ЗАБОЙНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ДВУНАПРАВЛЕННЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ

Настоящая полезная модель относится к устройствам для исследования скважин во время бурения, передающим сигналы на поверхность посредством положительных импульсов давления бурового раствора.
Из существующего уровня техники известна забойная телеметрическая система с гидравлическим каналом связи, содержащая корпус скважинного прибора с диафрагмой, перекрывающей проходное сечение колонны бурильных труб, рабочий клапан, имеющий сквозное отверстие и состоящий из штока, клапана и поршня, выполненных совместно, и управляющий клапан (RU 16523 U1, Е21В 47/12, приоритет 04.10.2000 опубл. 10.01.01 г.). Недостатками известной системы являются следующее:
1. Не содержит встроенного датчика определения циркуляции бурового раствора и, следовательно, не может принимать команды, пришедшие с поверхности по гидравлическому каналу связи.
2. Не имеет модульной конструкции скважинного прибора, что усложняет и замедляет процесс подготовки забойной телеметрической системы к бурению.
3. Имеет рабочий клапан типа «шток-седло», который подвержен повышенному абразивному износу и засорению посторонними включениями в буровом растворе.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является забойная телеметрическая система модульной конструкции, содержащая наружный корпус, измерительный модуль, модуль электропитания и передающий модуль, формирующий импульсы давления промывочной жидкости для передачи информации по гидравлическому каналу связи, в которой все модули зацентрированы в наружном корпусе. (RU 16759U1, Е21В 47/12, опубл. 10.02.2001 г).
Недостатками системы - прототипа являются следующее:
1. Не содержит встроенного датчика определения циркуляции бурового раствора и, следовательно, не может принимать команды, пришедшие с поверхности по гидравлическому каналу связи, и не может переходить в режим пониженного энергопотребления при отсутствии циркуляции бурового раствора.
2. Содержит центраторы, которые не предназначены для снижения уровня вибрационного воздействия на забойную телеметрическую систему.
3. Не имеет короткого по сравнению с бурильной трубой циркуляционного переводника, что замедляет процесс подготовки забойной телеметрической системы к бурению.
4. Не использует электронный протокол обмена информацией CAN для передачи информации между модулями, а, следовательно, сильнее подвержена отказу электрической части под воздействием механических и тепловых нагрузок.
5. Имеет рабочий клапан типа «шток-седло», который подвержен повышенному абразивному износу и засорению посторонними включениями в буровом растворе.
6. В составе наружного корпуса содержит электрический разделитель, который затрудняет использование забойной телеметрической телесистемы совместно с буровым инструментом широкой номенклатуры диаметров.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка простой и надежной забойной телеметрической системы модульной конструкции, устраняющей недостатки прототипа.
Данная задача решается с помощью признаков указанных в 1-м пункте формулы полезной модели, общих с прототипом, таких как забойная телеметрическая система модульной конструкции с центраторами и двунаправленным гидравлическим каналом связи, содержащая скважинный прибор, инициатор импульсов давления в буровом растворе и наружный корпус, являющийся одновременно бурильной трубой, и отличительных, существенных признаков таких как центраторы скважинного прибора имеют резинометаллическую конструкцию на каждом модуле, причем все модули связаны между собой с помощью быстроразъемных герметичных электрических соединений, а инициатор импульсов давления снабжен встроенным датчиком определения циркуляции бурового раствора, выполнен на основе роторного клапана возвратно-поворотного типа, размещенного в коротком циркуляционном переводнике, и подсоединен к скважинному прибору с помощью кабеля, размещенного в герметичном корпусе с многоконтактным разъемом.
Согласно п. 2 формулы полезной модели все модули забойной телеметрической системы используют электронный протокол обмена информацией CAN.
Согласно п. 3 формулы полезной модели модули, из которых состоит скважинный прибор, могут быть разных типов - как измерительными, так и модулями автономного электрического питания.
Согласно п. 4 формулы полезной модели состав и количество измерительных модулей и модулей автономного электрического питания можно изменять перед спуском в скважину в зависимости от текущих требований к процессу бурения.
Согласно п. 5 формулы полезной модели наружный корпус, циркуляционный переводник и резинометаллические центраторы могут быть выполнены под любой диаметр бурового инструмента.
Техническими результатами, обеспечиваемыми выше приведенной совокупностью признаков, являются:
1. Возможность передачи команд на забойную телеметрическую систему с поверхности по гидравлическому каналу связи и уменьшение энергопотребления забойной телеметрической системы, а, следовательно, и увеличенное время ее работы на забое скважины благодаря наличию встроенного датчика определения циркуляции бурового раствора.
2. Снижение уровня вибрационного воздействия на забойную телеметрическую систему благодаря наличию резинометаллических центраторов.
3. Ускорение процесса подготовки забойной телеметрической системы к бурению благодаря использованию быстроразъемных герметичных электрических соединений между модулями скважинного прибора забойной телеметрической системы и благодаря использованию короткого по сравнению с бурильной трубой циркуляционного переводника.
4. Повышение электрической отказоустойчивости забойной телеметрической системы благодаря использованию электронного протокола обмена информацией CAN между модулями скважинного прибора забойной телеметрической системы.
5. Повышение механической отказоустойчивости забойной телеметрической системы благодаря использованию роторного клапана возвратно-поворотного типа, стойкого к абразивному износу и загрязнению посторонними включениями в буровом растворе.
6. Расширение номенклатуры бурового инструмента, с которым забойная телеметрическая система может работать, благодаря использованию наружных корпусов и циркуляционных переводников с разными наружными диаметрами и резинометаллических центраторов с разной высотой.
Настоящая полезная модель поясняется фиг. 1, на которой изображена забойная телеметрическая система в снаряженном (собранном) состоянии.
Забойная телеметрическая система 1 с двунаправленным гидравлическим каналом связи содержит скважинный прибор 3, инициатор 4 импульсов давления в буровом растворе, циркуляционный переводник 9 и наружный корпус 5. Скважинный прибор состоит из измерительных модулей и модулей автономного электрического питания с резинометаллическими центраторами 2 на каждом модуле. Модули скважинного прибора связаны друг с другом с помощью быстроразъемных герметичных электрических соединений 6, а инициатор импульсов давления имеет встроенный датчик определения циркуляции бурового раствора 7, выполнен на основе роторного клапана 8 возвратно-поворотного типа(может быть выполнен, например как http://www.aps-tech.com/tds/APS-Rotary_Pulser.pdf) и соединен со скважинным прибором посредством кабеля 10 с многоконтактным разъемом 12, находящегося в герметичном корпусе 11.
Забойная телеметрическая система 1 с двунаправленным гидравлическим каналом связи работает следующим образом. Перед началом бурения на поверхности из отдельных модулей благодаря наличию у них быстроразъемных герметичных электрических соединений 6 собирается скважинный прибор 3 забойной телеметрической системы, который затем подсоединяется к инициатору импульсов давления 4 с помощью кабеля 10 в герметичном корпусе 11. Одновременно на устье скважины собирается компоновка низа бурильной колонны. К вершине компоновки привинчивается наружный корпус 5 забойной телеметрической системы с циркуляционным переводником 9. С помощью лебедки скважинный прибор 3 в сборе с инициатором импульсов давления 4 поднимается на буровую вышку (на чертеже не показаны), а затем опускается в наружный корпус 5 и крепится в циркуляционном переводнике 9. К вершине циркуляционного переводника привинчивается первая бурильная труба, и телеметрическая система 1 опускается на забой скважины постепенным наращиванием количества бурильных труб. Внутрь бурильных труб, а, следовательно, и циркуляционного переводника 9 и наружного корпуса 5 забойной телеметрической системы подается непрерывный поток бурового раствора. Забойная телеметрическая система 1 определяет появление циркуляции бурового раствора с помощью встроенного датчика циркуляции 7 и задействует роторный клапан возвратно-поворотного типа 8 инициатора импульсов давления 4. Ротор клапана, вращаясь, по определенному алгоритму открывает и закрывает отверстия для протока бурового раствора, тем самым приводя к возникновению пульсаций давления бурового раствора над клапаном 8. Благодаря неразрывности потока бурового раствора пульсации давления распространяются до устья скважины, где и могут быть приняты и декодированы. В последовательности пульсаций давления бурового раствора закодирована информация о забое скважины, как то направление, зенитный угол, состав окружающих горных пород и т.п., полученная одним или несколькими измерительными модулями скважинного прибора 3 забойной телеметрической системы 1 и переданная инициатору импульсов давления 4 с помощью электронного протокола обмена информацией CAN(http://www.boschsemiconductors.de/media/pdf_1/canliteratur/can2spec.pdf).
Энергию для работы инициатора импульсов давления 4 и измерительных модулей забойная телеметрическая система 1 получает от модулей автономного электрического питания. При технологических операциях на устье скважины, как то наращивание колонны бурильных труб, проработка пробуренного интервала скважины и т.п.производится прекращение циркуляции бурового раствора. Самостоятельно определив прекращение циркуляции, забойная телеметрическая система 1 переходит в режим пониженного потребления энергии от модулей автономного электрического питания. Во время бурения колонна бурильных труб подвержена сильным ударным и вибрационным нагрузкам, но благодаря тому, что скважинный прибор 3 соприкасается с наружным корпусом 5 через амортизирующие резинометаллические центраторы 2, измерительные модули и модули автономного электрического питания функционируют без сбоев. Благодаря датчику определения циркуляции 7, забойная телеметрическая система 1 может принимать команды, пришедшие с устья скважины и закодированные последовательностью включений/выключений циркуляции бурового раствора.
Хотя настоящая полезная модель описана посредством примеров ее выполнения и чертежом, объем данной полезной модели не ограничивается этими примерами, но определяется лишь формулой полезной модели с учетом возможных эквивалентов.