ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗОНД ДЛЯ БУРОВЫХ ГОЛОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к системам для геофизических целей, а более конкретно - к оборудованию для контроля рабочих параметров при бурении и может быть использовано для выполнения электрокаротажных работ как в горизонтально, так и в вертикально направленном бурении, а также в наклонно-направленных и разветвлено-горизонтальных скважинах в процессе бурения.
Известен зонд для электрокаротажа, представленный в а.с. СССР №616606 по кл. G01V 3/18, E21B 47/00, з. 06.05.76, оп. 25.07.78.
Известный зонд имеет в качестве корпуса толстостенную бурильную трубу, в которой выполнены проточки под измерительную часть с токовыми (питание) и измерительными электродами, кабельный ввод для соединения с линией связи, снабженный узлом гидроуплотнения между внутренним и затрубным пространствами, при этом корпус измерительной части выполнен составным из диэлектрических втулок, часть которых армирована металлическими электродами, в стенках втулок имеются сквозные продольные каналы под измерительные электроды, а также два диаметрально расположенных сквозных канала для обеспечения удобства сборки, торцы всех втулок снабжены элементами, образующими лабиринтное уплотнение в поджатом состоянии, причем на бурильной трубе с одной стороны имеется уступ с диаметром, превышающим диаметр измерительной части, а с другой стороны башмак, поджимающий втулки, наружный диаметр которого равен диаметру уступа.
Ремонтопригодность известного зонда обеспечивается тем, что измерительная часть зонда расположена в проточке корпуса зонда и корпус ее выполнен составным из диэлектрических втулок, часть которых армирована металлическими электродами, в диэлектрических втулках выполнены отверстия под измерительные электроды. Диэлектрические втулки можно достаточно легко заменить при повреждениях.
Недостаток известного зонда заключается в его ограниченных эксплуатационных возможностях - он не имеет элементов определения положения зонда, блока обработки измеренных сигналов и т.п.
Известен электронный зонд серии MARK (фирма Digital Control Inc. (США), описанный в ст. Наговицына А.Л. «Как минимизировать отказы. Неисправности электронных зондов для установок горизонтально направленного бурения: причины и следствия» в журнале "ВодаMagazine" №9 (49), сентябрь 2011 г., стр. 28-30 и выбранный в качестве прототипа (см. Приложение к заявке).
Известный зонд монтируется в головке бура и состоит из блока питания в металлическом корпусе и сопряженного с последним пластмассового корпуса, в котором размещены измерительный блок, включающий в себя датчик наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик крена ("часов"), импульсный стабилизатор, а также блок обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока, и антенное устройство в виде антенного драйвера с ферритовой антенной. Все перечисленные элементы, помещенные в пластиковый корпус, залиты влагостойким компаундом. Пластиковый корпус обеспечивает свободное распространение силовых линий переменного магнитного поля, однако не имеет необходимой прочности. Буровая головка имеет участок с продольными сквозными щелями для беспрепятственного выхода магнитных силовых линий.
В процессе бурения происходит изменение характеристик породы, которое может вызвать разогрев буровой головки, ее сжатие с последующим механическим повреждением зонда и даже проникновение бурового раствора к элементам электронного блока, что нарушает работоспособность зонда.
Недостатками известного зонда являются его невысокая надежность, обусловленная низкой прочностью корпуса и недостаточной защищенностью элементов электронного блока.
Задачей является повышение надежности зонда.
Поставленная задача решается тем, что в электронном зонде для буровых головок установок горизонтально направленного бурения, содержащем металлический отсек электропитания и сопряженный с ним пластиковый корпус, в котором размещены и залиты влагостойким компаундом измерительный блок, включающий в себя датчик наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик крена, импульсный стабилизатор, а также блок обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока, и магнитная антенна, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, пластиковый корпус выполнен из многослойного стеклопластика, внутренние слои которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, внешние слои выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию, магнитная антенна и измерительный блок имеют многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие, а микроконтроллерный блок - покрытие из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны.
При этом сердечник магнитной антенны может быть выполнен в виде двух или более последовательно соединенных стержней или колец из ферромагнитного материала.
Кроме того, торцы соседних стержней или колец сердечника магнитной антенны могут иметь конусообразную форму и быть вклеены друг в друга посредством эластичного компаунда с высокой магнитной проницаемостью.
Изготовление пластикового корпуса зонда из многослойного стеклопластика с разной ориентацией стеклонитей во внутренних и внешних слоях существенно увеличивает прочность корпуса, уменьшая возможность его механического повреждения, а именно - образования сквозных трещин, что в совокупности с выполнением основных узлов электронного блока (измерительного блока и магнитной антенны) с нанесенным на них многослойным высокоадгезивным к ним влагоустойчивым покрытием, а блока обработки сигналов - с покрытием лаком с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны перед размещением всех их в корпусе и последующей заливкой влагостойким компаундом обеспечивает надежную герметизацию упомянутых узлов и, как следствие, высокую надежность работы электронного зонда, а также допускает их возможную замену при ремонте.
Технический результат - упрочнение корпуса, надежная герметизация основных узлов.
Заявляемое техническое решение обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение пластикового корпуса из многослойного стеклопластика, внутренние слои которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, внешние слои выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию, выполнение магнитной антенны и измерительного блока с многослойным высокоадгезивным к ним влагостойким покрытием, а микроконтроллерного блока - с покрытием лаком с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый зонд может найти широкое применение в технике горизонтального бурения, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - общий вид электронного зонда;
- фиг. 2 - вид пластикового корпуса в разрезе;
- фиг. 3 - конструкция магнитной антенны.
Заявляемый электронный зонд (фиг. 1) содержит металлический отсек 1 электропитания и сопряженный с ним пластиковый корпус 2, в котором размещены и залиты влагостойким компаундом измерительный блок 3, а также блок 4 обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока, и магнитная антенна 5. При этом измерительный блок 3 включает в себя датчик 6 наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик 7 крена и импульсный стабилизатор 8.
Пластиковый корпус 2 выполнен из многослойного стеклопластика, внутренние слои 9 которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, а внешние слои 10 выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию (фиг. 2). Магнитная антенна 5 и измерительный блок 3 имеют многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие 11, а микроконтроллерный блок 4 - покрытие 12 из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока 3 и магнитной антенны 5 и залиты при сборке влагостойким компаундом 13. Магнитная антенна 5 состоит из нескольких стержней 14, вклеенных друг в друга посредством эластичного компаунда 15 с высокой магнитной проницаемостью, и катушки-соленоида 16 (фиг. 3). При этом торцы соседних стержней 14 или колец сердечника магнитной антенны 5 имеют, в частности, конусообразную форму.
Зонд собирают следующим образом.
На измерительный блок 3 и магнитную антенну 5 наносят многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие 11, а на микроконтроллерный блок 4 обработки сигналов - покрытие 12 из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока 3 и магнитной антенны 5. Затем эти узлы помещают в пластиковый корпус 2, предварительно сопряженный (соединенный) с металлическим корпусом 1, в котором размещен узел электропитания (на чертежах не показан), где размещают их заданным образом и заливают влагостойким компаундом 13.
Прочная конструкция корпуса 2 зонда в процессе прохождения буровой головкой горных пород достаточно хорошо переносит механическое воздействие и не претерпевает значительных нарушений целостности корпуса. Наличие многослойного покрытия 11 на таких функционально важных узлах зонда как измерительный блок 3 и магнитная антенна 5, и покрытия 12 на блоке 4 обработки сигналов, даже в случае возможного нарушения целостности корпуса обеспечивает сохранение работоспособности перечисленных узлов.
В сравнении с прототипом заявляемый зонд является более надежным в эксплуатации в плане сохранения безотказности работы, увеличения срока его службы и обеспечения возможности ремонта.