В настоящее время в нефтедобывающей промышленности увеличивается доля трудноизвлекаемых запасов, в связи с чем растут объемы бурения горизонтальных скважин, которые во много раз увеличивают эффективность разработки. Поэтому становится актуальным усовершенствование используемых или создание новых технологий при строительстве таких скважин. При их разработке очень важно точно и своевременно передавать весь объем получаемых данных от забойной телеметрической системы, при бурении в нефтяных пластах, к устью скважины. Сегодня существует огромный разрыв между объемом данных, фиксируемых внутрискважинными датчиками и скоростью, с которой эти данные могут передаваться. Для создания высокоскоростного, двухстороннего канала связи при мониторинге траектории ствола скважины ученые Пермского Политеха разработали систему передачи данных с кабельным каналом, проложенным в стенках бурильных труб. Канал связи позволит передавать большой объем информации в режиме реального времени. Разработка повысит технологический суверенитет страны в сфере нефтедобычи.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Бурение и нефть», 2023 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Качественный мониторинг работы скважины и получение достоверных данных о положении ствола скважины, о флюидах, насыщающих породы, а также о технологических параметрах режима бурения повышают эффективность разработки месторождения. Появляется возможность повысить эффективность добычи трудноизвлекаемых запасов, увеличивается коэффициент извлечения нефти, что в свою очередь приводит к росту технических и экономических показателей разработки нефтяных пластов.
Для мониторинга пространственного положения ствола скважины применяются телеметрические системы с различными каналами передачи данных. Но использование именно кабельного канала может обеспечить двустороннюю и самую высокую скорость обмена данными (до 1 Мбит/с). Однако основные проблемы реализации данного метода заключаются в размещении кабеля в теле трубы без нарушения ее прочностных характеристик и передаче сигнала через стыки между трубами.
Разработанная учеными система передачи информации представляет собой колонну стыкующихся бурильных труб, с проложенным в ее стенке медным кабелем.
— В качестве базового элемента системы передачи данных выступает бурильная труба диаметром 165 мм и длиной 9,5 м. Вдоль наружной стенки трубы методом фрезерования мы выполнили паз в виде ласточкиного хвоста. В паз уложили изолированный двухпроводный медный кабель диаметром 1,7 мм и закрепили клеем, — поделился доцент кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук Александр Мелехин.
На концах трубы ученые расположили индуктивные катушки, предназначенные для передачи данных от одной трубы к другой посредством возбуждения электромагнитной индукции. При соединении труб в колонну катушки соседних труб соотносятся друг напротив друга. При возбуждении индукции на одной катушке, она передается на другую и регистрируется модулем передачи данных, который также был разработан политехниками.
— Передача данных осуществляется следующим образом. Отправляемые данные с платы управления кодируются пакетами цифровых сообщений. Эти цифровые сообщения последовательно передаются к модулю передачи данных, который осуществляет преобразование информационного пакета в токовый сигнал с заданными характеристиками. Ток передается в индукционную катушку, при прохождении через которую возникает электромагнитное индукционное поле. Оно передается на соседнюю катушку, включенную в сеть со следующим модулем, — объясняет заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук Сергей Чернышов.
Ключевым элементом разработанного модуля передачи данных является микросхема, которая обеспечивает двунаправленную связь между двумя изолированными устройствами через медный кабель. Микросхема осуществляет кодировку и декодировку логических данных в последовательность импульсов длительностью 120 наносекунд. Скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с при длине кабеля до 10 м.
Представленный учеными кабельный способ передачи данных позволяет создать высокоскоростной, двусторонний канал связи в системе забой-устье при строительстве скважин сложного профиля, а также передавать большой объем информации в режиме реального времени. Технология повысит качество разработки углеводородных месторождений, повысит эффективность добычи трудноизвлекаемых запасов.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60% — региональные университеты.