НАДДОЛОТНЫЙ МОДУЛЬ
ABOVE-DRILL BIT MODULE

Изобретение относится к области промысловой геофизики, а именно к устройствам для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и передачи их на поверхность.
Известно устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи, состоящее из забойной телеметрической системы, включающей бурильную колонну, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства с приемно-обрабатывающим блоком, электрический разделитель и отдельно установленный в бурильной колонне дополнительный измерительный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, а также расположенные в выемках корпуса в его герметичной части электрические платы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, согласно изобретению указанный центральный электрод, расположенный между изоляторами на корпусе, и герметичная часть корпуса с выемками, содержащими вышеуказанные элементы, отделены друг от друга (центральный электрод вынесен из герметичной части корпуса), при этом указанный центральный электрод снабжен точечными электроконтактами, изолированными от корпуса. Точечные электроконтакты соединены с электрическими платами проводами, проложенными в каналах стенок корпуса токопроводами с гермовводами на концах (пат. РФ №2351759, приор. 07.09.2007 г., опубл. 10.04.2009 г.).
В известном устройстве проблема сохранения электронных плат от воздействия агрессивной скважинной среды решается за счет того, что центральный электрод, расположенный между изоляторами на корпусе, и герметичная часть корпуса с выемками, содержащими вышеуказанные элементы, отделены друг от друга (центральный электрод вынесен из герметичной части корпуса). Благодаря этому, электронные платы находятся под надежной защитой целого корпуса, не ослабленного изолирующим материалом, прочностные характеристики которого меньше, чем у металла, из которого изготавливается целый корпус.
Недостаток известного устройства обуславливается необходимостью увеличения длины изделия для размещения вынесенного центрального электрода. При установке известного устройства на вал объемного двигателя увеличивается расстояние от места искривления объемного двигателя до долота, тем самым снижается точность при управлении компоновкой для выбора направления бурения ствола скважины. Кроме того, известное устройство сложно в изготовлении и монтаже конструкции из-за прокладки проводов, соединяющих точечные электроконтакты с электрическими платами, в каналах стенок корпуса.
Известно устройство наддолотного модуля, в котором сохранность электронных плат, размещенных в герметичной части корпуса, обеспечивается уплотнительными элементами, расположенными в корпусе под центральным электродом между его изоляторами (пат. РФ №2509209, приор. 21.08.2012 г., опубл. 10.03.2014 г.). Выбран в качестве прототипа к заявленному наддолотному модулю.
Известный наддолотный модуль содержит корпус с центральным промывочным отверстием, электрически изолированный от корпуса центральный электрод, расположенный между изоляторами, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электрические платы.
Конструкция герметичной части наддолотного модуля также раскрыта в описании полезной модели №27839 (приор. 30.05.1002 г., опубл. 20.02.2003 г.).
Устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи, состоит из забойной телеметрической системы, включающей бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, в котором непосредственно над долотом установлен наддолотный модуль (НДМ), соединенный с валом забойного двигателя, при этом НДМ состоит из корпуса с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, в корпусе расположены электрические платы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, а в модуль передающего устройства забойной телеметрической системы введено приемно-обрабатывающее устройство, осуществляющее прием электромагнитных сигналов от НДМ.
При этом в корпусе наддолотного модуля выполнены выемки, в которых расположены электрические платы, измерительные датчики, источник питания и подвижный контактный узел, соединяющий электрическую плату с центральным электродом.
Центральный электрод наддолотного модуля изолирован от корпуса специальным покрытием из электроизоляционного материала и размещен между изоляторами, а электрические платы, измерительные датчики и источник питания находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов.
В процессе эксплуатации наддолотного модуля слой из изоляционного материала, который представляет собой сплошное покрытие, нанесенное на корпус прибора, подвергаясь разрушительному воздействию динамических нагрузок во время бурения, растрескивается, происходит его отслаивание от корпуса, при этом электрическая изоляция центрального электрода нарушается, устройство выходит из строя. По статистике изоляционный слой выдерживает один-два спуска устройства в скважину, после чего все устройство поднимают на поверхность и изоляционный слой подвергают ремонту. Указанный недостаток снижает надежность устройства и уменьшает ресурс работы НДМ.
Задачей предлагаемого наддолотного модуля является увеличение срока эксплуатации и повышение надежности конструкции.
Указанная задача решается тем, что в наддолотном модуле, содержащем корпус с центральным промывочным отверстием, электрически изолированный от корпуса центральный электрод, расположенный между изоляторами, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электрические платы, в отличие от известного, изоляция центрального электрода от корпуса выполнена в виде отдельных колец из электроизоляционного материала, расположенных в проточках на поверхности корпуса со стороны его герметичной части, в непосредственной близости к посадочным местам уплотнительных колец, и в местах выемок с электрическими платами в корпусе, при этом сопрягаемые детали корпуса и центрального электрода установлены с увеличенным зазором, а для обеспечения регламентируемого номинального размера зазора для сопрягаемых деталей при установке уплотнительных элементов, электроизоляционные кольца выступают над поверхностью корпуса на величину, необходимую для достижения указанного номинального зазора. Электроизоляционные кольца на корпусе могут быть установлены в несколько рядов. Размер отдельных электроизоляционных колец в местах выемок с электрическими платами в корпусе выбирают в соответствии с размерами мест для расположения указанных выемок.
На фиг. 1 представлена конструкция наддолотного модуля с изоляционным слоем.
На фиг 2 дана выноска А, показывающая размещение изоляционного слоя на корпусе.
На фиг. 3 изображена конструкция предлагаемого наддолотного модуля.
На фиг. 4 дана выноска Г, показывающая размещение электроизоляционных колец на корпусе предлагаемого наддолотного модуля.
На фиг. 5 представлена конструкция наддолотного модуля с электроизоляционными кольцами, установленными на корпусе в несколько рядов.
Согласно описанию патента №2509209 центральный электрод 1 наддолотного модуля изолирован от корпуса 2 специальным сплошным покрытием из электроизоляционного материала 3 и размещен между изоляторами 4, а электрические платы, измерительные датчики и источник питания (на фиг. не показаны) находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов 5 (фиг. 1).
На фиг. 2 видно, что специальный слой из электроизоляционного материала 3 покрывает корпус 2, и посадочные места 7 под уплотнительные элементы 5, благодаря чему, обеспечивается изоляция центрального электрода 1 от корпуса 2.
При этом номинальный зазор Б при сборке сопрягаемых деталей, представляющих собой центральный электрод 1, в котором помещен с зазором корпус 2, выдержан согласно общепринятому ГОСТу, в котором регламентируется номинальный размер зазора для сопрягаемых деталей.
Предлагаемый НДМ (фиг. 3, 4, 5) содержит центральный электрод 1, расположенный на корпусе 2 между изоляторами 4. Электрические платы, измерительные датчики и источник питания (на фиг. не показаны) находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов 5, и размещены в выемках 6 корпуса 2.
В предлагаемом наддолотном модуле (фиг. 3, 4, 5) изоляция центрального электрода 1 от корпуса 2 выполнена в виде отдельных электроизоляционных колец 8, установленных в проточках 9 на корпусе 2, в непосредственной близости от посадочных мест 7 уплотнительных элементов 5 и отдельных электроизоляционных колец 10, размещенных на корпусе 2 НДМ в местах с выемками 6, где располагаются электрические платы.
При этом сборка сопрягаемых деталей: центрального электрода 1 и корпуса 2, осуществлена с увеличенным зазором В на величину выступа 11 электроизоляционных колец над поверхностью L корпуса 2. Высота h этого выступа позволяет обеспечить регламентируемый номинальный размер зазора Б для сопрягаемых деталей корпуса 2 и центрального электрода 1 в местах установки уплотнительных элементов 5 выбранного размера по общепринятому ГОСТ. Размер отдельных электроизоляционных колец 10 на корпусе 2 НДМ в местах с выемками 6, где располагаются электрические платы, выбирается по размерам мест для расположения выемок 6.
Соблюдение регламентированных размеров обеспечивает надежную герметизацию с помощью уплотнительных элементов 5 и изоляцию центрального электрода от корпуса с помощью электроизоляционных колец 8, выступ 11 которых также выполняет роль дополнительного упора для уплотнительных элементов 5. Электрические платы в выемках 6 корпуса 2 защищены электроизоляционными кольцами 10, которые при возрастании скважинного давления не позволяют прогибаться стенкам центрального электрода 1 в сторону выемок.
При увеличенном скважинном давлении производится установка электроизоляционных колец в несколько рядов на корпусе (фиг. 5).
Особенностью предлагаемой конструкции является использование отдельных электроизоляционных колец вместо сплошного изоляционного покрытия.
В результате повышается надежность конструкции и увеличивается срок эксплуатации устройства, в котором отсутствует сплошной изоляционный слой, подверженный отслоению и разрушению во время вращения наддолотного модуля вместе с долотом.