ПОДЗЕМНЫЙ ИЗОЛИРУЮЩИЙ КОРПУС БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ В СИСТЕМЕ И СПОСОБЕ MWD
UNDERGROUND INSULATING CASING OF DRILL STRING IN SYSTEM AND METHOD MWD

Область техники
Технология, в общем, относится к подземным операциям и, более конкретно, к устройству и способу для электрического соединения для передачи электрического сигнала к электропроводной бурильной колонне.
Предшествующий уровень техники
Обычно в подземных операциях, таких как, например, бурение для формирования буровой скважины с последующим расширением буровой скважины, с целью установки линии для коммунального оборудования, картографирования буровой скважины и т.п., используют электропроводную бурильную колонну, которая продолжается от находящейся над землей буровой установки. Известный уровень техники включает в себя примеры использования электропроводной бурильной колонны в качестве электрического проводника, который используют для электрической передачи сигнала данных от подземного инструмента к буровой установке. Сама окружающая земля используется, как обратный путь для сигнала, с целью обнаружения сигнала в буровой установке. Такой тип системы часто называют системой с измерением во время бурения («MWD»).
Пример попытки использования бурильной колонны в качестве электрического проводника в системе MWD можно найти, например, в патентном документе US 4864293. В одном варианте осуществления в этом документе описана электрически изолированная муфта, которая установлена вокруг бурильной колонны. Понятно, что использование такой электрически изолированной муфты (фиг. 2, ссылочное обозначение 32) проблематично, по меньшей мере, в отношении долговечности в условиях чрезвычайно неблагоприятной подземной окружающей среды. В другом варианте осуществления, показанном на фиг. 3 и 4, соответствующий диэлектрический сепаратор 40 схематически показан и защищен таким образом, что формируется электрическая изоляция переднего участка бурильной колонны от остальной части бурильной колонны. Подробности не представлены, которые могли бы приемлемо описать, как изготовить такой сепаратор, но следует предполагать, что изолятор мог бы быть просто вставлен в разрыв в бурильной колонне с возможностью совместного вращения вместе с ней. К сожалению, изолятор при этом подвергался бы тем же жестким механическим напряжениям во время буровых работ, что и участки буровой трубы бурильной колонны, включая операции с приложением силы растяжения во время отвода и больших сил сдвига из-за крутящего момента, который прикладывается к бурильной колонне от буровой установки. В то время как бурильная колонна, в общем, выполнена из высокопрочной стали, которая может легко выдерживать эти силы, не известен какой-либо доступный в настоящее время не проводящий электричество материал, который мог бы выдерживать все такие разные силы с надежностью, которую можно считать приемлемой. Следует понимать, что последствия разрыва конца бурильной колонны во время буровых работ являются чрезвычайно неприятными. Таким образом, риск, создаваемый в результате использования изолятора предлагаемым образом, можно считать неприемлемым.
Еще более ранний подход раскрыт в патентном документе US 4348672, согласно которому предпринята попытка ввести электрический разрыв в бурильной колонне, используя различные слои диэлектрического материала, которые расположены между элементами того, что в документе называется «подузел изолированного зазора», который выполнен из первого и второго кольцевых подэлементов. Один вариант осуществления представлен на фиг. 5 и 6, в то время как другой вариант осуществления показан на фиг. 7 и 8 документа. К сожалению, практика установки относительно тонких диэлектрических слоев в зазоре, сформированных между соседними элементами из металла высокой прочности, которые способны выдержать чрезвычайно большие силы, а также неблагоприятные условия окружающей среды внутри скважины, маловероятно обеспечивают приемлемый уровень рабочих характеристик. В частности, такие диэлектрические слои подвергаются тем же значительным силам, как первый и второй кольцевые подэлементы, таким образом, что долговечность в неблагоприятной окружающей среде внутри скважины, наиболее вероятно, будет ограничена. Таким образом, требуемая электрическая изоляция будет нарушена в момент полного износа одного из относительно тонких диэлектрических слоев.
Практические подходы в отношении соединения электрического сигнала с бурильной колонной в контексте системы MWD можно обнаружить, например, в Заявке на патент США, регистрационный № 13/035,774 (далее называется заявкой ‘774), в заявке на патент США, регистрационный № 13/035,833 (далее называется заявкой ‘833) и в заявке на патент США, регистрационный № 13/593,439 (далее называется заявкой ‘439). В то время как в заявках ‘774, ‘833 и ‘439 раскрыты значительные преимущества по сравнению с существующим в то время состоянием уровня техники, был обнаружен еще один другой чрезвычайно предпочтительный подход, который будет описан далее.
Представленные выше примеры предшествующего уровня техники и ограничения, связанные с ними, предназначены для пояснения и не являются исключающими. Другие ограничения предшествующего уровня техники будут понятны для специалиста в данной области техники из описания и чертежей.
Следующие варианты осуществления и их аспекты описаны и представлены совместно с системами, инструментами и способами, которые считаются примерными и иллюстративными, а не ограничивающими объем. Согласно различным вариантам осуществления одна или более из описанных выше проблем были уменьшены или устранены, в то время как другие варианты осуществления направлены на другие различия.
Раскрытие изобретения
В общем, раскрыты устройство и соответствующий способ для использования совместно с бурильной колонной, которая является электропроводной и проходит от подземного дальнего конца, который включает в себя подземный инструмент, до буровой установки. В одном аспекте раскрытия в кожухе образован сквозной канал вдоль его длины, и кожух выполнен с возможностью закрепления в нем группы электрических изоляторов, окружающих этот сквозной канал, для формирования электрически изолирующего разрыва в бурильной колонне таким образом, что, в ответ на проталкивание бурильной колонны буровой установкой и на вытягивание бурильной колонны буровой установкой, каждый изолятор из группы изоляторов подвергается воздействию не более чем силы сжатия. В кожухе выполнена полость кожуха для установки в ней электронного блока, имеющего сигнальный порт и выполненного с возможностью электрического соединения сигнального порта через электрически изолирующий разрыв.
В другом аспекте изобретения, раскрыты конструкция кожуха и соответствующий способ для использования, как часть подземного инструмента для установки передатчика, для передачи сигнала определения местоположения от подземного инструмента. В основном кожухе установлен передатчик в рабочем положении, который излучает сигнал определения местоположения. Крышка выполнена с возможностью съемной установки на кожухе таким образом, что, по меньшей мере, участок основного кожуха и участок крышки располагаются противоположно друг другу так, что они совместно определяют, по меньшей мере, один продолговатый паз, ведущий снаружи устройства кожуха к передатчику.
В еще одном, другом аспекте изобретения, раскрыты кожух и соответствующий способ для использования в качестве части подземного инструмента, для установки электронного блока, имеющего выходной кабель, для подачи выходного сигнала. Корпус кожуха выполнен электропроводным, и в нем выполнена полость для установки электронного блока таким образом, что электронный блок образует первое электрическое соединение с корпусом кожуха. Промежуточный кожух выполнен электропроводным и может быть установлен на одном конце корпуса кожуха для взаимодействия с корпусом кожуха так, что образуется электрически изолирующий зазор между промежуточным кожухом и корпусом кожуха, при поддержке кабеля так, что он проходит через зазор для электрического соединения с промежуточным кожухом так, что электронный блок электрически соединяется мостом через зазор.
Примерные варианты осуществления представлены на фигурах и на чертежах, ссылки на которые будут сделаны далее.
Предполагается, что раскрытые варианты осуществления и фигуры, являются скорее поясняющими, а не ограничительными.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана система, в которой используются подземный изолирующий кожух и соответствующий способ согласно варианту осуществления изобретения, схематичный вид сбоку;
на фиг. 2 – подземный кожух согласно варианту осуществления изобретения в собранном состоянии, схематичный вид в перспективе;
на фиг. 3 – подземный кожух на фиг. 2 в разобранном состоянии, схематичный вид в перспективе;
на фиг. 4 – подземный кожух на фиг. 2 в разобранном состоянии, другой схематичный вид в перспективе;
на фиг. 5 – подземный изолирующий кожух на фиг. 2 в собранном состоянии для иллюстрации элементов кожуха в собранном состоянии, схематичный вид сбоку с частичным разрезом;
на фиг. 6 увеличено показана часть изолирующего кожуха на фиг. 2, дополнительный вид сбоку с разрезом для иллюстрации дополнительных элементов его конструкции;
на фиг. 7 – подземный кожух на фиг. 2 в разобранном состоянии, схематичный вид в перспективе для иллюстрации дополнительных элементов и соответствующего электронного блока;
на фиг. 8 – блок-схема варианта подземного электронного блока, который выполнен с возможностью использования с вариантом подземного изолирующего кожуха согласно изобретению;
на фиг. 9 – блок-схема находящего вверху по стволу скважины варианта участка электронного блока, который выполнен с возможностью использования в буровой установке для двунаправленной связи с расположенным в скважине участком электронного блока через подземный изолирующий кожух в соответствии с изобретением и дополнительно включающий в себя вид-вставку, который иллюстрирует вариант выполнения повторителя и соответствующие электрические соединения, которые преобразуют участок электронного блока для использования находящегося в скважине повторителя;
на фиг. 10 – подземный кожух согласно другому варианту осуществления изобретения в собранном состоянии, схематичный вид в перспективе;
на фиг. 11 – подземный кожух на фиг. 10 в частично разобранном состоянии, схематичный вид в перспективе, иллюстрирующий дополнительные элементы;
на фиг. 12 – крышка, являющаяся частью подземного кожуха на фиг. 11, схематичный вид снизу в перспективе, иллюстрирующий элементы крышки.
Варианты осуществления изобретения
Последующее описание представлено для обеспечения возможности для специалиста в данной области техники осуществить и использовать изобретение, и оно представлено в контексте патентной заявки и требований к ней. Различные модификации для описанных вариантов осуществления будут понятны для специалиста в данной области техники, и общие принципы, описанные здесь, могут быть применены для других вариантов осуществления. Таким образом, изобретение не предназначено для ограничения представленными вариантами осуществления, но должно соответствовать наибольшему объему, который соответствует описанным здесь принципам и свойствам, включающим в себя модификации и эквиваленты, которые определены в формуле изобретения. Следует отметить, что чертежи представлены не в масштабе и являются схематичными по своей сути, таким образом, как считается, они в наилучшей степени поясняют свойства, представляющие интерес. Используемая в описании терминология может быть использована в отношении этих раскрытий, однако, эта терминология принята с целью способствования пониманию и не предназначена для ограничения.
На различных фигурах чертежей одинаковые элементы указаны одинаковыми ссылочными обозначениями. На фиг. 1 на виде сбоку схематично показан вариант системы горизонтально-направленного бурения, в общем, указанной ссылочным обозначением 10, выполненной в соответствии с изобретением. В то время как показанная система поясняет изобретение в пределах рамок системы горизонтально-направленного бурения и ее элементов для выполнения операции подземного бурения, изобретение в равной степени может быть применено в отношении других рабочих процедур, включающих в себя, но без ограничений, операции вертикального бурения, операции отвода для установки коммунального оборудования, операции по картографированию и т.п.
На фиг. 1 показана система 10, работающая в области 12. Система 10 включает в себя буровую установку 14, имеющую бурильную колонну 16, проходящую от нее до подземного инструмента 20. Бурильная колонна может проталкиваться в грунт для перемещения подземного инструмента 20, по меньшей мере, в общем, в направлении 22 вперед, обозначенном стрелкой. В то время как изобретение ограничено условиями использования бурильного инструмента, который схематично показан, как подземный инструмент и может называться таким образом, следует понимать, что описание относится к любому соответствующему виду подземного инструмента, включающему в себя, но без ограничений разбуривающий инструмент, инструмент отслеживания натяжения, предназначенный для использования во время операции отвода, в котором может быть установлено коммунальное оборудование или корпус, инструмент для картографирования, предназначенный для использования для отметки на карте буровой скважины, например, используя инерционный направляющий модуль, и отслеживания давления внутри скважины. Кроме того, согласно изобретению может быть использован изолирующий, работающий под землей или в земле кожух, который может быть вставлен в любое требуемое соединение в бурильной колонне, включая в себя место непосредственно позади подземного инструмента на подземном дальнем конце бурильной колонны. При работе бурильного инструмента обычно требуется выполнять отслеживание на основании перемещения бурильной колонны, в то время как в других операциях, таких как операция отвода, отслеживание может быть выполнено в ответ на вытягивание бурильной колонны.
Как показано на фиг. 1, бурильная колонна 16 частично представлена и сегментирована, как выполненная из множества съемно-прикрепляемых, отдельных участков буровой трубы, некоторые из которых обозначены как 1, 2, n-1 и n, имеющих длину участка или сегмента и толщину стенки. Участки буровой трубы могут быть названы взаимозаменяемо, как буровые штанги, имеющие длину штанги. Во время работы буровой установки один участок буровой трубы одновременно может быть добавлен к бурильной колонне и может проталкиваться под землю буровой установкой с использованием подвижной каретки 30 для перемещения подземного инструмента. Буровая установка 14 может включать в себя соответствующее отслеживающее устройство 32 для измерения перемещения бурильной колонны под землей, как описано, например, в патентном документе US 6035951.
Каждый участок буровой трубы образует сквозное отверстие 34 (одно из которых обозначено), проходящее между противоположными концами участка трубы. На участках буровой трубы могут быть установлены соединения, обычно называемые бурильными замками, таким образом, что каждый конец данного участка буровой трубы может по резьбе соединяться с примыкающим концом другого участка буровой трубы в бурильной колонне хорошо известным способом. После соединения участков буровой трубы так, что они составляют бурильную колонну, сквозные отверстия соседних участков буровой трубы выравнивают для формирования общего прохода 36, который обозначен стрелкой. Проход 36 может обеспечить возможность подачи под давлением потока промывочной жидкости или бурового раствора, в соответствии с направлением стрелки, от буровой установки до буровой головки или до других подземных инструментов, как будет дополнительно описано далее.
Местоположение бурильного инструмента в пределах области 12, а также подземный путь, по которому следует бурильный инструмент, могут быть установлены и могут отображаться в буровой установке 14, например, на консоли 42 с использованием дисплея 44. Консоль может включать в себя устройство 46 для обработки и устройство 47 исполнительного механизма управления. В некоторых вариантах осуществления могут быть автоматизированы управление и отслеживание рабочих параметров.
Бурильный инструмент 20 может включать в себя бурильную головку 50, имеющую наклоненную под углом поверхность для использования при управлении на основе угла крена. Таким образом, бурильная головка при ее проталкивании вперед без вращения, в общем, будет отклоняться на основе угла крена ее расположенной под углом поверхности. С другой стороны, может быть обеспечено перемещение буровой головки, в общем, по прямой линии, при вращении бурильной колонны и ее проталкивании, как обозначено двунаправленной стрелкой 51. Конечно, предполагается прогнозируемое управление при соответствующем состоянии почвы. Следует отметить, что указанная выше буровая жидкость может поступать, как струи 52, под высоким давлением для того, чтобы пробивать грунт непосредственно перед буровой головкой, а также для обеспечения охлаждения и смазки буровой головки. Бурильный инструмент 20 включает в себя подземный кожух 54, в который устанавливают электронный блок 56. Подземный кожух выполнен с возможностью обеспечения потока буровой жидкости к буровой головке 50 через электронный блок. Например, электронный блок может включать в себя конструкцию цилиндрического кожуха, который удерживается в центре, внутри кожуха 54. Бурильная головка 50 может включать в себя муфту с наружной резьбой, которая установлена в муфту с внутренней резьбой подземного кожуха 54. Противоположный конец подземного кожуха может включать в себя муфту с внутренней резьбой, в которую устанавливают муфту с наружной резьбой подземного дальнего конца бурильной колонны 16. Согласно изобретению бурильный инструмент можно рассматривать, как часть бурильной колонны, для определения наиболее удаленного подземного конца бурильной колонны. Следует отметить, что муфты с внутренней и наружной резьбой бурильной головки и подземного кожуха могут представлять собой такие же замковые соединения, которые используют на участках буровой трубы бурильной колонны, что способствует съемному соединению участков буровой трубы друг с другом при формировании бурильной колонны. Конечно, муфты на концах подземного кожуха могут быть легко заменены так, чтобы они соответствовали определенным потребностям. Подземный электронный блок 56 может включать в себя приемопередатчик 64 бурильной колонны и приемопередатчик 65 определения местоположения. Дополнительные детали в отношении приемопередатчика бурильной колонны будут раскрыты далее. Приемопередатчик 65 определения местоположения согласно некоторым вариантам осуществления может передавать сигнал 66, проникающий через землю, такой как, например, дипольный сигнал определения местоположения, и может принимать электромагнитный сигнал, который генерируется другими подземными элементами, как будет описано далее. Согласно другим вариантам осуществления приемопередатчик 65 может быть заменен передатчиком или может не потребоваться. Согласно еще другим вариантам осуществления приемопередатчик 65 может быть выполнен с возможностью приема магнитного сигнала определения местоположения, который передают из места на поверхности земли, используя магнитометры, с целью определения магнитного поля, как дополнительно будет описано далее. В представленном примере предполагается, что электромагнитный сигнал 66 представляет собой сигнал определения местоположения в форме дипольного сигнала, с целью описания. В соответствии с этим, электромагнитный сигнал 66 может называться сигналом определения местоположения. Следует понимать, что электромагнитный сигнал определения местоположения может быть модулирован, как любой другой электромагнитный сигнал, и что данные модуляции после этого могут быть восстановлены из сигнала. Функция определения местоположения сигнала, скорее, может зависеть, по меньшей мере, частично, от формы характеристики поля потока и его силы сигнала, чем от возможности переноса модуляции. Таким образом, модуляция не требуется. Информация в отношении определенных параметров бурильного инструмента, такая как, например, раскачивание и крен (параметры ориентации), температура, давление буровой жидкости и кольцевое давление, окружающее бурильный инструмент, могут быть измерены соответствующим датчиком 68, расположенным внутри бурильного инструмента, который может включать в себя, например, датчик раскачивания, датчик крена, датчик температуры, датчик поля переменного тока для определения близости линий электропередачи с частотой 50/60 Гц и любые другие датчики, которые описаны, такие как, например, датчик магнитного поля постоянного тока для определения ориентации отклонения от курса (трехосевой магнитометр и/или магнитный сигнал определения местоположения, с трехосевыми акселерометрами для формирования электронного компаса, взаимодействующего с магнитометром для измерения ориентации курса) и один или более датчиков давления. Приемопередатчик 64 бурильной колонны может включать в себя процессор, который соединяют через интерфейс, в соответствии с необходимостью, с датчиком 68 и с приемопередатчиком 65 определения местоположения. В некоторых вариантах осуществления один или более акселерометров могут быть использованы для измерения параметров ориентации, таких как ориентация раскачивания и крена. Батарея (не показана) может быть обеспечена в кожухе для обеспечения электропитания.
Портативный локатор 80 может быть использован для обнаружения электромагнитного сигнала 66. Один из соответствующего и в значительной степени усовершенствованного портативного локатора описан в патентном документе US 6496008. Как указанно выше, изобретение применимо для различных подземных операций и не предназначено для ограничения, хотя рамки горизонтально-направленного бурения использованы с целью описания. Как описано выше, электромагнитный сигнал 66 может переносить информацию, включающую в себя параметры ориентации, такие как, например, раскачка и крен. Другая информация также может быть перенесена электромагнитным сигналом. Такая информация может включать в себя, например, такие параметры, которые могут измеряться вблизи или внутри бурильного инструмента, включая в себя температуру, давление и напряжение, такое как напряжение батареи или источника питания. Локатор 80 включает в себя электронный блок 82. Следует отметить, что электронный блок подключен через интерфейс для обмена электрическими сигналами с различными элементами локатора и может выполнять обработку данных. Информация, представляющая интерес, может быть модулирована на электромагнитном сигнале 66 любым соответствующим образом и может быть передана в локатор 80 и/или в антенну 84 на буровой установке, хотя это не обязательно. Любая соответствующая форма модуляции может быть использована, либо доступная в настоящее время, или которая будет разработана. Примеры доступных в настоящее время и соответствующих типов модуляции включают в себя амплитудную модуляцию, частотную модуляцию, фазовую модуляцию и их варианты. Любой параметр, представляющий интерес в отношении бурения, такой как, например, раскачивание, может отображаться на дисплее 44 и/или на дисплее 86 локатора 80, который был получен из сигнала определения местоположения. Локатор 80 может передавать сигнал 92 телеметрии. Буровая установка 14 может передавать сигнал 98 телеметрии, который может быть принят локатором 80. Элементы телеметрии обеспечивают двунаправленную передачу сигналов между буровой установкой и локатором 80. В качестве одного примера таких сигналов, на основе состояния, обеспечиваемого отслеживающим элементом 32 буровой установки, буровая установка может передавать указание такое, что бурильная колонна находится в неподвижном состоянии, поскольку участок буровой трубы добавляют к или снимают с бурильной колонны.
Также, со ссылкой на фиг. 1, электрические соединения 100a и 100b могут проходить от подземного электронного блока 56, как будет дополнительно описано далее. Через эти электрические соединения любое измеренное значение или параметр, относящийся к работе подземного инструмента, могут быть электрически переданы из электронного блока. Для специалиста в данной области техники будет понятно, что то, что обычно называют «провод-в-трубе» можно использовать для двунаправленной передачи сигналов между буровой установкой и подземным инструментом, в котором одно из электрических соединений содержит изолированный электрический проводник, который проходит вверх по внутреннему каналу 36 бурильной колонны до буровой установки и другое электрическое соединение обеспечивается непосредственно по электропроводной бурильной колонне. Термин «провод-в-трубе» относится к такому электрическому проводнику, который обычно расположен внутри прохода. В соответствии с изобретением, однако, электрические соединения 100a и 100b сформированы так, что они образуют мост через электрически изолирующий зазор 104, который сформирован кожухом 54, как будет дополнительно описано далее. Следует отметить, что такие электрические соединения могут называться совместно сигнальным портом, который взаимосвязан с электронным блоком. В различных вариантах осуществления сигнальный порт может быть выполнен с возможностью однонаправленной или двунаправленной передачи данных.
Далее внимание будет направлено на фиг. 2 совместно с фиг. 1. На фиг. 2 схематично показан на виде в перспективе, который поясняет вариант выполнения кожуха 54 в его собранной состоянии. Узел включает в себя основной кожух 200, который имеет муфту 210 с внутренней резьбой, в которую устанавливается бурильная головка 50. Промежуточный кожух 220 может образовывать муфту 222 с внутренней резьбой. Как описано выше, такие муфты могут соответствовать противоположным муфтам на участках буровой трубы, которые составляют бурильную колонну 16 таким образом, что подземный кожух 54 может быть вставлен в любое требуемое соединение в бурильной колонне. Подземный кожух обеспечивает электрически изолирующий разрыв 104 между основным кожухом 200 и промежуточным кожухом 220. В некоторых вариантах осуществления забойный двигатель может быть прикреплен к кожуху 54. В таком варианте осуществления на противоположной стороне забойного двигателя может удерживаться скважинный кривой переводник, на котором установлена бурильная головка. Забойный двигатель может вращать кривой переводник и бурильную головку, как хорошо известно, при подаче давления бурильной жидкости, без необходимости вращения бурильной колонны.
Далее внимание будет направлено на фиг. 3 и 4 совместно с фиг. 2.
На фиг. 3 схематично в разобранном состоянии показан на виде в перспективе подземный кожух 54 со стороны конца муфты 210 с внутренней резьбой, в то время как на фиг. 4 схематично в разобранном состоянии показан на виде в перспективе с конца муфты 222 с внутренней резьбой. Следует понимать, что резьба показана только схематично, если показана вообще, на муфтах с внешней и внутренней резьбой на различных фигурах, а также на других элементах, но следует понимать, что резьба присутствует, и такие резьбовые соединения хорошо известны. Основной кожух 200 образует внутреннюю полость для установки электронного блока 56. Крышка 228 может быть установлена на основной кожух при предварительной вставке язычка 232 с последующим закреплением крышки, используя штифт 236. Первоначально штифт может быть закреплен на крышке путем вставки штифта в крышку через удерживающий зажим 240. Последний может быть установлен в кольцевую канавку 238 таким образом, что штифт может удерживаться в крышке, когда крышку отсоединяют от основного кожуха 200. В штифте 236 сформирован кольцевой канал 242 с уменьшенным диаметром таким образом, что вальцованный штифт 244 может быть вставлен в отверстие 246, выполненное в основном кожухе, и может устанавливаться в кольцевом канале 242 для удержания крышки 228 в установленном положении, как будет понятно из следующей фигуры. После установки крышки, электронный блок 56 захватывается между кожухом и крышкой. Паз 248 может быть сформирован в крышке с дополнительными пазами 250, сформированными в основном кожухе 200, с целью обеспечения возможности излучения сигнала 66 определения местоположения по фиг. 1, а также для обеспечения возможности определения датчиком давления электронного блока давления в кольцевой области, окружающей буровую скважину.
Также, как показано на фиг. 3 и 4, продолжение 252 основного кожуха проходит из и может быть сформировано, как единая деталь с основным кожухом 200. Как показано на фиг. 4, продолжение основного кожуха образует входное отверстие 256. Внутренняя резьба продолжения основного кожуха выполнена для установки резьбового конца 260 основного сборочного болта 264. В собранном состоянии множество предварительно нагруженных болтов 268 может быть использовано для приложения силы сжатия предварительной нагрузки к множеству электрически изолирующих электрических изоляторов 272 таким образом, как будет описано далее. Согласно другим вариантам осуществления вместо основного сборочного болта может быть использован вал. Свободный конец такого вала может быть выполнен с резьбой, на которую навинчивают гайки, вместо предварительно нагруженных болтов 268. Гайка может быть отрегулирована так, чтобы она прикладывала предварительную нагрузку. Такой вал может быть сформирован, как единая деталь с основным кожухом 200, или может быть выполнен с возможностью резьбового соединения с продолжением 252 основного кожуха. В варианте осуществления электрические изоляторы представляют собой керамические элементы. В то время как керамические элементы могут быть выполнены с приданием им любой соответствующей формы, сферические керамические изоляторы были определены, как удобные для использования. Другие соответствующие формы будут описаны далее. Основной кожух, промежуточный кожух, крышка, основной сборочный болт и другие соответствующие элементы, в общем, могут быть выполнены из соответствующих высокопрочных материалов, таких как, например, 4340, 4140, 4142, а также 15-15HS или Монель K500 (в котором последние два представляют собой немагнитные сплавы высокой прочности), поскольку эти элементы подвергаются воздействию потенциально неблагоприятной среды в скважине, а также относительно большим силовым нагрузкам во время работы под землей. Выбор материала может быть основан, по меньшей мере, частично, на рабочих характеристиках типичных участков буровой трубы. Промежуточный цилиндр 278 может устанавливаться на продолжение 252 основного кожуха с изолирующим диском 282, который примыкает к торцевой поверхности продолжения основного кожуха.
Далее внимание будет направлено на фиг. 5 и 6, совместно с фиг. 2 – 4.
На фиг. 5 схематично показан на виде с сбоку с частичным разрезом подземный кожух 54 в собранном состоянии, в котором установлен электронный блок 56, в то время как на фиг. 6 показана часть одного конца 300 подземного кожуха на дополнительном увеличенном схематичном виде сбоку в собранном состоянии с частичным разрезом. Как можно видеть на фиг. 5 и 6, промежуточный кожух 220 включает в себя внутренний фланец 310. Когда промежуточный кожух установлен на продолжение 252, изолирующий диск 282 захватывается между одной поверхностью внутреннего фланца 310 и торцевой поверхностью продолжения, в то время как промежуточный цилиндр 278 расположен между боковой стенкой продолжения и внутренней боковой стенкой промежуточного кожуха. Одновременно, кольцевой промежуточный диск 314 сформирован с отверстиями, которые выполнены с возможностью установки в них изоляторов 272 большего диаметра таким образом, что каждый изолятор частично устанавливается в полусферическую (то есть, в участок сферической формы) выемку 318 (фиг. 4), сформированную торцевой стороной 322 основного кожуха 200 и частично устанавливается в полусферическую выемку 326 (фиг. 3), сформированную в торцевой стороне 330 промежуточного кожуха 220. Основной сборочный болт 264 образует канал 334 (фиг. 3 и 4), в который устанавливают разделенную изолирующую втулку 338. Когда последняя находится на месте, основной сборочный болт устанавливают через первые и вторые изолирующие или упорные кольца 340 и 342, соответственно, с тем, чтобы соединить их по резьбе с продолжением 252. Внешняя поверхность разделенной изолирующей втулки 338 устанавливается противоположно внутренней поверхности фланца 310. Внешняя изолирующая втулка 350 устанавливается так, что она окружает головку основного сборочного болта и проходит до фланца 310 снаружи от изолирующих колец 340 и 342. Когда основной сборочный болт 264 установлен, предварительно нагруженные болты 268 могут быть завинчены так, чтобы они прикладывали сжимающую предварительную нагрузку к изоляторам 272. Сила предварительной нагрузки может быть основана на многих факторах, включающих в себя, но без ограничений, тип материала, из которого сформированы изоляторы, форма изоляторов, ожидаемые нагрузки, с которыми можно столкнуться во время работы под землей. Сила предварительной нагрузки должна быть достаточно большой, таким образом, чтобы сила вытягивания буровой установки, изгиб бурильной колонны или любая их комбинация не привели к смещению одного или более изоляторов. После приложения силы предварительной нагрузки входная воронка 360 может быть вставлена в муфту 222 таким образом, что сквозное отверстие 364 продолжается через узел до сквозного канала 368, который сформирован в основном кожухе 200, и приводит к противоположной муфте 210 с внутренней резьбой таким образом, что буровая жидкость может протекать через узел, и может выбрасываться из буровой головки 50 в виде струй 52 (фиг. 1) или через некоторый другой подземный инструмент, для которого требуется подача жидкости. Входная воронка может удерживаться в установленном положении, например, с использованием уплотнительного кольца 370, которое установлено в периферийную канавку входной воронки, а взаимодействующая канавка сформирована в промежуточном кожухе 220. Различные электрически изолирующие элементы, включающие в себя разделенную изолирующую втулку 338, первое упорное кольцо 340, второе изолирующее кольцо 342, промежуточный цилиндр 278, изолирующий диск 282, кольцевой промежуточный диск 314, внешнюю изолирующую втулку 350 и входную воронку 360, могут быть выполнены из любых соответствующих материалов, включающих в себя, но без ограничений, материалы, перечень которых раскрыт непосредственно далее. Первые и вторые упорные кольца могут быть выполнены, например, из TTZ (тетрагонально упрочненного циркония). Каждый из промежуточного цилиндра 278, изолирующего диска 282, кольцевого промежуточного диска 314 и внешней изолирующей втулки 350 могут быть выполнены, например, из PVC (поливинилхлорида), PEEK (полиэфирэфиркетона) или ацетала. Входная воронка 360 может быть выполнена, например, из UHMW (полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом) или резины.
Со ссылкой на фиг. 5 – 7, внимание теперь будет направлено на элементы, относящиеся к установке электронного блока 56 таким образом, что электрические соединения формируют между электронным модулем и компонентами кожуха. На фиг. 7 схематично показано покомпонентное представление элементов на виде в перспективе, иллюстрирующее основной кожух 200, электронный модуль 56, соответствующие элементы электрического соединения и особенности. Как лучше всего показано на фиг. 7, электронный блок может включать в себя продолговатый цилиндрический корпус 400, имеющий первый и второй хвостовые упоры 404 и 408, расположенные на каждом конце из первого и второго концов, соответственно, корпуса. Уплотнительное кольцо 410 может поддерживать корпус в промежуточном положении. На первом конце корпуса 400 может быть установлена электропроводная торцевая крышка 412, которая электрически взаимодействует, например, с отрицательным выводом/клеммой питания внутренней цепи блока. Следует отметить, что такая торцевая крышка может выполнять функцию одного конечного вывода электрического соединения 100b на фиг. 1. Кабель 420 проходит от первого хвостового упора 404 и включает в себя электрически изолирующую оболочку, окружающую электрический проводник 424, по которому двунаправленно передают информацию между электронным блоком и буровой установкой. Следует отметить, что электрический проводник 424 может быть использован для формирования электрического соединения 100a на фиг. 1. Указательная шпонка 428, например, может быть запрессована, для удержания хвостового упора 404 в требуемом положении на торцевой крышке 412. Контактные пружины 432 могут быть установлены в отверстия, которые выполнены в хвостовом упоре 404, для электрического соединения с торцевой крышкой 412. Свободные концы контактных пружин формируют локальное электрическое соединение с основным кожухом 200, замыкая, таким образом, электрическое соединение 100b на фиг. 1 после окончательной установки электронного блока. Перед такой окончательной установкой, однако, кабель 420 пропускают через канал 444 (фиг. 6), так, что он пересекает отверстие 448 (фиг. 3) так, что кабель проходит через изолятор 452 контакта с электронным блоком в установленном положении. Следует отметить, что канал 444 может заканчиваться заглушкой 454, которая может быть установлена на резьбе в продолжении 252. Пробивной штифт 460, пружина 464 смещения, заглушка 470 и уплотнительное кольцо 472 установлены через выровненные отверстия, которые выполнены в промежуточном кожухе 220 и в промежуточном цилиндре 278 таким образом, что пробивной штифт входит в контакт с кабелем 420 внутри изолятора 452 контакта. Заглушка 470 может быть ввинчена по резьбе в промежуточный кожух 220 таким образом, что ввинчивание заглушки приводит к тому, что электропроводный штифт пробивает оболочку кабеля и формирует электрическое соединение с проводником 424. Пружина 464 находится в электрическом контакте с пробивным штифтом, который сам по себе находится в электрическом контакте с заглушкой 470. Поскольку последний находится в электрическом контакте с промежуточным кожухом 220, электрическое соединение сформировано так, что замыкается электрическое соединение 100a на фиг. 1 между промежуточным кожухом и проводником 424 так, что электрический сигнал, передаваемый по кабелю, может быть подключен к промежуточному кожуху и, в результате, к электропроводной бурильной колонне, ведущей к буровой установке или, наоборот, сигнал от буровой установки по бурильной колонне может быть передан на кабель и, таким образом, в электронный блок.
После подробного описания представленной выше конструкции подземного кожуха 54 внимание теперь будет направлено на детали, относящиеся к аспектам его работы. Во время установки предварительно нагруженные болты 268 могут быть завинчены до существенного значения крутящего момента, такого как, например, 2500 фунтофутов, для приложения силы сжатия к изоляторам 272 таким образом, что сжимающая предварительная нагрузка прикладывается ко всем изоляторам. Другими словами, сжимающая предварительная нагрузка стремится растянуть основной сборочный болт 264 в ответ на сжатие изоляторов между основным кожухом 200 и промежуточным кожухом 220. Величина силы сжатия, действующая на отдельный один из электрических изоляторов, может быть основана на величине отвода и/или осевого усилия (проталкивания и/или вытягивания), которую данная буровая установка может генерировать. Настоящий вариант выполнения выполнен с возможностью противостоять 100 000 фунтам силы проталкивания или отвода с приложением крутящего момента 12 000 фунтофутов со стороны буровой установки.
На фиг. 6 сила 500 проталкивания показана стрелкой. Когда на промежуточный кожух 220 воздействует такая сила проталкивания/вытягивания со стороны участка, находящегося в верхней части бурильной колонны, промежуточный кожух передает силу проталкивания на основной кожух 200 непосредственно через изоляторы 272. Изоляторы подвергаются только усилению сжатия, которое превышает сжатие предварительной нагрузки, в соответствии с силой проталкивания. В отличие от этого, когда на промежуточный кожух воздействует сила проталкивания/отвода со стороны бурильной колонны, внутренний фланец 310 движется в направлении головки основного сборочного болта 264, для приложения силы отвода к головке основного сборочного болта через изолирующие кольца 340 и 342, а также через предварительно нагруженные болты 268. Основной сборочный болт, в свою очередь, прикладывает силу отвода непосредственно к продолжению 252 основного кожуха 200 таким образом, что основной кожух вытягивается в ответ на силу отвода. И снова, изоляторы подвергаются только усилению сжатия, в соответствии с силой отвода.
Следует понимать, что изоляторы 272 могут подвергаться очень высоким нагрузкам сжатия во время работы под землей, однако, изоляторы подвергаются воздействию не более, чем сжатия, в соответствии с протягиванием и/или отводом бурильной колонны со стороны буровой установки. Изгибающая нагрузка прикладывается к изоляторам только в ответ на вращение бурильной колонны. В этом отношении, однако, было определено, что такая изгибающая нагрузка существенно ниже, чем нагрузка сжатия. Однако, необходим соответствующий материал, который выдерживал бы такое сжатие. Соответствующие материалы могут включать в себя керамические материалы, которые либо доступны в настоящее время или будут разработаны. В качестве неограничительного примера соответствующие материалы включают в себя нитрид кремния и цирконий, усиленный преобразованием. Выполненное эмпирическое тестирование показало, что конструкция только из трех электрических сферических изоляторов из нитрида кремния позволяет противостоять трехкратному номинальному крутящему моменту, типично воздействующему на участок буровой трубы. В других вариантах осуществления изоляторы 272 могут включать в себя периферийный профиль, который может быть другим, а не сферическим. В таких вариантах осуществления выемки, в которые устанавливают электрические изоляторы, могут включать в себя взаимодополняющую форму. В качестве неограничительного примера другие соответствующие формы могут содержать широкий диапазон геометрических форм, включающих в себя, но без ограничения, продолговатую форму, такую как цилиндрическая и орто-прямоугольная. Кроме того, компоновка и/или общее количество электрических изоляторов могут быть изменены любым соответствующим образом. В отношении компоновки, например, могут быть обеспечены концентрические кольца электрических изоляторов.
На фиг. 8 показана блок-схема, которая дополнительно подробно иллюстрирует вариант осуществления электронного модуля 56. Электронный модуль может включать в себя подземный цифровой сигнальный процессор 510, который может способствовать выполнению всех функций приемопередатчика 64 по фиг. 1. Датчик 68 электрически соединен с цифровым сигнальным процессором 510 через аналого-цифровой преобразователь (ADC) 512. Любая соответствующая комбинация датчиков может быть выполнена для данного варианта применения и может быть выбрана, например, из акселерометра 520, магнитометра 522, датчика 524 температуры и датчика 526 давления, который может измерять давление буровой жидкости перед ее выбросом из бурильной колонны и/или в пределах кольцевой области, окружающей находящийся внутри скважины участок бурильной колонны. Подземный кожух 54, схематично показанный как формирующий электрически изолирующий разрыв 104, разделяющий находящийся выше по стволу скважины участок 527a бурильной колонны от находящегося ниже в скважине участка 527b бурильной колонны для использования в одном или обоих из режима передачи, в котором данные передают, подключаясь к бурильной колонне, и режима приема, в котором данные принимают из бурильной колонны. Подземный участок 527b может содержать бурильную головку или любой другой соответствующий тип подземного инструмента, такой как, например, разбуривающий инструмент, предназначенный для использования при операции отвода с устройством отслеживания натяжения или инструмент для картографирования. В некоторых случаях, находящийся внутри скважины участок может включать в себя один или более участков буровой трубы или другие находящиеся под землей участки между подземным кожухом 54 и подземным инструментом. Электронные блоки соединены через электрически изолирующий/изоляционный разрыв, образованный изолятором посредством первого вывода 528a и второго вывода 528b, которые совместно могут быть указаны ссылочным обозначением 528. Для режима передачи используют блок 530 антенного возбудителя, который электрически подсоединен между подземным цифровым сигнальным процессором 510 и выводом 528 для непосредственного возбуждения бурильной колонны. В общем, данные, которые могут быть переданы через бурильную колонну, могут быть модулированы, используя частоту, которая отличается от любой частоты, которая используется для возбуждения дипольной антенны 540, которая может излучать описанный выше сигнал 66 (фиг. 1), для того, чтобы исключать помехи. Когда антенный возбудитель 530 выключен, переключатель (SW) 550 включения/выключения (может избирательно подключать выводы 528 к полосовому фильтру (BPF) 552, центральная частота которого соответствует центральной частоте сигнала данных, принимаемого из бурильной колонны. BPF 552, в свою очередь, соединен с аналого-цифровым преобразователем (ADC) 554, который сам по себе соединен с блоком 510 обработки цифровых сигналов. Восстановление модулированных данных в блоке обработки цифровых сигналов может быть непосредственно установлено специалистом в данной области техники, с учетом используемой конкретной формы модуляции.
Также, как показано на фиг. 8, дипольная антенна 540 может быть соединена для использования в одном или обоих из режима передачи, в котором сигнал 66 передают в окружающую землю, и режима приема, в котором принимают электромагнитный сигнал, такой как, например, сигнал от подземного инструмента отслеживания натяжения. Для режима передачи используют блок 560 антенного возбудителя, который электрически подсоединен между подземным цифровым сигнальным процессором 510 и дипольной антенной 540 для возбуждения антенны. И снова, частота сигнала 66, в общем, будет в достаточной степени отличной от частоты сигнала бурильной колонны для исключения взаимной помехи между ними. Когда антенный возбудитель 560 отключен, переключатель (SW) 570 включения/выключения может избирательно соединять дипольную антенну 540 с полосовым фильтром (BPF) 572, центральная частота которого соответствует центральной частоте сигнала данных, который принимают от дипольной антенны. BPF 572, в свою очередь, соединен с аналого-цифровым преобразователем (ADC) 574, который сам по себе соединен с блоком 510 обработки цифрового сигнала. Электронная схема приемопередатчика для блока обработки цифровых сигналов может быть легко выполнена согласно многим соответствующим вариантам осуществления специалистом в данной области техники, с учетом, в частности, используемой формы или форм модуляции и с учетом этого общего раскрытия. Конструкция, показанная на фиг. 8, может быть модифицирована любым соответствующим образом при обращении к данному описанию.
Ссылаясь на фиг. 1 и 9, на последней показана блок-схема элементов, которые могут составлять вариант выполнения указанной выше конструкции приемопередатчика, в общем, указанной ссылочным обозначением 600, которая соединена с бурильной колонной 16. Находящийся на поверхности земли трансформатор 602 тока установлен, например, на буровой установке 14 для соединения и/или восстановления сигналов, подаваемых в и/или принимаемых из бурильной колонны 16. Трансформатор 602 тока может быть электрически подключен для использования в одном или обоих из режима передачи, в котором данные модулируют на бурильную колонну, и режима приема, в котором модулированные данные восстанавливают из бурильной колонны. Электронный блок 606 приемопередатчика соединен с трансформатором тока и может получать питание от буровой установки. Для режима передачи используют блок 610 антенного возбудителя, который электрически подсоединен между находящимся на поверхности земли цифровым сигнальным процессором 620 и трансформатором 602 тока для возбуждения трансформатора тока. Данные, которые могут быть соединены с бурильной колонной, могут быть модулированы, используя частоту, которая отличается от частоты, используемой для возбуждения дипольной антенны 540 в подземном кожухе 54 (фиг. 1), для того, чтобы исключить взаимные помехи, а также для того, чтобы частота отличалась от частоты, на которой подземный кожух 54 (фиг. 8) возбуждает сигнал в подземном конце бурильной колонны. Когда антенный возбудитель 610 выключен, переключатель (SW) 620 включения/выключения может избирательно соединять трансформатор 602 тока с полосовым фильтром (BPF) 622, имеющим центральную частоту, которая соответствует центральной частоте сигнала данных, который принимают из бурильной колонны. BPF 622, в свою очередь, соединен с аналого-цифровым преобразователем (ADC) 630, который сам по себе соединен с блоком 632 обработки цифровых сигналов. Следует понимать, что блок 632 обработки цифровых сигналов и соответствующие компоненты могут формировать часть устройства 46 обработки (показано с использованием пунктирной линии) буровой установки или может быть соединен с ним через соответствующий интерфейс 634. Приемопередатчик 606 может передавать команды в подземный инструмент с различной целью, такой как, например, управление мощностью передачи, выбор частоты модуляции, изменение формата данных (например, понижение скорости передачи данных, для увеличения дальности декодирования), и т.п. Электронные блоки приемопередатчика для блока обработки цифровых сигналов могут быть непосредственно разработаны во множестве соответствующих вариантов осуществления специалистом в данной области техники с учетом конкретной формы или форм модуляции, используемой с учетом данного общего раскрытия.
Также, как представлено на фиг. 1 и 9, в варианте осуществления повторителя, другая конструкция 640 подземного кожуха (показана в виде пунктирного прямоугольника) может заменять трансформатор 602 тока вместе с другим вариантом подземного кожуха 54. Конструкция 640 может включать в себя любой соответствующий вариант подземного кожуха. В последнем, в такой конструкции, установлен приемопередатчик 606, и он вставлен, как модуль, в одно из соединений бурильной колонны, и используется в качестве повторителя на расстоянии, например, 1000 футов от подземного инструмента. Таким образом, участок 527a’ бурильной колонны может быть соединен с повторителем буровой установки, в то время как участок 527b’ бурильной колонны используют, как промежуточный участок бурильной колонны, ведущий к подземному кожуху 54 подземного инструмента. Блок повторителя может быть вставлен, например, в соединение, сформированное между участками 1 и 2 буровой трубы на фиг. 1. Подземный кожух, при использовании в качестве повторителя, может включать в себя муфту с внутренней резьбой на одном конце и муфту с внешней резьбой на противоположном конце. Конечно, для специалиста в данной области техники будет понятно, что адаптеры бурильного замка хорошо известны и легкодоступны. Для исключения помехи для сигналов и в качестве неограничительного примера, повторитель может принимать сигнал, поступающий от подземного инструмента или другого повторителя на одной несущей частоте, и электронные схемы повторителя могут передавать этот сигнал вверх по бурильной колонне на другой несущей частоте, чтобы сделать эти сигналы отличными друг от друга. В качестве другого примера, соответствующая модуляция может быть использована, чтобы сделать сигналы различимыми. Таким образом, электронные блоки повторителя могут быть установлены любым соответствующим образом с возможностью электрической связи с сигнальным соединительным устройством изолятора для получения сигнала повторителя на основе принимаемого сигнала данных, но который отличим от принимаемого сигнала данных.
Далее внимание будет направлено на фиг. 10 – 12. На первой представлен подземный кожух на схематичном виде в перспективе, в собранном состоянии, согласно другому варианту осуществления изобретения, в общем, указанный ссылочным обозначением 54’. На фиг. 11 схематично показан кожух 54’ в частично разобранном виде. В той степени, в которой в кожухе 54’ использованы те же конструктивные особенности, как и у описанного кожуха 54, описание одинаковых особенностей и элементов может не повторяться для краткости. На фиг. 12 схематично на виде снизу в перспективе показана измененная крышка 228’. Последняя продолжается так, что в ней образован паз 244, однако, крышка расширена наружу, по меньшей мере, в общем, в области паза 244. Таким образом, сформированы противоположные расширения 700, каждое из которых включает в себя в продольную кромку 706, как часть конфигурации периферийной кромки крышки. Каждое расширение образует поверхность 708. В крышке образована полость 710 крышки для, по меньшей мере, частичной установки в нее электронного модуля 56, когда крышка установлена. В это же время, в измененном основном кожухе 200’ образована опорная канавка 712, которая может быть сформирована в пределах нижней части 714 таким образом, что в удерживающей канавке устанавливают электронный блок 56. По контуру нижней части 714 сформирована внешняя кромка 720 в месте пересечения с цилиндрической конструкцией основного корпуса 200’. Когда крышка 228’ установлена на основной кожух 200’, противоположные пазы 730 (один из которых можно видеть) образуются напротив между каждой поверхностью 708 крышки и нижней частью 714 так, что каждая продольная кромка 706 расположена напротив одной из внешних кромок 720 на входе каждого из пазов 730.
Пазы 730 использую так же, как и ранее описанные пазы 250 с целью улучшения излучения сигнала определения местоположения путем ограничения вихревых токов, которые, в противном случае, могли бы протекать между крышкой и основным корпусом. Пазы 730 могут иметь любую соответствующую ширину, включая достаточно большую ширину для предотвращения протекания вихревых токов. В то время, как пазы 730 показаны, как линейные или прямые по конфигурации, следует понимать, что это не обязательно. В некоторых вариантах осуществления концы пазов могут быть дополнительно расширены приблизительно, по меньшей мере, на изогнутом противоположном участке между основным кожухом и крышкой. Понятно в этом отношении, что прорезание пазов или канавок в толстой, высокопрочной стали является нетривиальной задачей и может существенно увеличивать общие затраты при производстве подземного кожуха.
На фиг. 11 и 12 измененный штифт 236’ может быть прочно закреплен на крышке 228’, например, посредством сварки. Штифт 236 может быть сформирован любым соответствующим способом, включая формирование, как единой детали с крышкой. В этом варианте в штифте 236’ сформировано сквозное отверстие 736 для установки вальцованного штифта 244 после установки крышки на кожухе. После установки крышки, электронный блок 56 захватывается между кожухом и крышкой.
Представленное выше описание не предназначено для ограничения в отношении конкретных форм и/или свойств подземных кожухов, которые использовались с целью формирования электрически изолирующего разрыва или зазора в бурильной колонне. В этом отношении, любые соответствующие изменения для формирования электрически изолирующего зазора в бурильной колонне, рассматриваются, как находящиеся в пределах объема изобретения, если только изобретение, которое было представлено, будет применено на практике. В соответствии с этим, были представлены варианты осуществления подземного кожуха, которые, в любой из их различных форм, способствуют передаче данных, используя бурильную колонну в качестве электрического проводника, при поддержании надежных механических рабочих характеристик, которые соответствуют или даже могут превосходить рабочие характеристики самих буровых штанг, которые составляют бурильную колонну. Предполагается, что такой подземный кожух, соответствующие элементы и способы не были известны до сих пор. Предполагается, что изобретение устраняет ограничения подходов предшествующего уровня техники, в которых делается попытка обеспечить электрически изолирующий разрыв в бурильной колонне, путем ввода того, что фактически представляет собой ослабленное кольцевое соединение, которое сформировано с использованием электрического изолятора, на которое, тем не менее, воздействует полная рабочая нагрузка, или других подходов предшествующего уровня техники, в которых пытаются использовать относительно тонкие слои изолирующего/диэлектрического материла, работоспособность которых нарушается из-за износа.
Представленное выше описание изобретения составлено с целью пояснения и раскрытие. Например, согласно другому варианту осуществления, подземный электронный блок и подземный кожух могут быть выполнены с возможностью приема сигнала определения местоположения, вместо передачи сигнала определения местоположения. В таком варианте осуществления сигнал определения местоположения может представлять собой магнитное дипольное поле, которое излучается постоянным магнитом, вращающимся вокруг оси вращения, которая поперечна оси, проходящей через северный и южный полюсы магнита. Вращающееся магнитное поле может быть принято магнитометрами, используемыми в качестве датчиков, которые формируют часть электронного блока. С целью приема магнитного сигнала, подземный кожух, в соответствии с изобретением, и соответствующие элементы могут быть выполнены из немагнитных материалов. Кроме того, в этом варианте осуществления может оказаться ненужным формировать пазы в кожухе и в крышке кожуха. Такая система подробно описана, например, в патентном документе US 7775301. В соответствии с этим, настоящее раскрытие не предназначено быть исчерпывающим или не предназначено для ограничения изобретения раскрытыми точной формой или формами, и другие варианты осуществления, модификации и вариации возможны с учетом представленного выше описания, в котором специалист в данной области техники распознает возможность определенных модификаций, перестановок, добавлений и подкомбинаций.
Все описанные элементы, части и этапы, предпочтительно, включены. Следует понимать, что любые из этих элементов, частей и этапов могут быть заменены другими элементами, частями и этапами или могут быть исключены все вместе, как будет понятно для специалиста в данной области техники.
В качестве краткого вывода, в данном описании раскрыто, по меньшей мере, следующее. В кожухе образован сквозной канал вдоль его длины, и он выполнен с возможностью установки в нем группы электрических изоляторов, окружающих сквозной канал для формирования электрически изолирующего разрыва в бурильной колонне таким образом, что каждый изолятор группы изоляторов подвергается не более, чем силе сжатия, соответствующей протягиванию и отводу бурильной колонны. Кожух образует полость кожуха для установки электронного блока, имеющего сигнальный порт, и выполненного с возможностью электрического соединения сигнального порта через электрически изолирующий разрыв. Крышка кожуха может взаимодействовать с корпусом основного кожуха для формирования продолговатых пазов с целью улучшения излучения сигнала для определения местоположения. Конструкция кожуха может поддерживать электрическое соединение с электронным блоком в виде моста через электрически изолирующий зазор.
Концепции
В данном описании дополнительно определены, по меньшей мере, следующие концепции.
Концепция 1. Устройство для использования совместно с бурильной колонной, являющейся электропроводной и проходящей от подземного дальнего конца, включающего в себя подземный инструмент, до буровой установки, содержащее:
группу электрических изоляторов;
кожух, в котором образован сквозной канал вдоль его длины, и указанный кожух выполнен с возможностью установки в нем электрических изоляторов, окружающих этот сквозной канал, для образования электрически изолирующего разрыва в бурильной колонне таким образом, чтобы в ответ на проталкивание бурильной колонны буровой установкой и на вытягивание бурильной колонны буровой установкойи, каждый изолятор из группы изоляторов подвергается воздействию не более, чем силы сжатия, и в кожухе образована полость кожуха для приема электронного блока, имеющего сигнальный порт и выполненного с возможностью электрического соединения сигнального порта через электрически изолирующий разрыв.
Концепция 2. Устройство по Концепции 1, выполненное с возможностью установки в бурильную колонну, с последующим формированием части общей длины бурильной колонны.
Концепция 3. Устройство по Концепциям 1 или 2, выполненное с возможностью формирования части указанного подземного инструмента.
Концепция 4. Устройство по любой из Концепций 1 – 3, в котором электрические изоляторы выполнены из керамического материала.
Концепция 5. Устройство по Концепции 4, в котором керамический материал выбран, как, по меньшей мере, один из упрочненного циркония и нитрида кремния.
Концепция 6. Устройство по любой из Концепций 1 – 5, в котором каждый изолятор включает в себя твердый сердечник.
Концепция 7. Устройство по любой из Концепций 1 – 5, в котором каждый электрический изолятор имеет сферическую конструкцию.
Концепция 8. Устройство по любой из Концепций 1 – 7, в котором указанные изоляторы захвачены кожухом вокруг центральной линии кожуха.
Концепция 9. Устройство по любой из Концепций 1 – 8, в котором в указанном кожухе удерживается двенадцать изоляторов.
Концепция 10. Устройство по любой из Концепций 1 – 9, в котором указанная сила сжатия прикладывается к противоположным боковым краям сферической внешней поверхности каждого изолятора.
Концепция 11. Устройство по любой из Концепций 1 – 9, в котором указанный кожух включает в себя промежуточный кожух, который выполнен с возможностью зацепления основного кожуха с указанными изоляторами, захваченными между ними.
Концепция 12. Устройство по Концепции 11, в котором промежуточный кожух включает в себя первый и второй противоположные торцы, так что второй торец образует периферийную торцевую стенку, и основной кожух включает в себя первый и второй противоположные торцы основного кожуха, при этом на первом торце основного кожуха образован периферийный боковой край, который расположен напротив периферийной торцевой стенки промежуточного кожуха, образуя во взаимодействии множество карманов таким образом, что один из изоляторов захвачен в каждом кармане.
Концепция 13. Устройство по Концепциям 11 или 12, в котором в промежуточном кожухе образован внутренний канал для установки с вращением продолжения основного кожуха, и в продолжении выполнено отверстие для установки с возможностью разъема основного сборочного болта, находящегося в электрическом контакте с основным кожухом таким образом, чтобы основной сборочный болт прикладывал силу сжатия предварительной нагрузки к изоляторам.
Концепция 14. Конструкция кожуха для использования в качестве части подземного инструмента для установки передатчика для передачи сигнала определения местоположения от подземного инструмента, содержащая:
основной кожух для установки передатчика в рабочем положении, при излучении сигнала определения местоположения; и
крышку, съемно устанавливаемую на кожухе таким образом, что, по меньшей мере, участок основного кожуха и участок крышки располагаются напротив для совместного образования, по меньшей мере, одного продолговатого паза, проводящего от наружной стороны конструкции кожуха к передатчику.
Концепция 15. Конструкция кожуха по Концепции 14, в которой основной кожух и крышка взаимодействуют так, что они образуют пару противоположных продолговатых пазов.
Концепция 16. Конструкция кожуха по Концепции 15, в которой между парой противоположных продолговатых пазов в указанной крышке выполнен паз крышки.
Концепция 17. Конструкция кожуха по любой одной из Концепций 14 – 16, в которой основной кожух включает в себя ось удлинения, и указанный паз, по меньшей мере, в общем, параллелен оси удлинения.
Концепция 18. Кожух для использования в качестве части подземного инструмента, для установки в него электронного блока, имеющего выходной кабель для передачи выходного сигнала, содержащий:
корпус кожуха, выполненный электропроводным и в котором образована полость для приема указанного электронного блока таким образом, что электронный блок формирует первое электрическое соединение с корпусом кожуха; и
промежуточный кожух, выполненный электропроводным и с возможностью установки на одном конце корпуса кожуха, для взаимодействия с корпусом кожуха таким образом, что формируется электрически изолирующий зазор между промежуточным кожухом и корпусом кожуха при удержании указанного кабеля так, что он проходит через зазор для электрического соединения с промежуточным кожухом так, что электронный блок электрически соединяется мостом через зазор.
Концепция 19. Устройство по Концепции 1, дополнительно выполненное с возможностью использования в качестве части подземного инструмента для установки указанного электронного блока в указанном кожухе, для выполнения функции передатчика для передачи сигнала определения местоположения от подземного инструмента, и включающее в себя крышку, съемно устанавливаемую на кожухе таким образом, что, по меньшей мере, участок основного кожуха и участок крышки располагаются напротив для совместного образования, по меньшей мере, одного продолговатого паза, проводящего от наружной стороны конструкции кожуха к передатчику.
Концепция 20. Устройство по Концепции 11, в котором указанный электронный блок включает в себя выходной кабель, используемый как сигнальный порт для передачи выходного сигнала, указанный кожух дополнительно содержит:
корпус кожуха, выполненный электропроводным и в котором образована полость кожуха для приема указанного электронного блока таким образом, что электронный блок формирует первое электрическое соединение с корпусом кожуха; и
промежуточный кожух, выполненный электропроводным и с возможностью установки на одном конце корпуса кожуха, для взаимодействия с корпусом кожуха таким образом, что формируется указанный электрически изолирующий разрыв между промежуточным кожухом и корпусом кожуха при удержании указанного кабеля так, что он проходит через зазор для электрического соединения с промежуточным кожухом так, что электронный блок электрически соединяется мостом через зазор.
Концепция 21. Устройство по Концепции 1, в котором каждый из указанной второй группы электрических изоляторов включает в себя идентичный внешний профиль, и указанный кожух захватывает множество элементов второй группы, распределенных с одинаковым промежутком между ними вокруг центральной линии кожуха.
Концепция 22. Устройство по Концепции 21, в котором каждый один из указанной второй группы электрических изоляторов имеет сферическую конструкцию.
Концепция 23. Устройство по Концепции 22, в котором каждый сферический элемент выполнен с твердым сердечником.