Электрический разделитель бурильной колонны

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при построении забойных телеметрических систем с электромагнитным каналом связи в качестве излучателя сигнала. Разделитель выполнен из двух жестко соединенных между собой посредством конической резьбы трубных элементов с размещенным в их соединении электроизоляционным материалом для исключения проводимости в паре «металл-металл» с размещенными на внешней поверхности и на поверхности его канала электроизоляционными покрытиями. Жесткое резьбовое соединение электрически разобщенных трубных элементов выполнено с уменьшающейся в сторону увеличения диаметров резьбообразующих конических поверхностей впадин и вершин высотой витков резьбы. Электроизоляционное покрытие поверхности канала выполнено в виде трубной вставки из изоляционного материала, установленной в канал и закрепленной каждым из концов в теле соответствующего трубного элемента посредством ввертного по резьбе кольца-оправки. Каждый из концов трубной вставки развальцован в локальное расширение канала, выполненное в соответствующем трубном элементе. На обоих концах электрического разделителя имеются присоединительные резьбы. Изобретение позволяет повысить потребительские свойства - долговечность, надежность и ремонтопригодность без усложнения технологии изготовления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к элементам компоновки бурильной колонны для проходки стволов глубоких скважин роторным или турбинным бурением с использованием глубинной телеметрической системы и беспроводным электромагнитным каналом связи ее с наземной аппаратурой.

Известны электрические разделители [СССР, а.с. №941552, М.кл.³ Е21В 44/00, 1980 г.; СССР, а.с. №1295809, М.кл.⁴ Е21В 44/00, 1985 г.] с диэлектрической вставкой-разделителем в одной из соединительных резьб для образования глубинной антенны-диполя с целью подключения к ней, по обе стороны этой вставки, передающего генератора для излучения в окружающую среду информационного сигнала глубинной телеметрической системы по беспроводному каналу связи с наземной аппаратурой.

Более детальные сведения в вышеуказанных источниках об электрическом разделителе с изолирующей вставкой как одном из элементов конструкции бурильной колонны отсутствуют, однако учитывая, что этот объект эксплуатируется в условиях значительных температуры, давления, уровня вибрации, механических нагрузок, абразивного износа и воздействия электропроводящей среды, каковой является промывочная жидкость (буровой раствор), следует отметить актуальность совершенствования подобных конструкций.

Наиболее близким техническим решением (иначе - прототипом) принят составной по конструкции электрический разделитель [Сборочный чертеж, шифр АХА 6.119.083 СБ, ВНИИГИС, Башкортостан, г.Октябрьский, 1983], содержащий присоединительные резьбы на обоих концах (для свинчивания с другими элементами бурильной колонны), диэлектрическую вставку-разделитель в средней части в резьбовом сочленении (соединении) его частей, а также участок с диэлектрическим покрытием наружной поверхности и трубную изолирующую вставку в стенке заподлицо с внутренней поверхностью канала электрического разделителя.

Как показала достаточно длительная практика эксплуатации известного объекта как элемента бурильной колонны, одновременно используемого в качестве корпуса для размещения скважинной (глубинной) телеметрической системы и в качестве излучающей антенны-диполя, он достаточно работоспособен, но только при использовании внутрискважинного привода породоразрушающего инструмента, то есть без вращения бурильной колонны.

Попытки же использования этой конструкции при роторном бурении скважины или частые проворачивания бурильной колонны в стволе при турбинном бурении сокращают срок службы электрического разделителя как излучающей антенны-диполя из-за повреждения и/или полного разрушения изоляции на его наружной поверхности.

Требуемый технический результат, иначе - цель создания заявляемого электрического разделителя бурильной колонны как излучающей антенны - это обеспечение повышенных потребительских свойств, то есть соразмерной прочности с остальной колонной труб, долговечности, надежности и ремонтопригодности, причем без усложнения технологии и увеличения затрат на изготовление.

Поставленная цель (иначе - требуемый технический результат) достигается тем, что в известном электрическом разделителе бурильной колонны, содержащем на обоих концах присоединительные резьбы и выполненном из двух жестко, посредством конической резьбы, соединенных между собой трубных элементов с размещенным в их соединении электроизоляционным материалом для исключения проводимости в паре «металл-металл», а также электроизоляционные покрытия, размещенные, соответственно, на внешней поверхности и на поверхности его канала, жесткое резьбовое соединение электрически разобщенных трубных элементов выполнено с уменьшающейся в сторону увеличения диаметров резьбообразующих конических поверхностей впадин и вершин - высотой витков резьбы, а электроизоляционное покрытие поверхности канала выполнено в виде трубной вставки из изоляционного материала, установленной в канале и закрепленной каждым из концов в теле соответствующего трубного элемента посредством ввертного, то есть резьбового кольца-оправки с развальцовкой каждого из концов трубной вставки в соответствующее локальное расширение канала трубного элемента.

Дополнительными существенными отличиями заявляемого объекта является то, что коническая резьба электрически изолированных друг от друга трубных элементов выполнена с прямоугольным профилем витков, зазор под размещение электроизоляционного материала между резьбовыми поверхностями обоих трубных элементов составляет 1,5...2,0 мм, угол между образующими конусных поверхностей, ограничивающих вершины и впадины витков резьб сочленяемых элементов, составляет 1...1,5 градуса, а электроизоляционный материал в этом соединении выбран из группы высокопрочных диэлектриков.

Кроме того, электрический разделитель бурильной колонны снабжен кольцом-протектором из износостойкого материала, размещенным на средней части внешнего электроизоляционного покрытия, электрически разобщенным с трубными (металлическими) элементами и имеющим диаметр, не меньший, чем диаметр внешнего электроизоляционного покрытия.

Отметим, что из общеизвестных источников информации (в том числе и патентных) не выявлены устройства, идентичные предлагаемому, и/или устройства с совокупностью существенных признаков (в том числе и отличительных), эквивалентных совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и проявляющих такие же свойства, позволяющие достичь требуемого технического результата при реализации. Это позволяет утверждать, что предлагаемое техническое решение удовлетворяет «критериям» изобретения.

На фиг. 1 представлен общий вид электрического разделителя бурильной колонны с разрезом по осевой плоскости, на фиг. 2 - фрагмент электрически разобщенной резьбы разделителя (увеличено); на фиг. 3 - вариант изделия с кольцом-протектором 13 на внешней поверхности в средней части наружной изоляции.

Электрический разделитель бурильной колонны (см. фиг. 1) состоит из двух трубных элементов, 1 и 2 соответственно, жестко соединенных между собой конической резьбой 3, в зазоре которой между резьбовыми поверхностями обоих элементов размещен электроизоляционный материал 4 (см. фиг. 2). На наружной поверхности предварительно соединенных между собой элементов 1 и 2 размещено электроизоляционное покрытие 5, а в канале разделителя размещена трубная вставка 6 из изоляционного материала с развальцованными концами 7 и 8 соответственно, размещенными в локальных расширениях 9 и 10 канала разделителя на его концах. Обе развальцовки концов 7 и 8 вставки 6 осуществлены в процессе ввертывания в канал трубных элементов (с торцов) колец-оправок 11 и 12 для фиксации трубной вставки 6 в канале разделителя. Существенной особенностью разделителя является резьба 3 соединения, обеспечивающая равнонагруженность (или иначе - равнопрочность) всех витков этой резьбы, рассчитанную по одной из методик сопротивления материалов, при этом выяснилось, что для этого высота витков резьбы 3 и глубина впадин витков должны уменьшаться в сторону увеличения диаметров резьбообразующих конических поверхностей, обозначенных на фиг. 2, как S_{1 выс} и S_{1 вп}, S_{2 выс} и S_{2 вп} соответственно (для трубных элементов 1 и 2). На фиг. 2 обозначен также угол γ между соответствующими резьбообразующими коническими поверхностями обоих элементов. Как установлено расчетами и стендовыми испытаниями опытных образцов, этот угол оптимален и составляет величину в пределах от одного до двух градусов.

Так, примером конкретной реализации заявляемого объекта может служить конструкция со следующими параметрами: общая длина 1360 мм, наружный диаметр 178 мм, диаметр внутреннего канала 75 мм, угол γ между S_{1 выс} и S_{1 вп} 1,5 градуса, шаг резьбы составляет 60 мм, толщина электроизоляционного материала между трубными элементами 1 и 2 в резьбе 3 составляет ≈1,5 мм (можно отметить к тому же, что данный объект находится у заявителя в стадии изготовления опытной партии по чертежу 01РЭ 01.00.000-01СБ).

Работает заявленный объект в составе бурильной колонны как антенна-диполь после подключения к ней (в точках Х и Y) информационных выходов глубинной телесистемы (на фиг. 1 показана условно), выполняя при этом другую основную функцию - функцию несущего силового элемента бурильной колонны, то есть обеспечивает требуемый технический результат при эксплуатации, соответствует критериям изобретения и подлежит защите соответствующим охранным документом РФ.

1. Электрический разделитель бурильной колонны, содержащий на обоих концах присоединительные резьбы и выполненный из двух жестко, посредством конической резьбы, соединенных между собой трубных элементов с размещенным в их соединении электроизоляционным материалом для исключения проводимости в паре "металл-металл", а также электроизоляционные покрытия, размещенные, соответственно, на внешней поверхности и на поверхности его канала, отличающийся тем, что жесткое резьбовое соединение электрически разобщенных трубных элементов выполнено с уменьшающейся в сторону увеличения диаметров резьбообразующих конических поверхностей впадин и вершин высотой витков резьбы, а электроизоляционное покрытие поверхности канала выполнено в виде трубной вставки из изоляционного материала; установленной в канал и закрепленной каждым из концов в теле соответствующего трубного элемента посредством ввертного, то есть резьбового, кольца-оправки с развальцовкой каждого из концов трубной вставки в соответствующее локальное расширение канала трубного элемента.

2. Электрический разделитель бурильной колонны по п.1, отличающийся тем, что коническая резьба электрически изолированных друг от друга трубных элементов выполнена с прямоугольным профилем витков, зазор между витками, то есть зазор под размещение электроизоляционного материала между резьбовыми поверхностями обоих трубных элементов составляет 1,5...2,0 мм, угол между образующими конусных поверхностей, ограничивающих вершины и впадины витков резьб сочленяемых трубных элементов, составляет 1...1,5°, а электроизоляционный материал в этом соединении выбран из группы высокопрочных диэлектриков.

3. Электрический разделитель бурильной колонны по п.1, отличающийся тем, что на средней части внешнего электроизоляционного покрытия размещен износостойкий материал в форме кольца-протектора с диаметром не менее диаметра внешнего электроизоляционного покрытия, электрически разобщенный с трубными элементами.