История развития бескабельных систем для исследований скважин

В настоящее время бескабельные телесистемы и автономные приборы широко применяются для решения различных геологических, технологических и технических задач в процессе бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, изучения параметров геологического разреза, их освоения в сложных геолого-технических условиях и эксплуатации нефтегазовых, угольных, рудных и специальных скважин месторождений различных полезных ископаемых.

Для геофизических исследований скважин применяют около двадцати различных методов каротажа. Как правило, измерения свойств горных пород, проходимых скважиной, производят часто много времени спустя после их вскрытия. За это время проникновение фильтрата бурового раствора оказывается настолько значительным, что порой полностью маскирует истинный характер пласта. Ухудшается и отбивка границ пластов. Желательно проводить каротаж в момент вскрытия пласта или вскоре после окончания бурения, когда бурильные трубы еще не извлечены из скважины.

Измерения в процессе бурения были впервые осуществлены введением в практику работ метода газового каротажа. Однако недостатком этого метода было то, что выбуренные породы разбуриваемого пласта с потоком промывочной жидкости достигают поверхности через 30 и более минут после вскрытия пласта, и в районах с высокой скоростью бурения приходилось иногда останавливать процесс бурения для оценки характера вскрытых скважиной пластов. Кроме того, применение этого метода не исключало необходимости проведения электрического каротажа после бурения аппаратурой на кабеле.

Были проведены значительные поисковые работы по разработке метода и аппаратуры для непрерывного в реальном масштабе времени получения оператором информации о различных свойствах проходимых скважиной пород в процессе ее бурения. При этом основной упор был сделан на разработку метода электрического каротажа и канала связи забоя скважины с поверхностью.

50-е гг. характеризуются появлением нового направления — разработкой автономно действующих скважинных приборов со встроенным в них регистратором для записи измеряемых величин. Предложения, связанные с устройствами, использующими канал связи, сводятся к выбору типа канала, соответствующих источников питания, передающей и приемной аппаратуры, зондовых устройств и др. При этом предусматривается проведение электрического, радиоактивного и иногда других методов каротажа. В качестве источников питания предполагается использование химических источников тока или турбогенераторов.

Сложность изготовления специальных бурильных труб со встроенными в них отрезками кабеля, сложность их стыковки на буровой, высокая стоимость эксплуатации такого канала связи, потребность в специальном оборудовании и низкая надежность его работы привели к необходимости поиска других каналов связи. Одним из этих поисков является использование колонны бурильных труб в качестве электрического канала связи. Передача электрических сигналов — электромагнитных колебаний по трубам в принципе обладает рядом существенных преимуществ перед другими способами передачи информации. В первую очередь, это простое преобразование измеряемой величины в электрический сигнал.

В одном из первых предложений по проведению каротажа в процессе бурения с применением беспроводного электрического канала связи предполагалось проводить одновременное измерение и передачу нескольких величин путем изменения длительности передаваемого импульса, паузы и частоты следования импульсов.

Устройство для каротажа в процессе бурения состояло из скважинной аппаратуры и наземного приемного и регистрирующего блока. Скважинный прибор находился в специальном буровом переводнике, а долото и колонна труб использованы как измерительные электроды, измерялась разность потенциалов (КС и ПС) между долотом и колонной труб. Электрическое соединение измерительной и передающей аппаратуры, находящейся в скважинном приборе, осуществлялось с помощью щеточных контактов, изолированных от окружающих проводящих материалов. В измерительной аппаратуре разность потенциалов преобразовывалась в пропорциональные длительности электрических импульсов и пауз между ними. В наземном приемном блоке производилось декодирование измеряемых величин и их запись. Недостатком предложенного беспроводного канала связи было сильное затухание сигнала с ростом глубины скважины, особенно в низкоомных разрезах.