В нефтегазовой индустрии измерения в процессе бурения стали неотъемлемой части бурового процесса. Большинство сервисных компаний оказывают данную услугу, однако скорость передачи данных с забоя скважин не удовлетворяет современному уровню развития современной отрасли. Какие решения предлагают российские ученые?
Одним из первостепенных ориентиров для решения целей, поставленных перед нефтегазовой отраслью, является совершенствование технологии бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин в сложных геологических условиях.
На сегодняшний день производительное управление процессом бурения скважин невозможно без оперативного контроля забойных параметров, описывающих протекание технологического процесса бурения. Исследование и разработка канала связи между забоем и устьем скважины имеет большое значение, потому что на данный момент не существует канала связи, обеспечивающего надежную передачу сигнала в процессе бурения сверхглубоких скважин.
Отметив тенденцию бурения сверхглубоких скважин, широкое распространение среди всех телесистем получил гидравлический канал связи, так как его можно использовать на глубинах свыше 7 км. Еще одним плюсом гидравлического канала связи является то, что в качестве канала связи используется столб бурового раствора в бурильной колонне, а следовательно, не требуется дополнительных затрат на организацию канала связи [1].
В настоящее время интерес к троичной системе в зарубежных средствах научной информации заметно возрос. Троичное кодирование пользуется популярностью во многих отраслях науки, однако в нефтегазовом деле этот метод до сих пор не нашел своего применения. Разрабатываемый аппаратный комплекс за счет использования троичного кодирования и комбинирования двух каналов связи позволит достигнуть скорости передачи данных в 1,58 раз больше, чем у зарубежных и отечественных аналогов.
Передача информации в предлагаемой разработке происходит в тритах. Трит – логарифмическая единица измерения в концепции данных, наименьшая единая часть замера числа данных ключей с тремя равновероятными сообщениями. Энтропией в 1 трит обладает ресурс данных с тремя равновероятными состояниями. Иными словами, по аналогиис битом, что «сокращает неосведомленность» об исследуемом предмете в два раза, трит «сокращает неосведомленность» в три раза. Один трит равен log23 (приблизительно 1,58496) битам данных. При физиологическом осуществлении троичным функциям в троичной логике отвечают троичные закономерные компоненты, в совокупном случае никак не непременно электрические. Схемы с 3-4-значной логикой предоставляют вероятность уменьшить число применяемых закономерных и запоминающих компонентов и межэлементных сочетаний. Схемы трехзначной логики свободно реализуются в КМОП-технологические процессы. Трехзначная закономерность владеет огромной выразительностью, нежели двухзначная [4].
Троичное кодирование на 59 % экономнее десятичного и на 5,4 % – двоичного. При этом для представления чисел с одинаковой точностью троичных разрядов требуется в 2,10 раза больше, чем десятичных, и в 1,58 раза меньше, чем двоичных. Последнее позволяет в машине последовательного действия при данной тактовой частоте сократить за счет использования троичной системы счисления время выполнения арифметических операций в 1,5–2 раза по сравнению со временем выполнения их с двоичными числами.
При использовании троичной системы счисления можно применять три варианта фазы: −1 – нет сдвига фазы; 0 – сдвиг фазы наполовину; 1 – сдвиг фазы на 180 градусов.
Использование троичной системы кодирования данных передает больше информации по каналу «забой–устье». Это эффективно использовать на больших глубинах, а на средних же глубинах целесообразно использовать акустический канал связи. Комбинирование двух каналов в акустической телесистеме улучшит качество передаваемой информации, а установка ретрансляторов по стволу скважины будет препятствовать затуханию сигнала [2].
Применение различных сочетаний комбинированного канала позволяет увеличить дальность передачи информации, улучшить помехоустойчивость, увеличить полосу пропускания и т.д. В последние десятилетия наблюдается тенденция к росту глубин бурящихся скважин. По прогнозам специалистов, в ближайшее время эта тенденция сохранится, а это значит, что все больше скважин будет пробуриваться на глубину более 7000 м. Обычные скважинные каналы забоя с устьем имеют ограниченную дальность действия. Интерес представляет изучение беспроводного комбинированного канала для сверхглубоких скважин [3].
Для реализации задачи передачи информации разработан прибор для системы Measurement While Drilling/Logging While Drilling – телеметрии. Прибор использует комбинированный канал связи: акустический, совмещенный с гидравлическим, и передает информацию в виде троичного кода.
Основные технические характеристики разработки:
1. Скорость передачи данных до 35 бит/с, достигаемая за счет использования технологии троичного кодирования.
2. В системе установлены два ретранслятора акустического сигнала для препятствия затуханию сигнала.
3. Использованы три положения системы передачи информации, позволяющие передавать сигнал в виде троичного кода.
4. Компоненты в стандартной конфигурации разрабатываемого аппаратного комплекса работают при температуре до 150 градусов Цельсия.
5. Разработанный аппаратный комплекс эффективен при бурении скважин на глубине более 7000 м.
Целевые рынки нефтесервисных и геофизических исследований растут в последние дни. По прогнозам аналитиков Deloitte они быстро восстановятся после пандемии [5].
Передача информации по комбинированному каналу связи дает следующие преимущества по сравнению с гидравлическим каналом связи. Во-первых, повышается точность передачи сигнала с забоя на устье скважины. Во-вторых, частотный диапазон передачи сигнала шире, и его верхняя граница выше, что позволяет передавать данные с большей скоростью и, соответственно, более оперативно управлять процессом бурения. В-третьих, облегчаются условия приема сигнала на выходе канала. В-четвертых, возможно дальнейшее увеличение дальности передачи до 7000 метров и более.
Описываемый аппаратный комплекс доказал свою эффективность на лабораторной модели, изображенной на рисунке 3. Разработка справляется с передачей информации с высокой скоростью и с переводом данных из гидравлического в акустический канал. Таким образом, созданный аппаратный комплекс будет широко использоваться ввиду своих преимуществ, а также будет способствовать импортозамещению.
Литература
1. АО «Башнефтегеофизика» [Электронный ресурс]. – Электрон https://www.bngf.ru/services/183/. Дата обращения: 22.09.2021. – Загл. с экрана.
2. Большая энциклопедия нефти и газа «Акустический канал» [Электронный ресурс]. – Электрон https://www.ngpedia.ru/id75154p1.html . Дата обращения: 22.09.2021. – Загл. с экрана.
3. Гурлев И.В. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЯЗЬЮ ДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ // Вестник евразийской науки. 2020. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/problemy-i-perspektivy-obespecheniya-svyazyu-dobyvayuschih-predpri... (дата обращения: 22.09.2021).
4. Поляков Павел Сергеевич, Росляева Мария Николаевна, Прокин Александр Александрович ОБЗОР ПОСЛЕДНИХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ ЦИФРОВОГО ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ О ДНК // E-Scio. 2020. № 4 (43). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-poslednih-tendentsiy-v-oblasti-tsifrovogo-hraneniya-dannyh-o... (дата обращения: 22.09.2021).
Deloitte [Электронный ресурс]. – Электрон https://www2.deloitte.com/ru/ru/pages/energy-and-resources/articles/2020/oil-gas-survey-russia-2020.html. Дата обращения: 22.09.2021. – Загл. с экрана
