telemetry system 2 installed in the string of drill or casing pipes 1, which in turn contains a non-magnetic body 3, a downhole tool 4 with sensors and converting equipment, a power source 5 (generator or battery or thermoelectric energy source) . The power source 5 is connected to the downhole tool with two electrical circuits: low power to power the electronic components of the downhole tool and high power to power the emitter (transmitting coil). An electric wire 9 passes through the power supply 5 in transit. A drill or casing 6 of magnetic material is connected to the upper part of the telemetry system 2 by means of a standard conical thread. On the drill (casing) pipe 6 is wound transmitting coil 7, which performs the function of the emitter. The transmitting coil 7 is closed by an insulating layer and / or a protective casing 8 to prevent damage. The output from the downhole tool 4 is connected by a wire 9 to one output of the transmitting coil 7, and the other output of the transmitting coil 7 by a wire 10 is connected to a magnetic drill or casing 6. A receiving coil 11 is installed at the top of the drill string (or casing), the outputs of which 12 and 13 are connected to a receiving device 14, the receiving device 14 is connected to a computer 15 to which a monitor 16 is connected. At the top there is a pump 17 for supplying drilling mud.
При работе датчики скважинного прибора 4 измеряют инклинометрические углы, определяющие пространственное положение низа колонны бурильных труб и направление горизонтального бурения. Кроме того, в скважинном приборе могут быть установлены любые другие датчики для измерения параметров среды в забое и/или характеристик турбобура и генератора. Аналоговые сигналы с датчиков преобразуются в цифровой двоичный код, модулируется в зависимости от показаний датчиков и по проводу 9 поступают на передающую катушку 7. Выход передающей катушки 7 заземлен на колонну труб 1. Таким образом, внутри передающей катушки 7 создаются импульсы магнитного потока, соответствующие показаниям датчиков скважинного прибора 4. Импульсы магнитного потока по колонне бурильных труб передаются вверх, при этом сигнал значительно ослабевает. Импульсы магнитного потока проходят в верхней части колонны бурильных труб 1 внутри приемной катушки 11 и наводят на обмотке этой катушки ЭДС (напряжение). С выходов приемной катушки 12 и 13 напряжение поступает на приемное устройство 13, в котором сигнал усиливается и от него отфильтровываются посторонние помехи. С приемного устройства сигнал (импульсы напряжения, переданные со скважинного прибора 4) поступает на вход одного из портов компьютера 15. В качестве компьютера 15 используют стандартный компьютер типа "Пентиум" любой конфигурации. Операционная система - любая. Программное обеспечение, необходимое для работы устройства, предварительно записывается в оперативной памяти скважинного прибора, в приемном устройстве и в компьютере.During operation, the sensors of the downhole tool 4 measure inclinometric angles that determine the spatial position of the bottom of the drill pipe string and the direction of horizontal drilling. In addition, any other sensors may be installed in the downhole tool to measure the environmental parameters in the face and / or the characteristics of the turbodrill and generator. The analog signals from the sensors are converted to digital binary code, modulated depending on the readings of the sensors, and sent through wire 9 to the transmitting coil 7. The output of the transmitting coil 7 is grounded to the pipe string 1. Thus, magnetic flux pulses are generated inside the transmitting coil 7 that correspond to the readings sensors of the downhole tool 4. The pulsed magnetic flux along the drill pipe string is transmitted upward, while the signal is significantly weakened. The magnetic flux pulses pass in the upper part of the drill pipe string 1 inside the receiving coil 11 and induce an EMF (voltage) on the winding of this coil. From the outputs of the receiving coil 12 and 13, the voltage is supplied to the receiving device 13, in which the signal is amplified and extraneous noise is filtered out from it. From the receiver, the signal (voltage pulses transmitted from the downhole tool 4) is fed to the input of one of the ports of computer 15. As computer 15, a standard Pentium computer of any configuration is used. The operating system is any. The software necessary for the operation of the device is pre-recorded in the RAM of the downhole tool, in the receiving device and in the computer.
Программное обеспечение разработано в ЗАО НПП "Самарские Горизонты" и официально зарегистрировано в ФИПС.The software was developed by ZAO NPP Samara Horizons and officially registered with FIPS.
Разработано 8 программ для ЭВМ:Developed 8 computer programs:
1. Программа управления скважинным прибором ЗТС СП-01, №2000611052.1. The control program for the downhole tool ZTS SP-01, No. 2000611052.
2. Программа "Забойная телеметрическая система ЗТС 172 М", №2000611215.2. The program "Downhole telemetry system ZTS 172 M", No. 2000611215.
3. Забойная телеметрическая система ЗТС 172, №20006111262.3. Downhole telemetry system ZTS 172, No. 20006111262.
4. Программа управления скважинным прибором ЗТС СП 02, №2001610248.4. The control program for the downhole tool ZTS SP 02, No. 2001610248.
5. Программа обработки данных для ввода в ПК ПО УСО 1.00, №2001610146.5. Data processing program for entering into the PC software USO 1.00, No. 2001610146.
6. Программа для обработки данных для ввода в ПК (ПО УСО2.00) №2001610247.6. Program for processing data for input into a PC (software USO2.00) No. 2001610247.
7. Программа обработки данных для ввода в ПК (ПО УСО 2.10), №2001610245.7. Data processing program for input into a PC (software USO 2.10), No. 2001610245.
8. Программа забойной телеметрической системы "Стрела", №2001610376. Для передачи информации по магнитному каналу связи предложено использовать частоты 1...100 Гц. Этот диапазон перекрывает диапазон частот, применяемых для электромагнитного канала связи: 1...10 Гц, что позволяет использовать имеющуюся аппаратуру (приемное устройство и программное обеспечение). Освоение более высоких частот 10...100 Гц позволит увеличить объем передаваемой информации на порядок и использовать ту же аппаратуру без доработки или с незначительными изменениями.8. The program of the downhole telemetric system "Strela", No. 2001610376. It is proposed to use frequencies of 1 ... 100 Hz to transmit information through a magnetic communication channel. This range covers the frequency range used for the electromagnetic communication channel: 1 ... 10 Hz, which allows the use of existing equipment (receiving device and software). Mastering higher frequencies of 10 ... 100 Hz will increase the amount of information transmitted by an order of magnitude and use the same equipment without modification or with minor changes.
Применение частот, заявленных в прототипе 0,1...1,0 МГц нереально из-за значительных потерь магнитного потока в колонне бурильных труб, которые изготовлены из высоколегированной магнитной стали, которая подобрана по прочностным характеристикам, а не магнитомягкого материала, прочностные свойства которого очень плохие.The use of frequencies stated in the prototype 0.1 ... 1.0 MHz is unrealistic due to significant losses of magnetic flux in the drill pipe string, which are made of high alloy magnetic steel, which is selected according to the strength characteristics, and not soft magnetic material, the strength properties of which very bad.
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Впервые создать телеметрическую систему, работающую на магнитном канале связи.1. For the first time to create a telemetry system operating on a magnetic communication channel.
2. Осуществлять передачу забойной информации без искажения через экранирующие пласты с высокой проводимостью.2. To transmit downhole information without distortion through shielding layers with high conductivity.
3. Обеспечить передачу забойной информации при установке телесистемы в колонне обсадных труб, что очень важно при разбуривании боковых стволов из обсаженных скважин.3. To ensure the transmission of downhole information when installing a telesystem in a casing string, which is very important when drilling sidetracks from cased wells.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004124634/03A RU2279542C2 (en) | 2004-08-12 | 2004-08-12 | Downhole information transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004124634/03A RU2279542C2 (en) | 2004-08-12 | 2004-08-12 | Downhole information transmission device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004124634A RU2004124634A (en) | 2006-01-27 |
| RU2279542C2 true RU2279542C2 (en) | 2006-07-10 |
Family
ID=36047586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004124634/03A RU2279542C2 (en) | 2004-08-12 | 2004-08-12 | Downhole information transmission device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2279542C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528771C2 (en) * | 2012-08-31 | 2014-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") | Data transfer from well via electric communication cable and device to this end |
| RU2726081C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-07-09 | Мария Павловна Руденко | Device for transmitting information from well |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105386755B (en) * | 2015-11-25 | 2018-04-03 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | Signal coupling apparatus based on drill string waveguide |
-
2004
- 2004-08-12 RU RU2004124634/03A patent/RU2279542C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГРАЧЕВ Ю.В. и др. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. - М.: Недра, 1986, с.271-275. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528771C2 (en) * | 2012-08-31 | 2014-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") | Data transfer from well via electric communication cable and device to this end |
| RU2726081C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-07-09 | Мария Павловна Руденко | Device for transmitting information from well |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004124634A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2627056C (en) | Electromagnetically determining the relative location of a drill bit using a solenoid source installed on a steel casing | |
| US8519865B2 (en) | Downhole coils | |
| US7170423B2 (en) | Electromagnetic MWD telemetry system incorporating a current sensing transformer | |
| CA2282810C (en) | Drill string telemetry | |
| US20080012569A1 (en) | Downhole Coils | |
| Franconi et al. | Wireless communication in oil and gas wells | |
| US9790784B2 (en) | Telemetry system, current sensor, and related methods for a drilling system | |
| CN101210489A (en) | Method and apparatus for locating faults in wired drill pipe | |
| US5959548A (en) | Electromagnetic signal pickup device | |
| CN1975106A (en) | Wireless electromagnetic telemetry system and method for bottomhole assembly | |
| SA99190985B1 (en) | Method and apparatus for the determination of the specific resistance to be ground | |
| MX2007006111A (en) | Methods and apparatus for communicating across casing. | |
| AU2016434207B2 (en) | Downhole energy harvesting | |
| RU2378509C1 (en) | Telemetry system | |
| EP3563032A1 (en) | Downhole energy harvesting | |
| EP2501032B1 (en) | Power generator for booster amplifier systems | |
| RU2667534C1 (en) | Single-wire guide system for determining distances using unbalanced magnetic fields | |
| EP4086428B1 (en) | Downhole energy harvesting | |
| US6208265B1 (en) | Electromagnetic signal pickup apparatus and method for use of same | |
| RU2279542C2 (en) | Downhole information transmission device | |
| Gooneratne et al. | Downhole Communication and Power Supplies to Instruments and Communication Modules | |
| RU2541990C1 (en) | Control system of mutual orientation process of shafts during cluster drilling of oil and gas wells | |
| RU2272132C2 (en) | Method for information transmission from well to surface | |
| US6968735B2 (en) | Long range data transmitter for horizontal directional drilling | |
| RU2528771C2 (en) | Data transfer from well via electric communication cable and device to this end |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130813 |