УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ
DEVICE FOR MEASURINGS OF GEOPHYSICAL AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS IN COURSE OF DRILLING WITH ELECTROMAGNETIC COMMUNICATION CHANNEL

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин и передачи этих параметров на поверхность по электромагнитному каналу связи.
Известна забойная телеметрическая система, включающая бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель и забойный двигатель, в которой электрический разделитель выполнен в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом диаметры корпуса измерительных модулей и блока питания выполнены меньше внутреннего диаметра бурильной колонны, а блок питания, измерительные и передающие модули соединены между собой гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями (патент РФ №2105880, приоритет от 29.11.94 г.).
Недостаток известной телесистемы заключается в расположении измерительных датчиков на значительном удалении от долота, что не позволяет своевременно реагировать на изменение геологических условий вокруг телесистемы и оперативно управлять траекторией скважины.
Известно устройство для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения, состоящее из забойной телеметрической системы, включающей бурильную колонну, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, в котором непосредственно над долотом установлен наддолотный модуль, соединенный с валом забойного двигателя. Наддолотный модуль состоит из корпуса с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и изолированный от корпуса специальным покрытием из электроизоляционного материала, в корпусе выполнены выемки, в которых расположены электрические схемы, измерительные датчики и источник питания. В корпусе также размещен подвижный контактный узел, соединяющий электрическую схему с центральным электродом. Все эти элементы находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов (полезная модель РФ №27839. Бюл. №5, 2003 г.).
Полезная модель обеспечивает повышение надежности проводки и исследования скважин за счет введения наддолотного модуля, в котором измерительные датчики расположены в непосредственной близости от долота, и дополнительного короткого электромагнитного канала связи.
Недостаток известной телесистемы заключается в конструкции наддолотного модуля. Конструкция предусматривает расположение электрических схем, измерительных датчиков, источника питания и передающего устройства в специальных выемках в корпусе, покрытом электроизоляционным материалом, электрически изолирующим центральный электрод от корпуса наддолотного модуля. Кроме того, центральный электрод расположен между изоляторами на корпусе.
Как известно, прочностные характеристики изолирующего материала в скважинах при баротермических условиях значительно ниже, чем у металла, используемого для изготовления самого корпуса. При работе в скважинных условиях изоляционный слой нарушается и все измерительные схемы, находящиеся в выемках корпуса подвергаются воздействию агрессивной среды и выходят из строя, что снижает ресурс работы модуля.
Известно также устройство для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи, состоящее из забойной телеметрической системы, включающей бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, в котором непосредственно над долотом установлен наддолотный модуль, соединенный с валом забойного двигателя, при этом наддолотный модуль состоит из корпуса с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, в корпусе расположены электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, а в модуль передающего устройства забойной телеметрической системы введено приемно-обрабатывающее устройство, осуществляющее прием электромагнитных сигналов от наддолотного модуля. Кроме того, в корпусе наддолотного модуля выполнены выемки, в которых расположены электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и подвижный контактный узел, соединяющий электрическую схему с центральным электродом, выполненным изолированным от корпуса специальным покрытием из электроизоляционного материала. При этом электрические схемы, измерительные датчики и источник питания находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов.
Недостаток известных устройств заключается в их конструкциях, в которых герметизация выемок с электрическими платами осуществляется по изоляционному покрытию, которое под воздействием скважинных баротермических условий деформируется. Так как относительное удлинение у материалов корпуса и изоляционного покрытия различное, а адгезионные свойства покрытия не достаточны, то происходит отслоение изоляционного покрытия и образование проводящих каналов между корпусом и изоляционным слоем и, как следствие, попадение скважинного флюида в выемки корпуса.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение надежности конструкции, в результате чего увеличивается ресурс работы телесистемы и расширяются ее эксплуатационные возможности.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи, состоящем из забойной телеметрической системы, включающей бурильную колонну, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства с приемно-обрабатывающим блоком, электрический разделитель и отдельно установленный в бурильной колонне дополнительный измерительный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, а также расположенные в выемках корпуса в его герметичной части электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, согласно изобретению указанный центральный электрод, расположенный между изоляторами на корпусе, и герметичная часть корпуса с выемками, содержащими вышеуказанные элементы, отделены друг от друга (центральный электрод вынесен из герметичной части корпуса), при этом указанный центральный электрод снабжен точечными электроконтактами, изолированными от корпуса. Точечные электроконтакты соединены с электрическими схемами проводами, проложенными в каналах стенок корпуса токопроводами с гермовводами на концах.
Представленные чертежи поясняют сущность предложения, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения, на фиг.2 - отдельный измерительный модуль.
Предлагаемое устройство (фиг.1) состоит из забойной телеметрической системы, включающей бурильную колонну 1, блок питания (турбогенератор) 2, измерительные модули 3, модуль передающего устройства 4 с приемно-обрабатывающим блоком 5, штанговый электрический разделитель 6.
Все модули забойной телеметрической системы размещены внутри стандартной легкосплавной или стальной диамагнитной трубы 7, на которую навернут электрический разделитель 8, ниже расположены забойный двигатель 9 и отдельный дополнительный измерительный модуль 10 с центральным промывочным отверстием 11 (фиг.2), а также долото 12.
Отдельный дополнительный измерительный модуль (фиг.2) состоит из корпуса 13, на котором между изоляторами 14 размещен центральный электрод 15, изолированный от корпуса специальным покрытием 16 из электроизоляционного материала. В корпусе выполнены выемки 17, в них расположены электрические схемы 18, измерительные датчики 19 и источник питания 20. Все эти элементы (18, 19, 20) находятся в герметичной части указанного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов 21.
Центральный электрод 15 с точечными электроконтактами 22 вынесен из герметичной части корпуса 13 за пределы уплотнительных элементов 21. Точечные электроконтакты 22 изолированы от стенок корпуса электроизоляционными элементами 23. В стенках корпуса 13 выполнены каналы 24, в которых проложены токопроводы 25 с гермовводами 26 для подсоединения к электрическим схемам, расположенным в выемках 17.
Забойная телеметрическая система спускается в скважину на бурильных трубах 1 (см. фиг.1), минимальный внутренний диаметр которых больше наружного диаметра корпуса модулей. Наземное оборудование 27 обеспечивает прием и выдачу информации о геофизических и технологических параметрах, регистрируемых предлагаемым устройством.
Система работает следующим образом. После спуска системы на забой скважины включают буровые насосы, при этом создается циркуляция бурового раствора в бурильной колонне 1 и скважине, включается в работу турбогенератор (блок питания) 2, обеспечивая питание модулей 3, 4 и блока 5 телесистемы и передачу сигнала на поверхность.
Обеспечение получения информации с забоя скважины осуществляется поэтапно. Информация, измеренная отдельным дополнительным измерительным модулем 10, передается по беспроводному электромагнитному каналу связи, образованному в результате разделения бурильной колонны изоляторами 14 на корпусе 13, между которыми помещен центральный электрод 15, с помощью диполя, образованного электрически изолированными корпусом 13 и центральным электродом 15, на приемно-обрабатывающий блок 5 модуля передающего устройства 4 забойной телеметрической системы.
Телесистема, наряду с данными, измеренными ею самой, передает на поверхность по одному из известных принципов передачи сигнала по электромагнитному каналу связи (например, подобной телеметрической системе "Забой") также и данные, полученные отдельным измерительным модулем в виде дополнительных каналов. На поверхности информация принимается и обрабатывается наземным приемно-обрабатывающим комплексом.
Преимущества предложенного устройства вытекают из конструктивных особенностей отдельного дополнительного измерительного модуля. Сохраняя все достоинства компоновки устройства, а именно установка всех измерительных датчиков непосредственно над долотом, предельно близко к забою, особое расположение центрального электрода по отношению к герметичной части измерительного модуля позволяет повысить надежность конструкции и тем самым увеличить ресурс работы телесистемы за счет того, что электронные схемы находятся под надежной защитой целого корпуса, не ослабленного изолирующим материалом, прочностные характеристики которого меньше, чем у металла, из которого изготавливается целый корпус. Также повышаются эксплутационные возможности телесистемы за счет расширения диапазона давления и температуры, которые может выдерживать заявляемая конструкция.