ЛИНИЯ СВЯЗИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к бурению нефтегазовых скважин, проводка которых ведется при телеметрическом контроле забойных технологических и геофизических параметров путем передачи этой информации от забоя скважины на дневную поверхность по линии связи.
Известна линия связи, используемая в устройстве для бурения наклонных и горизонтальных скважин, (патент РФ №2078921, МПК Е21В 47/022, 1997 г.) и представляющая собой каротажный кабель, один конец которого подключен к забойному инклинометру, а второй выведен из бурильной колонны через кабельный переводник и соединен с входом наземной аппаратуры.
Эта линия связи обеспечивает передачу информации в достаточно широкой полосе частот, начиная с постоянного тока.
Вместе с тем эта линия имеет следующие недостатки:
- необходимость вывода кабеля в затрубное пространство не позволяет проводить бурение роторным способом;
- наличие кабеля в затрубном пространстве создает опасность его повреждения;
- вывод кабеля усложняет операции бурения, требует дополнительного времени на спуск и подъем кабеля, сборку и разборку кабельного переводника.
Известна также линия связи, используемая в устройстве бурения наклонных и горизонтальных скважин, (патент РФ №2140537, МПК Е21В 47/022, 1999 г.) и представляющая собой электрические дроссели, установленные в муфтах и ниппелях бурильных труб и соединенные между собой проводником, проложенным в теле бурильной трубы. Передача информации осуществляется при этом за счет индуктивной связи, возникающей между электрическими дросселями при свинчивании бурильных труб. Использование такой линии связи позволяет вести бурение роторным способом.
Однако эта линия связи обладает ограниченной частотной полосой пропускания сигналов, в частности, невозможна передача постоянного тока. Кроме того такая линия связи обладает большим затуханием передаваемых сигналов,
зависящим от степени прижатия бурильных труб друг к другу.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является линия связи (система токоподвода), 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 на опорах к сухарям, крепление которых к внутренней поверхности бурильных замков выполнено сваркой.
Использование этой линии связи позволяет бурить скважины любым способом. Она имеет достаточно широкую частотную полосу пропускания, 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.
Технический результат настоящего изобретения - повышение эксплуатационной надежности.
Это достигается тем, что в известной линии связи для контроля параметров бурения, состоящей 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, при этом контактный стержень установлен на первый конец отрезка кабеля, а контактная муфта - на второй, первый и второй концы отрезков кабеля закреплены в первом и втором узлах крепления кабельной секции к бурильной трубе соответственно, узлы крепления кабельной секции к бурильной трубе выполнены в виде расклинивающих устройств.
Расклинивающее устройство состоит из корпуса, 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, выдвижные элементы - с бурильной трубой.
На фиг.1 представлена линия связи для контроля параметров бурения в виде двух сочлененных между собой кабельных секций.
На фиг.2 представлен вариант выполнения расклинивающего устройства для N=2.
На фиг.3 представлен разрез А-А фиг.2.
Линия связи содержит контактные стержни 1, контактные муфты 2, механически и электрически соединяющиеся при свинчивании бурильных труб 3 и 4. Контактные стержни 1 и муфты 2 установлены на концах отрезков кабеля 5 и вместе с ним закреплены на расклинивающих устройствах 6.
Вариант расклинивающего устройства (фиг.2, фиг.3) содержит корпус 7, два выдвижных элемента 8, два клина 9, два узла 10 перемещения клиньев.
Выдвижные элементы 8 выполнены в виде сегментов, установленных в пазах корпуса 7 подвижно, и взаимодействующих с клиньями 9, выполненными в виде стержней со скошенным концом. Узлы перемещения клиньев представляют собой винтовые пары: винт 10 - гайка (корпус 7).
Монтаж линии связи осуществляется следующим образом. Собранная кабельная секция помещается в бурильную трубу так, чтобы контактный стержень 1 располагался в ее муфтовой части, а контактная муфта 2 - соответственно в ниппельной. Расклинивающие устройства 6 устанавливаются на расчетных расстояниях от концов трубы.
В исходном положении выдвижные элементы 8 находятся внутри корпуса 7, при этом зазор между внутренней поверхностью бурильной трубы и элементом 8 равен 5 (см. левую половину фиг.2), а суммарный зазор по обе стороны расклинивающего устройства составляет 25.
Закручивая винт 10, перемещают клин 9, который выдвигает выдвижной элемент 8 в направлении внутренней поверхности бурильной трубы до соприкосновения с нею (см. правую половину фиг.2).
Выполнив эту операцию со вторым винтом, производят закрепление одного конца кабельной секции в бурильной трубе. Такие же работы выполняют со вторым
расклинивающим устройством и осуществляют закрепление другого конца кабельной секции.
Для надежного крепления кабельных секций размеры и параметры деталей расклинивающего устройства должны обеспечивать выполнение условия:
где Δr - радиальное перемещение выдвижного элемента 8;
н
d - номинальный внутренний диаметр бурильной трубы;
max
Δ - максимальный положительный допуск на внутренний диаметр трубы согласно техническим условиям;
0
r - исходный поперечный размер расклинивающего устройства по выдвижным элементам.
Также желательно изготавливать выдвижные элементы из материалов с большей твердостью, чем у металла бурильных труб, для создания участков локальных деформаций трубы и повышения надежности крепления.
Для дальнейшего повышения надежности крепления возможны варианты выполнения расклинивающего устройства, например, с N=3, 4, т.е. с выдвижными элементами, перемещающимися в радиальных направлениях через 120°, 90° соответственно.
Возможны также другие варианты выполнения клиньев расклинивающего устройства, например, в виде стержней с коническим, сферическим концом или в виде шарика. Возможны варианты, когда винт узла перемещения клиньев, изготовленный с коническим окончанием, выполняет и функции клина.
Возможны также другие варианты исполнения выдвижного элемента, например, в виде шарика, взаимодействующего с коническим клином или в виде пластины, с отверстием, в которое входит конический конец клина.
Предлагаемая линия связи для контроля параметров бурения обладает более высокой эксплуатационной надежностью по сравнению с известными.
Эта линия связи может быть использована также при каротаже горизонтальных скважин геофизическими приборами, доставляемыми на забой с помощью бурильных труб для организации канала связи забой - устье.