Бахтин В.К.
Дерябин М.С.
Касьянов Д.А.
Манаков С.А.
Шакуров Д.Р.
 Статья на сайте eLibrary

С развитием технологии бурения скважин возрастает потребность получения геофизических данных об этом процессе в реальном времени. Наиболее перспективным каналом передачи данных с забоя скважины на поверхность, по всей видимости, является акустический канал связи по элементам конструкции бурильной колонны. Имеющиеся на данный момент оценки предсказывают скорость передачи данных по подобному каналу связи до нескольких сотен бит в секунду. При проектировании акустического канала связи и расчёте его пропускной способности, как правило, полагают, что шум, связанный с процессом бурения, является аддитивным случайным гауссовым процессом. При этом прямые измерения шумов бурения в широком диапазоне частот показывают, что это не так. Имеется высокая вероятность появления высокоамплитудных всплесков, и на малых временах средний уровень вибраций сильно изменчив. Данная работа посвящена исследованию влияния реальных шумов бурения на акустический канал связи. Для этого была разработана цифровая модель, учитывающая экспериментальные данные о шумах бурения, которые записывались в течение длительного времени в натурных экспериментах. Представлены результаты моделирования вероятности битовой ошибки при различных подходах к помехоустойчивому кодированию, проведено сравнение с гауссовым каналом. Показано, что на качество акустического канала связи оказывает принципиальное влияние отклонение шума, сопровождающего бурение, от нормального случайного процесса.

На английском языке
On the fundamental effect of drilling noise on the acoustic communication channel through the drill string
Bakhtin V.K., Deryabin M.S., Kas'yanov D.A., Manakov S.A. and Shakurov D.R.

Advances in borehole drilling technology are increasing the need for real-time geophysical data on the drilling process. It is obvious that the most promising channel of data transmission from the bottom of the borehole to the day surface is the acoustic communication channel through structural elements of the drill string. Currently available estimates predict that the data transmission rate through the acoustic communication channel can reach several hundred bits per second. When designing an acoustic communication channel and calculating its capacity, it is generally assumed that the noise associated with the drilling process is an additive random Gaussian process. However, direct measurements of drilling noise over a wide range of frequencies show that this assumption is incorrect. There is a high probability for the occurrence of high-amplitude spikes, and the average vibration level varies greatly over short periods of time. This paper is devoted to the study of the effect of real drilling noise on the acoustic communication channel. A digital model was developed for this purpose. The model takes into account experimentally obtained data on drilling noise that has been recorded over a long period of time in field experiments. The results of modeling the bit error probability under different approaches to noise-tolerant coding are presented and a comparison with a Gaussian channel is made. It is shown that deviations of noise that accompanies drilling from the normal random process have a fundamental effect on the quality of communication in the acoustic data transmission channel.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2024_67_03_223