ЛИНИЯ СВЯЗИ ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ
COMMUNICATION LINE FOR BOTTOMHOLE TELEMETRIC SYSTEMS FOR CONTROL OF DRILLING PARAMETERS

Изобретение относится к бурению нефтегазовых скважин, проводка которых ведется с помощью забойных телеметрических систем контроля параметров бурения с передачей информации на дневную поверхность по проводной линии связи.
Известна линия связи (система токопровода), используемая при электробурении скважин (А.П.Духнин, Е.М.Соловьев «Бурение нефтяных и газовых скважин» - М.: Гостоптехиздат, 1959, с.139-141).
Линия связи состоит из кабельных секций, встраиваемых в бурильные трубы, каждая из которых включает отрезок кабеля, контактный стержень, контактную муфту, опоры, сухари, при этом контактный стержень установлен на первый конец отрезка кабеля, а контактная муфта - на второй, концы кабеля прикреплены к опорам с сухарями, крепление которых к внутренней поверхности бурильных замков выполнено сваркой.
Использование этой линии связи позволяет бурить скважины как роторным, так и турбинным способами. Она имеет достаточно широкую частотную полосу пропускания электрических сигналов, такую же, как у каротажного кабеля, и примерно такое же затухание сигналов.
Недостатком этой линии связи является невысокая эксплуатационная надежность. Это обусловлено применением сварки для крепления кабельных секций к бурильным трубам. При сравнительно малых внутренних диаметрах труб и относительно больших расстояниях от конца трубы до места крепления сухарей сварка затруднена, а контроль ее качества ограничен. Дефекты сварных швов в трубах, работающих в условиях больших механических нагрузок, ударов и вибраций, приводят к их разрушению.
Кроме того, из-за неразъемного соединения линии связи с бурильной трубой, она может быть использована только с бурильными трубами одного номинального диаметра, в том числе и транспортироваться вместе с комплектом бурильных труб к новому месту бурения скважины.
Это увеличивает издержки при бурении скважин.
Известна линия связи для забойных телеметрических систем контроля параметров бурения (патент РФ №2111352, МПК E21B 47/01, E21B 47/12, 1998 г.), содержащая проводной канал связи, встроенный с элементами электрической контактной связи, размещенными на ниппельной и муфтовой частях бурильных труб. Линия связи снабжена центраторами, установленными в муфтовой и ниппельной частях бурильных труб, пружиной и регулировочной и упорной гайками. На ниппельной части бурильных труб элементы контактной электрической связи выполнены в виде цанговых щеток, а на муфтовой - в виде колец. Элементы контактной электрической связи ниппельной и муфтовой частей бурильных труб размещены в соответствующих центраторах. В центраторе ниппельной части бурильных труб установлена пружина с возможностью взаимодействия с элементами контактной электрической связи ниппельной части бурильных труб. Элементы контактной электрической связи муфтовой части бурильных труб с помощью упорной гайки опираются на торец собственного центратора, а проводной канал связи соединен с регулировочной гайкой.
Благодаря отсутствию неразъемных соединений элементов линии связи с бурильными трубами увеличилась ее эксплуатационная надежность и появилась возможность встраивания линии связи в бурильные трубы с разными номинальными диаметрами.
Недостатком является необходимость использования разных центраторов для бурильных труб с разными диаметрами.
Другой недостаток - наличие резьбовых соединений в упорной и регулировочных гайках, а также подвижного уплотнителя, в зазорах которых при эксплуатации в буровом растворе, включающем мелкодисперсную твердую фазу, откладываются частицы разбуриваемых горных пород, которые цементируются, образуя плотную пленку.
Эта пленка в резьбовых соединениях затрудняет демонтаж и монтаж линии связи и приводит к выходу из строя деталей с резьбой.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является линия связи для забойных телеметрических систем контроля параметров бурения (патент РФ на полезную модель №84063 МПК E21B 47/01, E21B 47/12), состоящая из кабельных секций, встраиваемых в бурильные трубы, каждая из которых включает отрезок кабеля, контактный стержень, контактную муфту, первый и второй узлы крепления кабельной секции к бурильной трубе. Контактный стержень установлен на первый конец отрезка кабеля, а контактная муфта - на второй. Концы отрезка кабеля закреплены в первом и втором узлах крепления кабельной секции к бурильной трубе. Узлы крепления кабельной секции к бурильной трубе выполнены в виде расклинивающих устройств, содержащих корпус, N клиньев, N узлов перемещения клиньев и N выдвижных элементов, где N=1, 2, 3…, при этом узлы перемещения клиньев взаимодействуют с клиньями, клинья с выдвижными элементами, а выдвижные элементы - с бурильной трубой.
Недостатками этой линии связи являются низкая эксплуатационная надежность при работе в буровом растворе из-за наличия в ней винтовых пар и подвижных сопрягаемых поверхностей, а также отсутствие универсальности при использовании в бурильных трубах с другими номинальными диаметрами.
Задачами настоящего изобретения являются повышение эксплуатационной надежности линии связи и ее универсальности, т.е. возможности использования с бурильными трубами различных диаметров без изменения элементов линии связи.
Эти задачи решены тем, что в линии связи для забойных телеметрических систем контроля параметров бурения, содержащей кабельные секции, встраиваемые в бурильные трубы, каждая из которых включает отрезок кабеля, контактную муфту и контактный стержень, расположенные на разных концах отрезка кабеля и снабженные узлами крепления кабельных секций к бурильным трубам, состоящими из корпусов и расклинивающих элементов, корпусы узлов крепления в средней своей части выполнены с поперечным сечением, вписанным в овал, а на наружной поверхности корпусов в этом интервале по периметру сечения выполнены канавки в виде двугранных прямых углов, протяженные вдоль продольной оси корпусов и расположенные симметрично относительно обеих осей их поперечного сечения, расклинивающие элементы в виде четырех идентичных прямоугольных пластин одной стороной установлены в канавки, а противоположной упираются во внутреннюю поверхность бурильной трубы в ее диаметральных плоскостях.
Корпусы узлов крепления выполнены из эластичного материала.
1
2
1
3
2
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена кабельная секция линии связи, установленная в бурильной трубе, на фиг.2 - две состыкованные бурильные трубы и, соответственно, кабельные секции, на фиг.3 - фиг.5 даны поперечные разрезы А-А фиг.1 кабельных секций, установленных в бурильных трубах с внутренними диаметрами D, D<D и D<D, соответственно.
Линия связи содержит (фиг.1) кабельные секции, встраиваемые в бурильные трубы 1. Каждая из секций включает отрезок 2 кабеля, контактную муфту 3 и контактный стержень 4, расположенные на разных концах отрезка 2 кабеля. Контактные муфта 3 и стержень 4 снабжены узлами крепления кабельных секций к бурильным трубам, состоящими из корпусов 5 и 6 муфты и стержня, соответственно, а также расклинивающих элементов 7, выполненных в виде прямоугольных пластин. Узлы крепления контактных муфт 3 установлены в ниппельной, а контактных стержней 4 - в муфтовой частях бурильных труб.
Корпусы 5, 6 муфты и стержня в средней своей части выполнены (фиг.3-фиг.5) с поперечным сечением, вписанным в овал, а на наружной поверхности корпусов 5, 6 по периметру сечения выполнены канавки 8 в виде двугранных углов с прямым углом при вершине, протяженные вдоль продольной оси корпусов и расположенные симметрично относительно обеих осей их поперечного сечения. Расклинивающие элементы 7 в виде прямоугольных пластин одной стороной установлены в канавки 8, а противоположной упираются во внутреннюю поверхность бурильных труб.
Герметизация соединений отрезка 2 кабеля с контактными муфтой 3 и стержнем 4 обеспечиваются корпусами 5 и 6, выполненными из эластичного материала, например из резины.
1
3
2
Монтаж кабельных секций в бурильной трубе производится следующим образом. В бурильную трубу 1 помещают кабельную секцию необходимой длины. Корпусы 5,6 узлов крепления кабельных секций фиксируют на оси бурильных труб с помощью расклинивающих пластин 7, которые устанавливают в канавки 8 корпусов 5,6 в положение, показанное пунктиром на фиг.3 - фиг.5, а затем поворачивают в направлении, указанном стрелкой, до контакта с внутренней поверхностью бурильной трубы с упором в грань канавки 8. При этом в зависимости от диаметра бурильных труб расклинивающие пластины 7 устанавливают либо в канавки, расположенные вблизи большой оси овала поперечного сечения корпусов 5, 6 (увеличенный диаметр труб D, фиг.3), либо в канавки, находящиеся вблизи малой оси овала (уменьшенный диаметр труб D, фиг.5), либо в канавки, расположенные между осями овала (средний диаметр труб D, фиг.4).
При бурении скважины бурильные трубы с встроенными в них кабельными секциями линии связи стыкуются между собой так, как показано на фиг.2, при этом стыкуются между собой механически и электрически и кабельные секции, образуя наращиваемую в процессе бурения проводную линию связи забойной телеметрической системы с наземным оборудованием.
Демонтаж кабельных секций производят в обратном порядке. Расклинивающие пластины 7 поворачивают в направлении от упора и удаляют, после чего из бурильной трубы извлекают кабельную секцию.
В предлагаемой линии связи отсутствуют резьбовые соединения и другие подвижные сопрягаемые поверхности, что облегчает монтаж и демонтаж линии связи, увеличивает ее срок службы и эксплуатационную надежность.
Узлы крепления кабельных секций к бурильным трубам предложенной конструкции дают возможность использования линии связи с бурильными трубами различных диаметров без ее изменения, т.е. повысить универсальность применения.
Кроме этого, выполнение корпусов узлов крепления из эластичного материала позволяет компенсировать отклонения внутренних диаметров бурильных труб от их номинального значения.
Таким образом, техническим результатом заявляемого изобретения являются повышение эксплуатационной надежности линии связи и универсальности ее применения.