Влияние замков на затухание сигнала акустической телеметрии в бурильной колонне
Ключевые слова:
скважинная телеметрия, акустическая связь, ультразвуковой канал, акустические волны, измерения в процессе бурения, акустические измерения, бурильная колонна, канал забой-устье, отклик канала, затухание в среде, downhole telemetry, acoustic communication, ultrasonic channel, acoustic waves, measurements while drilling, acoustic measurements, drill string, downhole-mouth channel, channel response, attenuation in the mediumАннотация
Передача телеметрической информации от забоя к устью скважины в процессе бурения является актуальной задачей, у которой есть множество инженерных решений. Бурение палеозойских залежей приводит к необходимости развития исследований в данном направлении. Представлен ряд результатов по изучению влияния замков бурильной колонны на затухание ультразвукового сигнала. Измерения проводились на экспериментальной установке, представляющей собой трубу длиной до шести метров, внутри которой свободно перемещался передатчик сигнала. Использован ультразвуковой передатчик и приёмник на частоте 60 кГц на базе пьезоэлементов TR60-10H0Z-01. Получена модель затухания ультразвукового сигнала в трубе без воды. Регрессионным анализом были получены модели затухания в трубе с вмещающей средой (водой). Показано, что наличие одного бурильного замка снижает уровень сигнала в 0,18 раз, а общий вид модели не изменяется. Моделирование затухания в зависимости от расстояния до приёмника при использовании труб длиной 8,3 м с учётом замков показало, что снижение амплитуды сигнала до уровня шума произойдёт примерно на 400 м.
Библиографические ссылки
Alenezi A.H. Experimental Results On the Drill String Design for Borehole Acoustic Communicatio (Экспериментальные результаты по проектированию бурильной колонны для акустической связи в скважине) // 2022 4th International Conference on Applied Automation and Industrial Diagnostics (ICAAID), Hail, Saudi Arabia. – 2022. – С. 1-6. – Doi: 10.1109/ICAAID51067.2022.9799495.
Mirmanov A.B., Stukach O.V. The System Problems in the Microwave Measurement-While-Drilling Telemetry for Controlled Drilling and Modeling in Matlab Simulink // 2014 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). – 16-18 October 2014. – Tomsk, Russia. – DOI: 10.1109/MEACS.2014.6986885. Elibrary ID: 24032033. (Мирманов А.Б., Стукач О.В. Системные проблемы в сверхвысокочастотных забойных телеметрических системах для управляемого бурения и их моделирование в среде Matlab Simulink // Международная конференция по механике, автоматике и системам управления (MEACS). – 16-18 октября 2014 г., Томск, Россия).
Стукач О.В., Ершов И.А., Быков С.В., Гладышев С.А. Разработка ультразвукового приёмопередатчика для скважинной телеметрии // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – N 11. – DOI: 10.30898/1684-1719.2022.11.3.
Ershov I., Stukach O., Seismic Field Tests of a Distributed Acoustic Sensor // Systems Engineering and Infocommunications. – 2025. – № 1. – С. 17-21. – Doi: 10.5281/zenodo.15110964. (Ершов И.А., Стукач О.В. Полевые испытания распределенного акустического датчика // Системная инженерия и инфокоммуникации. – 2025. – N 1(1). – С. 17-21. – DOI: 10.5281/zenodo.15110964).
Stukach O.V., Mirmanov A.B. Behavioral Modeling a Wireless Borehole Communication Channel for Increase of the Telemetry Transfer Accuracy // 2018 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) Conference. – Omsk, Russia. – 13-15 Nov. 2018. – DOI: 10.1109/Dynamics.2018.8601423. (Стукач О.В., Мирманов А.Б. Поведенческое моделирование беспроводного канала связи через бурильную трубу для повышения точности передачи телеметрической информации // Конференция "Динамика систем, механизмов и машин". – Омск, 13-15 ноября 2018. – DOI: 10.1109/Dynamics.2018.8601423).
Nath S., Messier G.G., Belostotski L., Shor R. Wideband Modeling of the Mud-Pulse Communications Channel (Широкополосное моделирование гидроимпульсного канала связи) // IEEE Communications Letters. – 2021. – Т. 25. – № 1. – С. 18-22. – Doi: 10.1109/LCOMM.2020.3023967.
Мирманов А.Б., Стукач О.В., Байгуаныш С.Б. Проблемы в использовании канала связи с передачей данных в СВЧ диапазоне через бурильную трубу // Современное состояние естественных и технических наук. – Изд.: ООО "Издательство "Спутник+" (Москва). – 2014. – № 13. – С. 85-88. – Elibrary ID: 21237987.
Kutuzov D., Osovsky A., Stukach O., Starov D. Modeling of IIoT Traffic Processing by Intra-Chip NoC Routers of 5G/6G Networks // 2021 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). – 13-15 May 2021, Kazan, Russia. – DOI: 10.1109/SIBCON50419.2021.9438874, Elibrary ID: 46825100. (Кутузов Д.В., Осовский А.В., Стукач О.В., Старов Д.В. Моделирование обработки трафика промышленного Интернета вещей внутричиповыми маршрутизаторами сетей 5-6 поколения // Международная IEEE-Сибирская конференция по управлению и связи SIBCON-2021).
Емец С.В., Краснов А.Н., Прахова М.Ю., Калашник Ю.В. Организация наземного канала связи для системы передачи данных в процессе бурения // Нефтегазовое дело. – 2021. – Т. 19. – № 6. – С. 34-45.
Kochumeev V.A., Mirmanov A.B. et al. Problems in design of the new microwave geophysical measuring system // 19th International Conference on Microwaves, Radar & Wireless Communications (MIKON). – 2012. – 21-23 May. – Т. 2. – С. 516-518. – DOI: 10.1109/MIKON.2012.6233570 (Кочумеев В.А., Мирманов А.Б. и др. Проблемы проектирования новой микроволновой геофизической измерительной системы // 19 международная конференция по СВЧ радарам и беспроводной связи (MIKON)).
Молчанов А.А., Лукьянов Э.Е., Рапин В.А. Геофизические исследования горизонтальных нефтегазовых скважин. – С.-Пб: МАНЭБ. – 2001.
Шевченко М.А. Беспроводной комбинированный канал связи для телеметрии в процессе бурения сверхглубоких скважин // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2013. – № 12. – С. 5-12.
Jing L., Li Y., Murch R.D. Wideband modeling of the acoustic water pipe channel (Широкополосное моделирование акустического канала водопроводной трубы) // OCEANS 2016. – Shanghai, China. – 2016. – С. 1-8. – Doi: 10.1109/OCEANSAP.2016.7485640.
Jing L., Li Z., Murch R.D. Experimental study of acoustic channel characteristics of rigid and elastic pipelines (Экспериментальное исследование акустических характеристик каналов жестких и эластичных трубопроводов) // OCEANS 2017. – Aberdeen, UK. – С. 1-5. – Doi: 10.1109/OCEANSE.2017.8084867.
Jing L., Li Z., Li Y., Murch R.D. Channel Characterization of Acoustic Waveguides Consisting of Straight Gas and Water Pipelines (Характеристика канала акустических волноводов, состоящих из прямых газовых и водопроводных трубопроводов) // IEEE Access. – 2018. – Т. 6. – С. 6807-6819. – Doi: 10.1109/ACCESS.2018.2793299.
Wang B., Huang Z., Xing L., Lao L., Wei Z., Ge X. Quantitative Analysis of Guided Wave in Dielectric Logging Through Numerical Simulation // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. – 2022. – Т. 19. – С. 1-5. – Статья № 8001905. – DOI: 10.1109/LGRS.2020.3025783.
Stukach O.V., Goponenko A.S., Mirmanov A.B., Kochumeev V.A. Equipment for Extract Behavioral Transmitter Models for the New Communication Telemetry System Design // 2014 International Conference on Systems, Signals and Image Processing (IWSSIP). – 12-15 May 2014. – Dubrovnik, Croatia. – С. 247-250. –Elibrary ID: 23957940. – https://ieeexplore.ieee.org/document/6837677. (Стукач О.В., Гопоненко А.С., Мирманов А.Б., Кочумеев В.А. Установка для получения поведенческой модели передатчика новой телеметрической системы связи // Международная конференция по системам, обработке сигналов и изображений IWSSIP).
Мирманов А.Б., Стукач О.В. Исследование вмещающей среды методом кластерного анализа для геофизической телекоммуникационной системы // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций имени М. Тынышпаева. – № 4 (77). – 2012. – С. 36-41. – Elibrary ID: 29329358.
Zeng Z. et al. Study on positioning of trenchless drill bits based on the principle of acoustic resonance // Tunnelling and Underground Space Technology. – 2023. – Т. 140. – С. 105231.
Mirmanov A.B., Stukach O.V. The Receiver-Transmitter for the Measurement Information Transfer by the Inhomogeneous Media // The 7th International Forum on Strategic Technology IFOST2012. – September 17-21, 2012. – Tomsk Polytechnic University. – Т. 1. – С. 552-554. – DOI: 10.1109/IFOST.2012.6357618. (Мирманов А.Б., Стукач О.В. Приёмопередатчик измерительной информации для неоднородных сред // 7 международный форум по стратегическим технологиям).
Kumar L.S., Han W.K., Guan Y.L., Lee Y.H., Sun S. Optimization of acoustic communication for industrial drilling (Оптимизация акустической связи (для промышленного бурения) // 2013 IEEE Conference on Information & Communication Technologies. – Thuckalay, India. – 2013. – С. 1060-1063. – Doi: 10.1109/CICT.2013.6558255.
Huang X., Saniie J., Bakhtiari S., Heifetz A. Time Reversal Signal Processing for Ultrasonic Communication through Metal Channels // 2019 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). – Glasgow, UK. – 2019. – С. 623-626. – Doi: 10.1109/ULTSYM.2019.8926138.
Yuemin W., Lihua S., Chuanjun S., Fengrui S. Theoretical and experimental research on controlling guided waves propagation direction in pipes // IEEE 2011 10th International Conference on Electronic Measurement & Instruments. – Chengdu, China. – 2011. – С. 28-32. – Doi: 10.1109/ICEMI.2011.6037671.
Stukach O., Mirmanov A., Ivanov Yu.Yu. Signal processing in the microwave front-end radiolink for logging-while-drilling through the borehole pipes // 2018 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT). – 14-16 March 2018. – Moscow, Russia. – DOI: 10.1109/MWENT.2018.8337304. (Стукач О.В., Мирманов А.Б., Иванов Ю.Ю. Обработка сигнала в сверхвысокочастотной системе связи через бурильные трубы для каротажа в процессе бурения // Московский IEEE семинар по электронным и сетевым технологиям (MWENT), Москва, Россия).
Gutierrez-Estevez M.A., Krueger U., Krueger K.A., Manolakis K., Jungnickel V. Acoustic channel model for adaptive downhole communication over deep drill strings (Модель акустического канала для адаптивной внутрискважинной связи по колоннам глубинного бурения) // 2013 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. – Vancouver, BC, Canada. – 2013. – С. 4883-4887. – Doi: 10.1109/ICASSP.2013.6638589.
Stukach O.V., Ershov I.A., Bykov S.V., Grigorev D.A., Trubin I.V. Influence of Fittings of Drill Pipe Ultrasonic Signal Dampening in a Well // Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE). – Novosibirsk, Russia. – 2023. – С. 560-564. – DOI: 10.1109/APEIE59731.2023.10347587. (Стукач О.В., Ершов И.А., Быков С.В., Григорьев Д.А., Трубин И.В. Влияние замков бурильных труб на гашение ультразвукового сигнала в скважине // Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы электронного приборостроения". – Новосибирск).
Стукач О.В., Ершов И.А., Быков С.В., Трубин И.В. Регрессионная модель затухания ультразвукового сигнала в скважине // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 3. – DOI: 10.30898/1684-1719.2023.3.9.
Stukach O.V., Mirmanov A.B. Behavioral Modeling a Wireless Borehole Communication Channel for Increase of the Telemetry Transfer Accuracy // 2018 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) Conference. – Omsk, Russia. – 13-15 Nov. 2018. – DOI: 10.1109/Dynamics.2018.8601423. (Стукач О.В., Мирманов А.Б. Поведенческое моделирование беспроводного канала связи через бурильную трубу для повышения точности передачи телеметрической информации // Конференция "Динамика систем, механизмов и машин". Омск).
Мирманов А.Б., Стукач О.В., Гопоненко А.С. MatLab-моделирование передачи данных в забойной телеметрической системе с радиоканалом // Динамика систем, механизмов и машин. – 2014. – N 4. – С. 36-38. – Elibrary ID 22509151.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Системная инженерия и инфокоммуникации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.