ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2022, № 11 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Разработка ультразвукового приемопередатчика для скважинной телеметрии

О.В. Стукач1,2, И.А. Ершов2, С.В. Быков2, С.А. Гладышев2

1 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва, Россия
2 Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2022.11.3 УДК 534.213.4:517.518.82 EDN IXUDBL

Аннотация

Предложен и исследуется новый канал связи для передачи телеметрической информации. Основной идеей является использование акустического сигнала в полосе ультразвуковых частот и внутритрубного пространства как среды передачи. Выбор ультразвукового диапазона частот акустических сигналов был сделан из предположения о меньшем влиянии эффекта интерференции при разных расстояниях между приемником и передатчиком сигналов. Внутритрубное пространство содержит более однородную среду, чем породы за обсадной трубой. Использование ультразвуковых частот уменьшает рассеяние сигнала в затрубное пространство. Предполагается, что это позволит улучшить достоверность передаваемой информации. Представлены разработанные ультразвуковые приёмник и передатчик цифрового сигнала в коде «Манчестер-II» на базе ультразвукового излучателя ma40s4s и ультразвукового датчика ma40s4r. Приведена электрическая принципиальная схема приёмника. Для оценки эффективности технического решения разработан испытательный стенд. Проведена оценка затухания ультразвукового сигнала во внутритрубном пространстве и сделан вывод о перспективности использования ультразвукового канала связи. В ходе экспериментов выявлено значительное влияние интерференции. Данное явление затрудняет его идентификацию, поскольку паузы между символами заполняются отраженным сигналом. Для решения данной проблемы был использован дополнительный резонансный усилитель.

  • измерения в процессе бурения
  • ультразвуковой канал
  • геофизическая телеметрия
  • кодирование сигнала
Abstract (in English)

Design of an ultrasonic transceiver for downhole telemetry

Hydrocarbons are the significant part of the Russian Federation's exports. Due the exploration of hard-to-recover reserves, it is necessary to design and improve technical tools and methods to increase the efficiency of the geophysical information transfer in the logging of wells. A new communication channel for the telemetry transfer is proposed and investigated. The main idea is to use an acoustic signal in the ultrasonic frequency band and inner tube space as a transmission media. The inner tube space contains a more homogeneous media than the rocks behind the casing string. The use of ultrasonic frequencies reduces the signal scattering into the annular space. It is assumed that it will improve the reliability of the transferred information. The designed ultrasonic receiver and digital signal transmitter in the “Manchester II” code are presented based on the ma40s4s ultrasonic radiating element and the ma40s4r ultrasonic sensor. A test bench has been designed to evaluate the effectiveness of the technical solution. During the experiments, a significant influence of interference was revealed. Despite significant attenuation in a conductive media, this phenomenon significantly increases the signal amplitude, but makes it difficult to identify it, because the pauses between symbols are filled with the reflected signal. Evaluation of the ultrasonic signal attenuation in the inner tube space was carried out, and a conclusion was carried out concern the prospects of ultrasonic communication channel.

Для цитирования

Стукач О.В., Ершов И.А., Быков С.В., Гладышев С.А. Разработка ультразвукового приемопередатчика для скважинной телеметрии // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.11.3

Литература

  1. Тынчеров К.Т., Червяков Н.И., Селиванова М.В., Калмыков И.А. Способ повышения достоверности телеметрической скважинной информации, передаваемой по беспроводному каналу связи. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т.329. №3. С.36-43.
  2. Стукач О.В., Мирманов А.Б., Гопоненко А.С., Кочумеев В.А. Разработка новой телесистемы для передачи данных по радиоканалу в процессе бурения скважин. Вестник науки Сибири. 2014. №1(11). С.76-83.
  3. Бошенятов Б.В., Попов В.В. Затухание низкочастотных звуковых волн в микропузырьковой газожидкостной среде. Фундаментальные исследования. 2009. №3. С.99-102.
  4. Горбачев И.В., Кузяков О.Н., Прядко А.В. К вопросу о затухании звуковой волны, связанном с излучением звука в затрубное пространство. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2009. №5. С.29-31.
  5. Mostaghimi H., Pagtalunan J.R., Moon B., Kim S., Park S.S. Dynamic drill-string modeling for acoustic telemetry.International Journal of Mechanical Sciences. 2022. V.218. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2021.107043
  6. Pagtalunan J., Parmar K., Kim S., Moon B., Park S.S. Experimental study on repeater-free acoustic telemetry for downhole operations. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. V.202. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.108551
  7. Li H., Liang J., Li C., Li G., Meng Y., Yang P., Liu J., Xu L. A novel method to improve mud pulse telemetry performance during gaseated underbalanced drilling. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. V.213. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110400
  8. Levenets A.V., Un C.E., Bogachev I.V. Method of noise-protected transmission of telemetric data with adaptation to the state of the communication channel. 2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon. 2019. https://doi.org/10.1109/FarEastCon.2019.8934367
  9. Shao J., Yan Z., Han S., Li H., Gao T., Hu X., Wei C. Differential signal extraction for continuous wave mud pulse telemetry. Journal of Petroleum Science and Engineering. V.148. P.127-130. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2016.09.047
  10. Sacristan-Riquelme J., Segura F., Oses M.T. Simple and efficient inductive telemetry system with data and power transmission. Microelectronics Journal. 2008. V.39. №1. P.103-111. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2007.11.012
  11. Ramos A. San Emeterio J.L., Sanz P.T. Different tuning contributions in piezoelectric transceivers improving transient signals for ultrasonic imaging. ISAF 1998. Proceedings of the Eleventh IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics. 1998. P.251-254. https://doi.org/10.1109/ISAF.1998.786681