ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО
PROTECTION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к скважинному защитному устройству для скважинного инструмента, регулирующему подачу электроэнергии от приводного устройства к электрическому компоненту, расположенному в указанном инструменте, содержащему первый элемент с группой проводников и второй элемент с группой проводников. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу приведения в действие указанного защитного устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При выходе из строя содержащегося в инструменте электронного компонента, например реле, существует опасность, что к другим компонентам указанного инструмента будет подано слишком много электроэнергии. Многие электрические компоненты могут выдерживать подачу слишком большого количества электроэнергии, и в электрических системах, как правило, предусматривают возможность отключения электроэнергии в подобных случаях.
Однако при работе в скважине двусторонняя связь с инструментом, а также внутри указанного инструмента может быть затруднена. Особенно важно обеспечивать высокую степень безопасности в инструментах, управляющих бурильными устройствами, взрывчатыми веществами или цементным раствором, чтобы предотвратить вероятность осуществления неуправляемых операций, таких как отсутствие детонации во взрывчатых веществах, бурение, осуществляемое бурильными инструментами, в нежелательном направлении, или непреднамеренный выпуск цементного раствора, приводящий к закрытию скважины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы полностью или частично устранить вышеуказанные недостатки предшествующего уровня техники. В частности, задача изобретения заключается в создании защитного устройства для скважинного инструмента, препятствующего выполнению непреднамеренных операций так, чтобы, например, при возникновении поломки в инструменте не срабатывал выключатель перфоратора.
Вышеуказанные задачи наряду с другими задачами, преимуществами и признаками, которые более подробно описаны ниже, решены в соответствии с предложенным изобретением посредством скважинного защитного устройства для скважинного инструмента, регулирующего подачу электроэнергии от приводного устройства к электрическому компоненту, размещенному в указанном инструменте, содержащему:
первый элемент, содержащий группу проводников, второй элемент, содержащий группу проводников, и
движущее устройство для перемещения указанного первого элемента относительно указанного второго элемента,
в котором указанные проводники первого элемента представляют собой первые проводники и вторые проводники, при этом по меньшей мере два из указанных первых проводников имеют большую площадь поверхности, чем указанные вторые проводники, так что первые проводники передают большее количество электроэнергии к проводникам второго элемента, чем вторые проводники.
Если первые проводники имеют большую площадь поверхности, чем вторые проводники, то первые проводники могут использоваться для передачи электроэнергии, а вторые проводники могут использоваться для передачи сигнала, подтверждающего правильное положение первых проводников.
Один элемент остается неподвижным относительно другого элемента до тех пор, пока не возникнет необходимость в передаче электроэнергии к электрическому компоненту.
Таким образом, контакт между первыми проводниками первого элемента и проводниками второго элемента не инициируется до подтверждения того, что вторые проводники первого элемента находятся в правильном положении. Если площади поверхности вторых проводников меньше, хотя и являются достаточно большими для передачи сигналов о положении защитного устройства, то первые проводники могут не контактировать до тех пор, пока не возникнет необходимость в электроэнергии для следующего электрического компонента. Таким образом, слишком большая электроэнергия, передаваемая к защитному устройству, не может быть случайно передана к следующему электрическому компоненту.
В соответствии с одним вариантом осуществления площадь поверхности может иметь контактный участок, на котором возможен контакт с другим проводником.
Помимо этого, вторые проводники могут служить для проверки условия наличия или отсутствия электрического контакта между первыми проводниками и проводниками второго элемента.
Кроме того, первые проводники могут быть электрически соединены в первую электрическую цепь, а вторые проводники могут быть электрически соединены во вторую электрическую цепь.
Движущее устройство может представлять собой электродвигатель.
Кроме того, первый и второй элемент могут быть соединены посредством вала.
Указанное движущее устройство может быть расположено в соединении с валом либо внутри первого или второго элемента, либо снаружи первого и второго элементов.
В соответствии с вариантом осуществления площадь поверхности проводников второго элемента по существу равна или превышает площадь поверхности первых проводников первого элемента.
Кроме того, площадь поверхности первого проводника может быть по меньшей мере в 1,5 раза больше площади второго проводника, предпочтительно по меньшей мере в 2 раза больше площади второго проводника.
2
2
2
Площадь поверхности первого проводника может иметь контактный участок, площадь которого равна по меньшей мере 20 мм, предпочтительно по меньшей мере 25 мм и более предпочтительно по меньшей мере 30 мм.
Дополнительно, площадь поверхности второго проводника может иметь контактный участок, площадь которого составляет менее 50% площади контактного участка первого проводника, предпочтительно менее 30% и предпочтительнее менее 15%.
В соответствии с вариантом осуществления защитное устройство может принимать первое и второе положение, при этом в первом положении первые проводники первого элемента не контактируют с проводниками второго элемента, а вторые проводники находятся в электрическом контакте с проводниками второго элемента, и во втором положении первые проводники первого элемента контактируют с проводниками второго элемента.
Дополнительно, защитное устройство может принимать другие положения между первым и вторым положениями.
В другом варианте осуществления проводники первого или второго элемента могут представлять собой спиральные пружины.
Далее проводники первого или второго элемента могут представлять собой спиральные пружины, а проводники другого элемента могут представлять собой токопроводящие кольца или токопроводящие планки.
Кроме того, указанная конструкция может быть выполнена из непроводящего ток материала.
Также первый и второй элементы могут содержать периферические или продольные канавки для вмещения указанных проводников.
Кроме того, первый элемент может быть соединен со вторым элементом резьбовым соединением на валу, при этом вращение вала относительно корпуса вызывает перемещение первого и второго элементов относительно друг друга в осевом направлении.
Дополнительно, либо первый элемент, либо второй элемент может представлять собой полую конструкцию, а другой из указанных элементов представляет собой тело, расположенное по меньшей мере частично внутри указанной полой конструкции.
Вышеописанное защитное устройство может дополнительно содержать корпус, вмещающий указанные первый и второй элементы, а также токопроводящие средства, такие как кабель или провода для соединения с приводным устройством инструмента на одном конце корпуса и для соединения с рабочим органом инструмента, таким как бурильная головка, перфоратор или установка для цементирования, на другом конце корпуса.
Настоящее изобретение также относится к скважинному инструменту, содержащему защитное устройство для регулирования подачи электроэнергии к перфоратору, бурильному устройству или установке для цементирования.
Изобретение также относится к способу приведения в действие вышеописанного защитного устройства, включающему этапы, на которых:
располагают первый элемент в первом положении, в котором отсутствует токопроводящий контакт между первыми проводниками и проводниками второго элемента и в котором имеется токопроводящий контакт двух вторых проводников с проводниками второго элемента;
передают сигнал к рабочему органу через вторые проводники и проводники второго элемента;
передают сигнал от рабочего органа через вторые проводники и проводники второго элемента;
перемещают первый и второй элементы относительно друг друга из первого положения во второе положение, причем во втором положении первые проводники находятся в токопроводящем контакте с проводниками второго элемента и два других вторых проводника находятся в токопроводящем контакте с проводниками второго элемента;
передают сигнал к рабочему органу через вторые проводники и проводники второго элемента;
передают сигнал от рабочего органа через вторые проводники и проводники второго элемента; и
передают электроэнергию к рабочему органу.
Наконец, настоящее изобретение относится к другому способу приведения в действие вышеописанного защитного устройства, включающему этапы, на которых:
располагают первый элемент в первом положении, в котором отсутствует токопроводящий контакт между первыми проводниками и проводниками второго элемента и в котором имеется токопроводящий контакт между двумя вторыми проводниками и проводниками второго элемента;
передают сигнал через указанные вторые проводники и указанные проводники второго элемента для подтверждения первого положения защитного устройства;
передают сигнал в обратном направлении для подтверждения первого положения защитного устройства;
перемещают первый и второй элементы относительно друг друга из первого положения во второе положение, причем в указанном втором положении первые проводники находятся в токопроводящем контакте с проводниками второго элемента и два других вторых проводника второго элемента находятся в токопроводящем контакте с проводниками второго элемента;
передают сигнал через вторые проводники и указанные проводники второго элемента для подтверждения второго положения защитного устройства;
передают сигнал в обратном направлении для подтверждения второго положения защитного устройства; и
передают электроэнергию к рабочему органу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено подробное описание изобретения и его преимуществ со ссылкой на сопроводительные схематические чертежи, на которых показаны некоторые не ограничивающие объем осуществления изобретения варианты его осуществления.
На чертежах:
на фиг.1 показано защитное устройство, расположенное в скважинном инструменте;
на фиг.2 в разрезе показано защитное устройство в разомкнутом положении;
на фиг.3 в разрезе показано защитное устройство в замкнутом положении, способное передавать электроэнергию к рабочему органу инструмента;
на фиг.4 в разрезе показано защитное устройство в разомкнутом положении в соответствии с другим вариантом осуществления;
на фиг.5 в разрезе показано защитное устройство, показанное на фиг.4, в замкнутом положении, способное передавать электроэнергию к рабочему органу инструмента;
на фиг.6 в разрезе показано защитное устройство в соответствии с еще одним вариантом осуществления;
на фиг.7 в разрезе показан разрез полой конструкции секущей плоскостью перпендикулярной секущей плоскости разреза, показанного на фиг.6;
на фиг.8 в разрезе показано защитное устройство в соответствии с еще одним вариантом осуществления;
на фиг.9 показан разрез полой конструкции секущей плоскостью перпендикулярной секущей плоскости разреза, показанного на фиг.8.
Все указанные чертежи выполнены схематически и без строгого соблюдения масштаба, при этом на них показаны только те элементы, которые необходимы для пояснения данного изобретения, другие элементы не показаны или только обозначены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к защитному устройству, выполненному с возможностью подачи электроэнергии к скважинному инструменту так, чтобы предотвратить случайное приведение в действие рабочего органа, такого как бурильная головка, перфоратор или установка для цементирования, при выходе из строя электронного устройства скважинного инструмента.
Скважинный инструмент может содержать несколько защитных устройств, расположенных последовательно, параллельно или в различных местах внутри указанного инструмента, однако, в нижеследующем описании рассмотрен инструмент, содержащий только одно защитное устройство 1, показанное на фиг.1. Чаще всего, указанный инструмент, соединяемый с перфоратором, содержит два защитных устройства, размещенных последовательно так, что первое защитное устройство управляет электроэнергией, подаваемой ко второму защитному устройству, управляющему подачей электроэнергии к выключателю перфоратора или непосредственно на перфоратор.
На своей входной стороне 12 защитное устройство соединено с помощью токопроводящих средств, таких как кабели или провода с приводным устройством (не показано), например с электродвигателем, имеющимся в скважинном инструменте. На выходной стороне 13 защитное устройство 1 с помощью электронных средств соединено с рабочим органом (не показан), например перфоратором, также с использованием токопроводящих средств 15.
Защитное устройство 1 содержит корпус 11, в котором расположены первый элемент 3, второй элемент 6 и токопроводящие средства 14, 15. На фиг.1 корпус 11 и скважинный инструмент 2 показаны штриховой линией.
Как показано на фиг.1, первый элемент 3 представляет собой полую конструкцию, в которой расположен второй элемент 6 в виде тела 6. На одном конце 16 защитного устройства 1 тело 6 соединено с полой конструкцией 3 посредством резьбового соединения 10, так что перемещение полой конструкции 3 или тела относительно другого из указанных элементов приводит к относительному перемещению полой конструкции и тела в осевом направлении. Для перемещения первого элемента 3 относительно второго элемента 6 защитное устройство 1 содержит движущее устройство 31, которое может быть расположено в указанном теле, как показано на фиг.2, или снаружи тела на конце вала 32, как показано на фиг.4. Движущее устройство 31 может приводить во вращение вал, соединяющий посредством резьбы первый и второй элементы, и, таким образом, перемещать первый элемент относительно второго элемента. Движущее устройство 31 может представлять собой электродвигатель.
Первый и второй элементы 3, 6 содержат множество проводников 4, 7 или контактов. Первый элемент 3 содержит пять проводников 4: два первых проводника 8 и три вторых проводника 9, все в виде периферических контактных колец. Второй элемент 6 содержит четыре периферические канавки, содержащие четыре проводника 7 одинакового размера в виде токопроводящих спиральных пружин. Первые проводники 8 имеют большую площадь поверхности, чем вторые проводники 9, и, соответственно, могут передавать больше электроэнергии к проводникам 7 второго элемента 6, чем вторые проводники 9. Указанные вторые проводники 9 выполнены с размерами, позволяющими обеспечить передачу достаточной электроэнергии для того, чтобы передавать сигнал о положении первого и второго элементов 3, 6 относительно друг друга в защитном устройстве 1. Первые проводники 8 электрически соединены с образованием части первой электрической цепи, а вторые проводники 9 электрически соединены с образованием части второй электрической цепи.
В первом положении первый и второй из трех вторых проводников 9 расположены снаружи двух проводников 7 второго элемента 6 второй электрической цепи, при этом первые проводники 8 не находятся в электрическом контакте с двумя другими проводниками 7 второго элемента первой электрической цепи. Для подтверждения этого первого положения, в котором первые проводники 8 не находятся в электрическом контакте с двумя другими проводниками 7 второго элемента первой электрической цепи и в котором, следовательно, отсутствует возможность для передачи электроэнергии к рабочему инструменту, выполняют проверку второй электрической цепи, состоящей из двух вторых проводников 9 и двух проводников 7 второго элемента 6, чтобы удостовериться в наличии электрической связи в указанной цепи. Во втором положении второй и третий из трех вторых проводников 9 расположены снаружи двух проводников 7 второго элемента 6 второй цепи, а первые проводники 8 расположены снаружи других двух проводников 7 второго элемента, образующего часть первой цепи. В этом втором положении первая электрическая цепь находится в замкнутом состоянии и, соответственно, электроэнергия может быть подана к рабочему инструменту. Наличие второго положения подтверждают посредством подтверждения наличия электрического соединения второго и третьего из трех вторых проводников 9 с двумя проводниками 7 второго элемента, образующими часть второй цепи. В первом положении электроэнергия не может быть случайно подана к рабочему органу, даже в случае непреднамеренной подачи высокой мощности, поскольку проводники с малой поверхностью не могут обеспечивать передачу большого количества электроэнергии между первым и вторым элементами.
Площадь токопроводящего контакта первых проводников 8 с проводниками второго элемента 6 может быть меньше площади поверхности первых проводников, особенно, если указанные проводники одного из элементов 3, 6 являются спиральными пружинами.
Проводники 4 первого элемента 3 присоединены к приводному устройству скважинного инструмента 2. Два первых проводника соединены с рабочим органом инструмента 2, а три вторых проводника могут быть присоединены к управляющему устройству указанного инструмента, способному выдавать сигнал для перемещения первого и второго элементов 3, 6 относительно друг друга. Таким образом, указанные три вторых проводника не присоединены к рабочему органу, так как они используются только для определения или проверки положения защитного устройства 1.
На фиг.2 показана ситуация, когда первые проводники 8 находятся в их первом положении, при котором они электрически не соединены ни с каким из проводников 7 второго элемента 6. В этом положении сигналы могут быть переданы к защитному устройству 1 без прохождения к рабочему инструменту. В случае, если электронное устройство, например реле, вышло из строя и при этом к защитному устройству 1 подводится слишком большая электроэнергия, указанные вторые проводники не могут передавать эту электроэнергию дальше к рабочему органу скважинного инструмента 2.
На фиг.3 показано, что защитное устройство 1 находится в его втором положении, в котором первые проводники 8 находятся в контакте с двумя из четырех проводников 7 второго элемента 6. В этом случае два из трех вторых проводников 9 соединены с двумя другими проводниками 7 второго элемента 6. В этом положении инструмент 2 может передавать большое количество электроэнергии к рабочему органу и от рабочего органа через два первых проводника 8.
Если защитное устройство 1 имеет два положения и два проводника с различными размерами на одной стороне токопроводящего соединения, то большое количество электроэнергии не может быть случайно подано к рабочему инструменту. Перед опусканием в скважину или ствол скважины защитное устройство 1 устанавливают в его первом и разомкнутом положении так, что электроэнергия не может быть подана к рабочему органу.
При передаче к защитному устройству 1 сигналов, подтверждающих, что защитное устройство является функциональным и что рабочий орган находится на своем месте, защитное устройство изменяет положение так, чтобы к рабочему органу могла быть подана электроэнергия. В другом варианте осуществления указанное защитное устройство может иметь другие положения между первым и вторым положениями, в которых ни первый, ни второй проводники 8, 9 первого элемента 3 не находятся в контакте с проводниками 7 второго элемента 6.
В некоторых вариантах осуществления вторые проводники 9 также присоединены к рабочему органу, но поскольку контактная площадь невелика, то к рабочему органу может быть передана только электроэнергия, достаточная для передачи сигнала. Таким образом, состояние рабочего органа может быть определено или подтверждено до передачи большого количества электроэнергии к указанному рабочему органу. Даже, при подаче большого количества электроэнергии, когда защитное устройство 1 находится в его первом положении, контактная площадь между первыми проводниками 9 первого элемента 3 и проводниками 7 второго элемента 6 не является достаточно большой для передачи указанной электроэнергии, при этом указанная электроэнергия, передаваемая к рабочему органу, автоматически уменьшается до значения, меньшего, чем электроэнергия передачи сигнала.
На фиг.4 и 5 показан другой вариант осуществления защитного устройства 1. Четыре проводника 7 второго элемента 6 выполнены в виде токопроводящих колец, а проводники 4 первого элемента 3 в виде спиральных пружин.
При наличии спиральных пружин или уплотнений Bal seal (компании Bal Seal Engineering) на одной стороне токопроводящего соединения упругая пружина способна компенсировать тепловое расширение первого и второго элементов, а также погрешности изготовления первого и второго элементов 3, 6, поскольку упругая пружина может быть расположена в указанных канавках в более или менее сжатом состоянии.
Указанные проводники также могут быть расположены в осевых канавках в первом и/или втором элементах, как показано на фиг.6 и 7. Как показано на чертежах, первый элемент 3 содержит два первых проводника 8 и три вторых проводника 9, проходящих в осевом направлении в виде токопроводящих планок, имеющих различную ширину и, соответственно, различную протяженность по периферии. На фиг.7 показано сечение защитного устройства, перпендикулярное сечению, показанному на фиг.6, в котором токопроводящие планки также проходят в осевом направлении так, что вращательное движение первого и/или второго элементов 3, 6 относительно друг друга приводит в результате к изменению положения с переходом из первого положения ко второму положению, или наоборот. Защитное устройство 1 также может иметь третье положение, в котором ни первый, ни второй проводники 8, 9 первого элемента 3 не находятся в контакте с проводниками второго элемента 6.
Площадь поверхности первого проводника 8 может быть по меньшей мере в 1,5 раз больше площади поверхности второго проводника 9, предпочтительно по меньшей мере в два раза больше площади поверхности второго проводника 9.
2
2
2
Для передачи электроэнергии к рабочему органу, например перфоратору, контактный участок площади поверхности первого проводника 8 первого элемента 3, который находится в контакте с проводником второго элемента 6, равен по меньшей мере 20 мм, предпочтительно по меньшей мере 25 мм и предпочтительнее по меньшей мере 30 мм. При передаче большого количества электроэнергии, например, во время процесса бурения, может потребоваться увеличение указанной площади поверхности.
Контактный участок второго проводника 9 составляет менее 50% контактного участка первого проводника 8, предпочтительно менее 30% контактного участка первого проводника и предпочтительнее менее 15% контактного участка первого проводника.
Как показано на чертежах, первый элемент 3 соединен со вторым элементом 6 резьбовым соединением 10, однако, это соединение может быть соединением любого типа, подходящим для обеспечения вращательного или осевого перемещения первого и второго элементов 3, 6 относительно друг друга.
Первый и второй элементы 3, 6 содержат осевые или периферические канавки, в которых расположены проводники. Указанные проводники также могут быть выполнены вместе с первым и/или вторым элементами 3, 6 литьем или формованием.
Первый и/или второй элементы 3, 6 выполнены из непроводящего ток материала, такого как керамика, пластик, композитный материал, стекловолокно или подобного материала.
Первый элемент 3 может быть выполнен в виде цельного тела, а второй элемент 6 в виде полой конструкции, или наоборот, как в другом варианте осуществления, показанном на фиг.8 и 9. Первый и второй элементы 3, 6 могут иметь соответствующую форму, например форму полого элемента, частично полого элемента, рамной конструкции, сплошного цилиндра или даже форму с квадратным сечением, если перемещение из первого положения ко второму положению выполняется только в осевом направлении.
При приведении в действие защитного устройства 1 первый элемент 3 расположен в первом положении, в котором первые проводники 8 не контактируют с проводниками 7 второго элемента 6, а два вторых проводника 9 находятся в токопроводящем контакте с проводниками 7 второго элемента 6. В соответствии с одним вариантом осуществления к рабочему органу или выключателю через вторые проводники 9 и проводники 7 второго элемента 6 передают сигнал для подтверждения того, что инструмент или выключатель функционирует, а обратно в качестве подтверждения передают другой сигнал. Если рабочий орган находится в правильном для работы положении, то первый и второй элементы 3, 6 перемещают с помощью движущего устройства 31 относительно друг друга из первого положения ко второму положению, в котором первые проводники 8 находятся в токопроводящем контакте с проводниками 7 второго элемента 6 и два вторых проводника 9 находятся в токопроводящем контакте с проводниками 7 второго элемента 6 второй электрической цепи. Затем через вторые проводники 9 и проводники 7 второго элемента 6 передают сигнал для подтверждения второго положения, при этом обратно передают другой сигнал. И, наконец, выполняют передачу электроэнергии к рабочему органу.
Под контактным участком понимается участок, на котором участок поверхности первого проводника одного элемента находится в контакте с проводником другого элемента.
Под обсадной трубой понимается труба любого типа, системы труб, трубчатые элементы и тому подобные элементы, используемые в скважине, разрабатываемой для добычи нефти или природного газа.
В том случае, когда указанные инструменты не являются инструментами, постоянно погруженными в обсадную трубу 4, то возможно использование скважинного тягача для постоянного продвижения указанных инструментов на место эксплуатации в скважине. Скважинный тягач представляет собой приводное оборудование любого типа, способное продвигать инструмент в скважину или вытягивать инструменты из скважины, например, такое как устройство, зарегистрированное под товарным знаком Well Tractor.
Несмотря на то что выше изобретение описано в отношении предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что в него может быть внесено нескольких модификаций, не выходящих за рамки объема изобретения, определяемого нижеследующей формулой изобретения.