ПУЛЬСАТОР ЗАБОЙНЫЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ ДАВЛЕНИЯ В ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ
DOWNHOLE PULSATOR TO CREATE POSITIVE PRESSURE IMPULSES IN THE FLASHING FLUID

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано в телеметрических системах в качестве устройства для передачи измеренной забойной информации в процессе бурения по гидравлическому каналу связи на поверхность.
Известно устройство - пульсатор с сервоприводом [1], содержащее электродвигатель и сильфон для приведения в действие управляющего клапана, который в свою очередь управляет функционированием рабочего клапана пульсатора. Открытие и закрытие рабочего клапана пульсатора приводит к изменению потока промывочной жидкости, создавая в ней импульс давления, который регистрируется на устье скважины.
Недостатком известного устройства являются низкая энергоэффективность и значительные габаритные размеры конструкции управляющего клапана, поскольку привод управляющего клапана осуществляется через винтовую передачу от электродвигателя с планетарным редуктором, что приводит к большому потреблению электрической энергии и быстрой разрядке аккумуляторных батарей, для замены которых требуется подъем устройства на устье скважины.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является пульсатор [2], в котором управляющий клапан подпружинен и приводится в действие соленоидом, при этом положения штока управляющего клапана фиксируются защелками. Недостатком этого устройства является низкая надежность фиксирующих защелок, а также возможность проникновения промывочной жидкости вдоль штока управляющего клапана в полость соленоида, что снижает надежность устройства, при этом удаление промывочной жидкости из полости соленоида чрезмерно трудоемко, поскольку для этого требуется полная разборка устройства.
Техническими задачами, на решение которых направлено изобретение, являются повышение надежности, энергоэффективности, технологичности изготовления и обслуживания устройства за счет выполнения управляющего клапана пульсатора в виде отдельной герметичной от поступления промывочной жидкости сборочной единицы, объединяющей в себе электромагнитный привод управляющего клапана пульсатора и компенсатор давления.
Указанные задачи решены за счет того, что пульсатор забойный для создания положительных импульсов давления в промывочной жидкости содержит блок управляющего клапана пульсатора, состоящий из корпуса привода, соленоида с сердечником, соединенным с подпружиненным штоком и через муфту со шпилькой с управляющим клапаном, который перекрывает отверстие во вкладыше ствола, а также блок рабочего клапана пульсатора, состоящий из корпуса рабочего клапана, пружины с поршнем, штока с втулкой и золотником, патрубка и пера. Упомянутые блоки выполнены в виде отдельных сборочных единиц, соединенных муфтой, при этом электромагнитный привод управляющего клапана объединен с эластичным сильфонным компенсатором давления и выполнен герметичным от поступления промывочной жидкости за счет того, что подпружиненный подвижный шток управляющего клапана расположен внутри заполненного маслом сильфонного компенсатора давления, загерметизированного радиально-фланцевыми защелками.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображен пульсатор забойный для создания положительных импульсов давления в промывочной жидкости в сборе, а на фиг. 3, 4, 5 и 6 показаны его сборочные единицы - блок управляющего клапана пульсатора фиг. 3 и 4, а также блок рабочего клапана пульсатора фиг. 5 и 6. При этом на фиг. 2, 4 и 6 показано положение деталей устройства в момент создания импульса давления в потоке промывочной жидкости, а на фиг. 1, 3 и 5 показано положение деталей устройства в выключенном состоянии при циркуляции промывочной жидкости.
Пульсатор забойный для создания положительных импульсов давления в промывочной жидкости фиг. 1 содержит блок управляющего клапана пульсатора фиг. 3, состоящий из корпуса привода 1, соленоида 2 с сердечником 3, соединенным с подпружиненным штоком 4 и через муфту 5 со шпилькой 6 с управляющим клапаном 7, который перекрывает отверстие во вкладыше 8 ствола 9, а также блок рабочего клапана пульсатора фиг. 5, состоящий из корпуса рабочего клапана 10, пружины 11 с поршнем 12, штока 13 с втулкой 14 и золотником 15, патрубка 16 и пера 17. Упомянутые блоки выполнены в виде отдельных сборочных единиц, соединенных муфтой 18, при этом электромагнитный привод управляющего клапана объединен с эластичным сильфонным компенсатором 19 давления и выполнен герметичным от поступления промывочной жидкости за счет того, что подпружиненный подвижный шток 4 управляющего клапана 7 расположен внутри заполненного маслом сильфонного компенсатора 19 давления, загерметизированного радиально-фланцевыми защелками 20.
Устройство фиг. 1 располагается внутри немагнитной утяжеленной бурильной трубы 21 и ориентационного переводника 22. Управление работой устройства осуществляется с помощью электронного блока управления 23, который получает информацию от телеметрической системы.
Блок управляющего клапана пульсатора фиг. 3 присоединен к электронному блоку управления 23 резьбовым соединением и с помощью розетки 24, закрепленной винтами на корпусе контакта 25. В корпус контакта 25 ввернут контакт 26 и маслозаливная пробка 27 с уплотнениями. Сильфонный компенсатор 19 крепится к крышке соленоида 28, а также к втулке компенсатора 29, с помощью радиально-фланцевых защелок 20. Крышка соленоида 28 прикреплена к соленоиду 2 винтами. Втулка компенсатора 29 удерживается от перемещения упорной пружиной 30. Пружина 31 одним концом упирается в крышку соленоида 28, а другим в шток 4, прижимая управляющий клапан 7 к вкладышу 8 ствола 9. Для герметизации подвижного штока 4 и выравнивания давления внутри полости соленоида, заполненной маслом, на втулку компенсатора 29 и муфту 5 надет пыльник 32, который фиксируется радиально-фланцевой защелкой 33 и кольцом 34. Фильтр 35 препятствует попаданию крупных частиц промывочной жидкости внутрь корпуса привода 1. Предохранительное кольцо 36 предотвращает замятие фильтра 35 при навинчивании на корпус привода 1 муфты 18. Полость внутри сильфонного компенсатора 19, пыльника 32, втулки компенсатора 29, штока 4, соленоида 2 и под маслозаливной пробкой 27 заполнена маслом.
Блок рабочего клапана пульсатора фиг. 5 пером 17 устанавливается в ориентационную корзину 37, при этом его положение фиксируется от вращения с помощью шпонки 38, а от продольного перемещения с помощью разрезного стопорного кольца 39 и упорного кольца 40. Диафрагма 41, через которую проходит поток всей промывочной жидкости, закрепляется в ориентационной корзине 37 с помощью установочного винта 42. Ориентационная корзина 37 крепится в ориентационном переводнике 22 с помощью установочного винта 43, который входит в шпоночный паз на ориентационной корзине 37.
Пульсатор работает следующим образом. В процессе бурения устройство находится внутри немагнитной утяжеленной бурильной трубы 21, по которой протекает промывочная жидкость под давлением. Электронный блок управления 23 посылает сигналы на включение или выключение устройства с различной периодичностью и длительностью, кодируя информацию, которую необходимо передать на устье скважины. Каждое включение и выключение устройства приводит к созданию положительного импульса давления в потоке промывочной жидкости, который фиксируется датчиком давления на устье скважины. По зафиксированным перепадам давления промывочной жидкости расшифровывается переданная на поверхность информация.
Выключенное состояние устройства, когда напряжение не подается на соленоид 2, показано на фиг. 1, 3 и 5. В блоке управляющего клапана пульсатора фиг. 3 за счет усилия разжатия пружины 31 управляющий клапан 7 плотно прилегает к вкладышу 8 и перекрывает центральное отверстие ствола 9. Таким образом, перекрывается поток промывочной жидкости через окна фильтра 35 и корпуса 1, и далее, через вкладыш 8 и ствол 9 в корпус рабочего клапана 10. Т.е. течение промывочной жидкости в выключенном состоянии устройства осуществляется только через кольцевой зазор между внутренним диаметром немагнитной утяжеленной бурильной трубы 21 и наружным диаметром устройства, а центральное отверстие ствола 9 для потока промывочной жидкости перекрыто, что создает разность гидродинамических давлений внутри и снаружи устройства. Это вызывает сжатие пружины 11 за счет перемещения штока 13 с поршнем 12 и золотником 15. При этом золотник 15 открывает центральное отверстие в диафрагме 41 для беспрепятственного течения промывочной жидкости.
Включенное состояние устройства, когда напряжение подается на соленоид, показано на фиг. 2, 4 и 6. В блоке управляющего клапана пульсатора фиг. 4 при подаче напряжения на соленоид 2, он втягивает сердечник 3, а с ним и шток 4, муфту 5, шпильку 6 и управляющий клапан 7. При этом сжимается пружина 31, а управляющий клапан 7 отходит от вкладыша 8, открывая отверстие в нем для течения промывочной жидкости, что показано на фиг. 4. Таким образом, течение промывочной жидкости во включенном состоянии устройства осуществляется и через кольцевой зазор между внутренним диаметром немагнитной утяжеленной бурильной трубы 21 и наружным диаметром устройства, и через центральное отверстие ствола 9, что выравнивает гидродинамические давления внутри и снаружи устройства. Это приводит к разжатию пружины 11 и перемещению штока 13 с поршнем 12 и золотником 15. При этом золотник 15 перекрывает центральное отверстие в диафрагме 41 и в промывочной жидкости создается положительный импульс давления, который регистрируется датчиком давления на устье скважины. Разжатие пружины 11 ограничивается тем, что поршень 12 упирается в перо 17. Такое положение показано на фиг. 2 и 6.
Во время работы устройства эластичный сильфонный компенсатор 19 позволяет сохранить неизменным объем внутренней полости привода управляющего клапана, заполненной маслом, при изменении ее продольных размеров, которые возникают от движения штока 4 при включении и выключении соленоида 2. Кроме того, за счет использования радиально-фланцевых защелок 20 сильфонный компенсатор 19 герметично разделяет масло внутри привода управляющего клапана от промывочной жидкости, омывающей и протекающей через устройство.
Список использованных источников
1. Патент US 6016288 США, МПК Е21В 47/18. Servo-driven mud pulser // URL: https://www.google.si/patents/US6016288 (дата обращения: 08.02.2016).
2. Патент US 5473579 США, МПК Е21В 47/18. Well bore communication pulser // URL: https://www.google.si/patents/US5473579 (дата обращения: 08.02.2016).