УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ

I
УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ
С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ
Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических нараметров в процессе бурения скважин и передачи их на поверхность по электромагнитному каналу связи.
Известна забойная телеметрическая система ЗИС-4 с электромагнитным каналом связи, позволяющая производить измерения зенитного угла, азимута, угла установки отклонителя и частоты вращения забойного двигателя (Забойная инклинометрическая система: проспект / ВНИИГИС НПО Союз-промгеофизика.-ВИТР.- 1984).
Недостатком этой системы является большая металлоемкость, отсутствие датчиков измерения геофизических параметров пород.
Известна также система измерения забойных параметров в процессе бурения (MWD) фирмы Geoservices с электромагнитным каналом связи (Технология горизонтального, наклонно-направленного и кустового бурения / обзор. - ВНИИЗарубежгеология. - 1991. - Вып.8. - С.8-9). Датчики этой системы позволяют измерять зенитный угол, азимут, угол ориентации компоновок, температуру, давление, а также получать даннные гаммакаротажа и электрокаротажа. Система выпускается трех типоразмеров по диаметру скважинного прибора.
Недостатком телесистемы фирмы Geoservices является большая удаленность измерительных датчиков от долота, что не позволяет своевременно реагировать на изменение геологических условий вокруг телесистемы и оперативно управлять траекторией скважины.
М. кл. Е21В47/12
Известна также отечественная телеметрическая система Забой с электромагнитным каналом связи, имеюшая модульнзто компоновку и содержащая модули технологических, геофизических и инклинометрических преобразователей, турбогенератор, модуль передающего устройства, электрический разделитель (Усоверщенствовать образцы телесистемы с беспроводным каналом связи для геофизических и технологических исследований горизонтальных скважин в процессе бурения: Отчет / ВНИИГИС с ОЗГА: Руководитель Чупров В.П. - 1993. - ГР 02930004511). Однако измерительные датчики в телесистеме Забой расположены также на значительном удалении от долота. Кроме того электрический разделитель телесистемы Забой выполнен в виде отдельного элемента компоновки совместно с модулем управления и связи, и помещен в верхней части системы, поэтому для обеспечения прохождения сигнала при бурении непосредственно из обсадной колонны, требуется обеспечить расположение разделителя ниже башмака обсадной колонны. То есть необходимо безориентированное бурение дополнительных 10м ниже бащмака колонны с целью выхода разделителя телесистемы в открытый ствол, что снижает техникоэкономические показатели бурения горизонтальных скважин.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является телеметрическая система, включающая бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель и забойный двигатель, в которой электрический разделитель выполнен в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом диаметры корпуса измерительных модулей и блока питания выполнены меньше внутреннего диаметра бурильной колонны, а блок питания, измерительные и передающие модули соединены между собой гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями (патент РФ № 2105880, приоритет от 29.11.94 г.).
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности проводки и исследования скважин с заданным радиусом кривизны, в том числе скважин малого диаметра, за счет введения наддолотного модуля, в котором измерительные датчики расположены в непосредственной близости от долота, и дополнительного короткого электромагнитного канала связи.
Поставленная задача решается описываемым устройством для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения, состояш,им из забойной телеметрической системы, вю1ючаюш;ей бзфильную колонну, блок питания, измерительные модули, модуль передаюп ;его устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, в котором непосредственно над долотом установлен наддолотный модуль, соединенный с валом забойного двигателя, Наддолотный модуль состоит из корпуса с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и изолированный от корпуса специальным покрытием из электроизоляционного материала, в корпусе выполнены выемки, в которых расположены электрические схемы, измерительные датчики и источник питания. В корпусе также размещен подвижный контактный узел, соединяющий электрическую схему с центральным электродом. Все эти элементы находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов.
Представленные рисунки поясняют сущность предложения, где на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения, на фиг. 2 наддолотный модуль.
Предлагаемое устройство состоит из забойной телеметрической системы, которая содержит блок питания (турбогенератор) 1, модуль управления и связи (передающее устройство) 2, модуль инклинометрических
преобразователей 3, штанговый электрический разделитель 4, подвижный электрический контакт 5 с низом бурильной колонны, соединенные между собой гибкими связями 6. Между модулем инклинометрии 3 и штанговым электрическим разделителем 4 или модулем передающего устройства устанавливается измерительный модуль геофизических параметров 7.
Все модули забоййой телеметрической системы размеш;ены внутри стандартной легкосплавной или стальной диамагнитной бурильной трубы 8, отцентрированы с помош;ью подвижных центраторов 9 и зафиксированы в специальном переводнике 10. На легкосплавную трубу 8 навернут корпусной электрический разделитель 11, выполненный в виде переводника с возможностью размеш;ения внутри его подвижного электрического контакта 5, ниже навернут забойный двигатель 12, с валом которого жестко соединен наддолотный модуль 13, установленный непосредственно над долотом 14. В модуле управления и связи передаюш;его устройства 2 забойной телеметрической системы размеш;ен приемно-обрабатываюш,ий блок сигналов, поступающих от надцолотного модуля.
Наддолотный модуль (Фиг.2) состоит из корпуса 15, на котором размещен центральный электрод 16, изолированный от корпуса специальным покрытием 17 из электроизоляционного материала. В корпусе выполнены выемки 18, в них расположены электрические схемы 19, измерительные датчики 20 и источник питания 21. В корпусе также размещен контактный узел 22, соединяющий электрическую схему с центральным электродом 16. Все эти элементы находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов 23.
Забойная телеметрическая система спускается в скважину на бурильных трубах 24 (см фиг.1), минимальный внутренний диаметр которых больше наружного диаметра корпуса модулей. Наземное оборудование 25 обеспечивает прием и выдачу информации о геофизических и технологических параметрах, регистрируемых предлагаемым устройством.
Сборка забойной телеметрической системы осуществляется следующим образом. На забойный отклонитель 12, на вал которого жестко посажен надцолотный модуль 13 с навернутым на него долотом 14, наворачивают корпусной электрический разделитель 11, немагнитную стандартную бурильную трубу 8 и специальный переводник 10. Внутрь немагнитной трубы последовательно спускают штанговый электрический разделитель 4, модули забойной телеметрической системы и турбогенератор, соединенные между собой гибкими связями с центраторами, турбогенератор 1 пространственно фиксируется в специальном переводнике 10. Подбором длины гибких связей подвижный контакт 5 размещается в корпусе корпусного разделителя 11 так, чтобы он обеспечил контакт с нижней частью колонны. Далее на б)фильных трубах система спускается на забой скважины.
Система работает следующим образом. После спуска инструмента на забой скважины включают буровые насосы, при этом создается циркуляция бурового раствора по бурильным трубам и скважине, включается в работу турбогенератор, обеспечивая питание модулей телесистемы и передачу сигнала на поверхность.
Обеспечение получения информации с забоя скважины осуществляется поэтапно. Информация, измеренная наддолотным модулем 13, передается по беспроводному короткому скоростному электромагнитному каналу связи на приемно-обрабатывающий блок модуля управления и связи 2 забойной телеметрической системы. Телесистема наряду с данными, измеренными ею самой, передает на поверхность по одному из известных принципов передачи сигнала по электромагнитному каналу связи (например, подобной телеметрической системе Забой) также и данные, полученные наддолотным модулем в виде дополнительных каналов. Па поверхности информация принимается и обрабатывается наземным приемнообрабатывающим комплексом.
Преимущества предложенного устройства вытекают из конструктивных особенностей его компоновки, а именно, расположение колонного электрического разделителя в непосредственной близости от забойного двигателя. Наличие подвижного контакта и сборных гибких связей позволяет использовать для бурения любые стандартные немагнитные трубы независимо от их длинновых размеров. Описываемая компоновка устройства позволяет установить датчики инклинометрических, геофизических и технологических параметров непосредственно над долотом, предельно близко к забою.