Забойная телеметрическая система с извлекаемым скважинным прибором

 

Изобретение относится к бурению скважин и может быь использовано для конроля забойных параметров в процессе бурения. Задачей изобретения является повышение надежности работы. Система содержит размещенные в кожухе скважинного прибора электронный блок с датчиками, например инклинометрическими, передающее устройство для передачи информации по электромагнитному и/или гидравлическому каналу связи и генератор, размещенный внизу. Скважинный прибор установлен внутри вставки в колонну бурильных труб над забойным двигателем. Генератор кинематически соединен через гибкую связь напрямую, или через мультипликатор, или через муфту напрямую. Над инклинометрическими датчиками может быть установлен пульсатор гидроканала связи, в верхней части которого может быть установлена перегородка с отверстиями для прохождения бурового раствора, одно или несколько из которых закрыты герметичными пробками, и по обе стороны перегородки могут быть выполнены окна для прохождения бурового раствора, между которыми установлены диафрагма и клапан. Вставка в колонну бурильных труб может быть оборудована устройством осевой фиксации, выполненным в виде посадочного седла и срезного штифта. Кожух скважинного прибора снабжен устройством радиальной фиксации кожуха скважинного прибора внутри вставки в колонну бурильных труб, выполненным в виде выступа и паза. В кожухе извлекаемого скважинного прибора может быть установлен батарейный источник питания. Вставка в колонну бурильных труб может содержать электрический разделитель. Мультипликатор может быть выполнен в виде планетарного редуктора, а гибкая связь - в виде отрезка троса. Система может содержать ловитель для стыковки с замком съемного устройства. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям, предназначено для контроля забойных параметров в процессе бурения и может использоваться как для телеметрических систем с электромагнитным каналом связи, так и для телеметрических систем с гидравлическим каналом связи.

Известна телеметрическая система для передачи информации с забоя по гидравлическому каналу связи по А. С. СССР 471429, МПК Е 21 В 47/12, содержащая корпус, электрический генератор, датчики и приемники забойных параметров, а также расположенный в конфузорно-диффузорном канале корпуса герметичный сосуд с жидкостью, выполненным в виде двух усеченных конусов, соединенных между собой сильфоном с жесткой перегородкой, которая делит сосуд на две части, в каждой из которых расположены электроды, соединенные через блок управления с датчиками забойных параметров.

Недостатками устройства являются его низкая надежность и большое потребление энергии для питания разрядного контура и низкая скорость передачи информации с забоя скважины, вызванная высокой инерционностью системы.

Известна телеметрическая система по А. С. СССР 286891, МПК Е 21 В 47/12 (прототип), которая содержит рабочий клапан, управляющий клапан, связанный с преобразователем информации, цилиндр с поршнем, связанный с рабочим клапаном, полость высокого и низкого давления, сообщенные между собой через калиброванные каналы, дополнительную камеру с каналами, перекрывающимися управляющим клапаном.

Недостатками этой телеметрической системы являются высокие энергозатраты на привод управляющего клапана, вызванные отсутствием разгрузки от осевых усилий, которые возникают при перекрытии проточного отверстия под рабочим клапаном, инерционность системы, обусловленная задержкой срабатывания управляющего и рабочего клапанов, вызванная перепадом давления перед и после управляющего клапана, большие диаметральные габариты, препятствующие применению устройства для бурения скважин малого диаметра, высокое гидравлическое сопротивление, вызванное наличием трех диафрагм с отверстиями, снижающее эффективность работы забойного двигателя и генератора питания телеметрической системы.

Известна забойная телеметрическая система с извлекаемым скважинным прибором, установленным внутри вставки в колонну бурильных труб над забойным двигателем, и содержащая электронный блок с датчиками, передающее устройство для передачи информации по электромагнитному и/или гидравлическому каналу связи и генератор, по св. РФ на полезную модель 16759, Е 21 В 47/12, опубл. 10.02.01 г.

Недостатками системы являются: 1) ограниченный ресурс работы генератора и его неработоспособностью при малых расходах бурового раствора; 2) невозможностью съема скважинного прибора при прихвате колонны бурильных труб.

Задачами создания изобретения является повышение надежности его работы забойной телеметрической системы, а также улучшение потребительских свойств.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того что забойная телеметрическая забойная телеметрическая система с извлекаемым скважинным прибором, установленным внутри вставки в колонну бурильных труб над забойным двигателем, содержащая размещенные в кожухе скважинного прибора датчики, например инклинометрические, передающее устройство для передачи информации по электромагнитному и/или гидравлическому каналу связи и генератор, размещенный внизу, генератор кинематически соединен через муфту или гибкую связь с забойным двигателем напрямую или через мультипликатор. Над инклинометрическими датчиками установлен пульсатор гидроканала связи. В верхней части пульсатора гидроканала связи установлена перегородка с отверстиями для прохождения бурового раствора, одно или несколько из которых закрыты герметичными пробками. Перегородка, выполненная на пульсаторе гидроканала связи, уплотнена относительно вставки в колонну бурильных труб. По обе стороны перегородки выполнены окна для прохождения бурового раствора, между которыми установлены диафрагма и клапан. Вставка в колонну бурильных труб оборудована устройством осевой фиксации, выполненным в виде посадочного седла и срезного штифта. Устройство радиальной фиксации кожуха скважинного прибора внутри вставки в колонну бурильных труб, выполнено, например, в виде выступа и паза. В кожухе извлекаемого скважинного прибора установлен батарейный источник питания. Вставка в колону бурильных труб выполнена в виде электрического разделителя. Мультипликатор выполнен в виде планетарного редуктора. Система содержит ловитель для стыковки с замком съемного устройства. Гибкая связь выполнена в виде отрезка троса.

Предложенное техническое решение обладает критериями изобретения: новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем. Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями.

Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг. 1...4).

На фиг. 1 изображена телеметрическая система со съемным скважинным прибором, в состав которой входят мультипликатор и муфта.

На фиг. 2 изображена телеметрическая система со съемным скважинным прибором, в состав которой входит только муфта.

На фиг. 3 изображена телеметрическая система со съемным скважинным прибором, в состав которой входит гибкая связь.

На фиг. 4 изображена телеметрическая система со съемным скважинным прибором, в состав которой входят мультипликатор и гибкая связь.

Телеметрическая система (фиг. 1) содержит вставку в колонну бурильных труб 1, которая может содержать электрический разделитель 2. Внутри вставки в колонну бурильных труб установлен кожух скважинного прибора 3. В кожухе скважинного прибора 3 установлены инклинометрические датчики 4, передатчик 5, электронный блок 6, генератор 7, мультипликатор 8, муфта 9, содержащая водило 10 и вилку 11. Муфта 9 может иметь и другую конструкцию. Ниже муфты 9 находится забойный двигатель 12, шпиндель забойного двигателя 13. В верхней части может быть установлен пульсатор гидроканала 14, который, в свою очередь, состоит из кольцевой вставки 15 с отверстиями для прохода бурового раствора А, одно или несколько из которых могут быть закрыты герметичными пробками 16. Пульсатор гидроканала 14 содержит диафрагму 17, две группы окон Б и В, клапан 18 и привод клапана 19. Внутри кожуха скважинного прибора 3 может быть установлен батарейный источник питания 20. Для фиксации предусмотрено посадочное седло 21 и один или несколько срезных штифтов 22. Также предусмотрено устройство радиальной фиксации 23 и ловитель 24 для стыковки с замком устройства съема скважинного прибора (замок устройства съема на фиг.1 не показан). Центратор 25 выполнен в месте стыковки пульсатора гидроканала 14 с кожухом скважинного прибора 3. Инклинометрические феррозондовые датчики должны быть удалены от намагниченных масс на расстояние L≥2 м.

На фиг. 2 приведена схема забойной телеметрической системы, в которой мультипликатор 8 отсутствует, и генератор соединен через муфту с забойным двигателем напрямую.

На фиг. 3 приведена схема забойной телеметрической системы, в которой генератор кинематически соединен через гибкую связь 26 с забойным двигателем напрямую.

На фиг. 4 приведена схема забойной телеметрической системы, у которой генератор соединен с забойным двигателем через гибкую связь 26 и через мультипликатор 8.

Работает забойная телеметрическая система следующим образом.

Параметры бурения измеряются инклинометрическими датчиками 4 и передаются на электронный блок 6. Буровой раствор приводит во вращение забойный двигатель 14 (точнее, его ротор) или винтовой турбобур. В результате часть мощности через муфту 11 отбирается для привода генератора 7. Генератор 7 обеспечивает электроэнергией электронные модули забойной телеметрической системы. Сигнал с электронного блока 6 поступает либо на пульсатор гидроканала 15, если используется гидроканал связи, или на передатчик 5 и электрический разделитель 2, если передача информации идет по электромагнитному каналу связи. В случае использования гидравлического канала связи буровой раствор проходит через диафрагму 17 и клапан 18, предназначенный для формирования гидравлического сигнала. Клапан 18 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего уменьшается проходное сечение бурового раствора и создается волна давления, несущая информацию по гидравлическому каналу связи.

В случае использования электромагнитного канала связи сигнал поступает на передатчик и диполь и по породе передается на поверхность, где принимается антенной и преобразуется в наземной приемной аппаратуре (наземная приемная аппаратура на фиг. 1...4 не показана).

Возможна одновременная передача сигнала по электромагнитному и гидравлическому каналам связи. Непродолжительное время забойная телеметрическая система может работать и без прокачки бурового раствора, при этом питание электронного блока 6 осуществляется от батарейного источника питания 20. Кроме инклинометрических данных на поверхность передается сигнал о частоте вращения забойного двигателя и генератора, а также любые другие технологические параметры.

Извлекается скважинный прибор при помощи ловителя 24, на который сбрасывается замок устройства для съема скважинного прибора, который захватывает верхнюю утолщенную часть ловителя 24. К замку устройства присоединен конец сбрасываемого троса, другой конец находится на поверхности, и за него вытаскивается забойная телеметрическая система (замок и трос на чертежах не показаны).

Генератор 7 забойной телеметрической системы фиг. 2 приводится в действие напрямую через муфту 9, в схеме на фиг. 3 приводится в действие через гибкую связь 26, в системе фиг. 4 - через мультипликатор 8 и через гибкую связь 26.

Применение изобретения позволило следующее.

1. Повысить надежность системы.

2. Обеспечить сохранность скважинного прибора в аварийных ситуациях за счет возможности извлечения его на поверхность без подъема бурильных труб.

3. Надежно зафиксировать кожух скважинного прибора от осевых и радиальных перемещений.

4. Обеспечить работоспособность генератора и передачу информации при небольших расходах бурового раствора.

5. Измерять частоту вращения шпинделя забойного двигателя.

6. Отдалить инклинометрические датчики от намагниченных масс и тем самым устранить помехи и повысить точность измерения.

Формула изобретения

1. Забойная телеметрическая система с извлекаемым скважинным прибором, установленным внутри вставки в колонну бурильных труб над забойным двигателем, содержащая размещенные в кожухе скважинного прибора электронный блок с датчиками, например, инклинометрическими, передающее устройство для передачи информации по электромагнитному и/или гидравлическому каналу связи и генератор, размещенный внизу, отличающаяся тем, что генератор кинематически соединен через гибкую связь напрямую, или через мультипликатор, или через муфту напрямую.

2. Забойная телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что над инклинометрическими датчиками установлен пульсатор гидроканала связи.

3. Забойная телеметрическая система по п.2, отличающаяся тем, что в верхней части пульсатора гидроканала связи установлена перегородка с отверстиями для прохождения бурового раствора, одно или несколько из которых закрыты герметичными пробками.

4. Забойная телеметрическая система по п.3, отличающаяся тем, что перегородка, выполненная на пульсаторе гидроканала связи, уплотнена относительно вставки в колонну бурильных труб.

5. Забойная телеметрическая система по п.4, отличающаяся тем, что по обе стороны перегородки выполнены окна для прохождения бурового раствора, между которыми установлены диафрагма и клапан.

6. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что вставка в колонну бурильных труб оборудована устройством осевой фиксации, выполненным в виде посадочного седла и срезного штифта.

7. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что кожух скважинного прибора снабжен устройством радиальной фиксации кожуха скважинного прибора внутри вставки в колонну бурильных труб, которое выполнено, например, в виде выступа и паза.

8. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что в кожухе извлекаемого скважинного прибора установлен батарейный источник питания.

9. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что вставка в колонну бурильных труб может содержать электрический разделитель.

10. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что мультипликатор выполнен в виде планетарного редуктора.

11. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что она содержит ловитель для стыковки с замком съемного устройства скважинного прибора.

12. Забойная телеметрическая система по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, гибкая связь выполнена в виде отрезка троса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.02.2008

Извещение опубликовано: 27.02.2008        БИ: 06/2008

---