ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С НАДДОЛОТНЫМ МОДУЛЕМ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к средствам измерения и передачи информации в процессе бурения о скважинных технологических и геофизических параметрах на земную поверхность по электромагнитному каналу связи.
Известно устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи по патенту РФ на изобретение №2351759. Изобретение относится к области промысловой геофизики, а именно к устройствам для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и передачи их на поверхность. Устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи состоит 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, который содержит корпус с центральным промывочным отверстием, центральный электрод, расположенный на корпусе и электрически изолированный от корпуса, а также расположенные в выемках корпуса в его герметичной части электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство. Центральный электрод на корпусе вынесен из герметичной части корпуса с выемками и отделен от этой части уплотнительными элементами, при этом указанный центральный электрод снабжен точечными электроконтактами, изолированными от корпуса, а точечные электроконтакты соединены с электрическими схемами токопроводами, проложенными в каналах стенок корпуса, с гермовводами на концах. Недостатком устройства является низкая надежность электрического соединения центрального электрода с электронными компонентами дополнительного измерительного модуля.
Известен наддолотный модуль по патенту РФ на изобретение №2509209. Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи. Наддолотный модуль решает задачу повышения эксплуатационной надежности фиксации центрального электрода и упрощения конструкции. Устройство содержит корпус с центральным промывочным отверстием, электрически изолированный от корпуса центральный электрод, расположенный между изоляторами, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электрические платы, при этом фиксация изолятора, расположенного в муфтовой части корпуса, выполнена в виде сопрягаемых выступов и пазов, изготовленных в этом изоляторе, муфтовой части корпуса и гильзе центрального электрода, а другой изолятор центрального электрода, расположенный в противоположной от муфтовой части корпуса, установлен на резьбе с левым направлением. Недостатком наддолотного модуля является нерешенный вопрос соединения центрального электрода с электронной аппаратурой.
Известно устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи по патенту РФ на полезную модель №27839. Устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи состоит 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, отличающееся тем, что в устройстве 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. 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. Центральный электрод наддолотного модуля изолирован от корпуса специальным покрытием из электроизоляционного материала. Электрические схемы, измерительные датчики и источник питания находятся в герметичной части наддолотного модуля, изолированной от попадания скважинной жидкости с помощью уплотнительных элементов. Недостатком устройства является низкая надежность соединения центрального электрода с электронной аппаратурой.
Известно устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и их передачи на земную поверхность по электромагнитному каналу связи по патенту РФ на полезную модель №152980 (прототип). Полезная модель относится к области горного дела, а именно к средствам измерения в процессе бурения и передачи на земную поверхность по электромагнитному каналу связи геофизических и технологических скважинных параметров. В устройстве, содержащем забойную телеметрическую систему с приемно-обрабатывающим устройством, включающую бурильную колонну, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, а также установленный непосредственно над долотом измерительный наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, при этом в выемках корпуса наддолотного модуля расположены электронные схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, в качестве корпуса наддолотного модуля служит удлиненный корпус шпинделя забойного двигателя, в котором выполнены выемки для размещения электронных схем, измерительных датчиков, источника питания и передающего устройства, вал указанного шпинделя выполнен удлиненным, пропущен внутри корпуса наддолотного модуля и соединен с долотом. Недостатком устройства является низкая надежность соединения центрального электрода с электронной аппаратурой, а также низкая надежность изоляции центрального электрода от корпуса.
Задачей создания полезной модели является повышение надежности соединения центрального электрода наддолотного модуля телеметрической системы с электронной аппаратурой, а также повышение надежности изоляции центрального электрода от корпуса наддолотного модуля.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что телеметрическая система с наддолотным модулем, предназначенная для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения и их передачи по электромагнитному каналу связи на земную поверхность, включает основной модуль с приемно-передающим обрабатывающим устройством и электрическим разделителем, расположенным между буровой колонной и забойным двигателем, и наддолотный модуль, установленный непосредственно над долотом, который содержит корпус с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, при этом в выемках корпуса наддолотного модуля расположены электронные схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, причем центральный электрод зажат между ступенчатыми втулками со стороны ниппельной резьбы корпуса наддолотного модуля гайкой, больший наружный диаметр ступенчатых втулок равен или не менее наружного диаметра центрального электрода и не более наружного диаметра корпуса наддолотного модуля со стороны муфтовой резьбы, меньший наружный диаметр ступенчатых втулок равен внутреннему диаметру центрального электрода, на внешней поверхности ступенчатых втулок с меньшим наружным диаметром выполнены кольцевые проточки и установлены уплотнительные кольца, на наружной поверхности корпуса под ступенчатыми втулками выполнены кольцевые проточки и установлены уплотнительные кольца, верхняя ступенчатая втулка выполнена с одним или несколькими пазами, в которых установлены и закреплены с одной стороны плоские пружины, верхняя ступенчатая втулка зафиксирована от радиального перемещения штифтом, установленным на боковой поверхности корпуса наддолотного модуля, входящим в паз, выполненный на ее торце, центральный электрод зафиксирован от радиального перемещения одним или несколькими выступами, входящими в пазы, выполненные на большем диаметре ступенчатой втулки. Длина пазов, выполненных на верхних ступенчатых втулках, больше длины пружины в свободном состоянии. Каждая плоская пружина крепится на ступенчатой втулке винтом или заклепкой. К каждой плоской пружине крепится контактный лепесток. Ступенчатые втулки выполнены из диэлектрического материала, например полиамида. Плоская пружина выполнена из пружинной стали с электропроводным покрытием.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении телеметрической системы с наддолотным модулем применяются известные материалы и технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…4, где:
на фиг. 1 приведена телеметрическая система с наддолотным модулем,
на фиг. 2 приведен разрез наддолотного модуля телеметрической системы,
на фиг. 3 приведен увеличенный местный вид «А»,
на фиг. 4 приведен вид «Б».
1
2
3
4
3
1
Телеметрическая система с наддолотным модулем, предназначенная для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения и их передачи по электромагнитному каналу связи на земную поверхность, состоит из основного модуля 1 с приемно-передающим обрабатывающим устройством и электрическим разделителем 2, расположенным между буровой колонной 3 и забойным двигателем 4, и наддолотного модуля 5, установленного непосредственно над долотом 6, который содержит корпус 7 с центральным промывочным отверстием 8, на котором размещен центральный электрод 9, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса 7, при этом в выемках корпуса 10 наддолотного модуля расположены электронные схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство 11, причем центральный электрод 9 зажат между ступенчатыми втулками 12 и 13 со стороны ниппельной резьбы 14 корпуса 7 наддолотного модуля гайкой 15, больший наружный диаметр D ступенчатых втулок 12 и 13 равен или не менее наружного диаметра центрального электрода D и не более наружного диаметра D корпуса 7 наддолотного модуля со стороны муфтовой резьбы 16, меньший наружный диаметр D ступенчатых втулок равен внутреннему диаметру D центрального электрода 9, на внешней поверхности ступенчатых втулок 12 и 13 с меньшим наружным диаметром D выполнены кольцевые проточки 17 и установлены уплотнительные кольца 18, на наружной поверхности корпуса под ступенчатыми втулками 12 и 13 выполнены кольцевые проточки 19 и установлены уплотнительные кольца 20, верхняя ступенчатая втулка 12 выполнена с одним или несколькими пазами 21, в которых установлены и закреплены с одной стороны плоские пружины 22, верхняя ступенчатая втулка 12 зафиксирована от радиального перемещения штифтом 23, установленным на боковой поверхности корпуса 7 наддолотного модуля, входящим в паз 24, выполненный на ее торце, центральный электрод 9 зафиксирован от радиального перемещения одним или несколькими выступами 25, входящими в пазы 26, выполненные на большем диаметре D ступенчатой втулки 12. Длина L пазов 21, выполненных на верхних ступенчатых втулках, больше длины L пружины в свободном состоянии. Каждая плоская пружина 22 крепится на ступенчатой втулке 12 винтом или заклепкой 27. К каждой плоской пружине 22 может крепиться контактный лепесток 28. Ступенчатые втулки 12 и 13 выполнены из диэлектрического материала, например полиамида. Плоская пружина 22 выполнена из пружинной стали с электропроводным покрытием.
Телеметрическая система с наддолотным модулем работает следующим образом. Колонну труб 3 с компоновкой низа бурильной колонны, в которую входят долото 6, наддолотный модуль 5, забойный двигатель 4, основной передающий модуль 1, спускают в скважину. Включают насосы. Буровой раствор подается на забой скважины и запускает генератор, который обеспечивает электроэнергией основной передающий модуль. Наддолотный модуль обеспечивается энергией, батареями питания, расположенными в выемках 10 корпуса 7. Информация о технологических параметрах, таких как: обороты долота, осевая нагрузка на долото, уровень вибрации, геофизическая информация о разбуриваемой породе, полученная в непосредственной близости от забоя, от датчиков наддолотного модуля, кодируется и передается по беспроводному маломощному каналу связи на основной передающий модуль, а с него после обработки по электромагнитному каналу связи большой мощности, на поверхность. На поверхности информация принимается и обрабатывается наземной аппаратурой 29. Передача сигнала от наддолотного модуля 5 на основной модуль 1 телеметрической системы осуществляется с помощью беспроводного канала связи, который предусматривает наличие электрического диполя. Электрический диполь образован корпусом 1 и центральным электродом 9. Центральный электрод 9 изолирован от корпуса 7 ступенчатыми втулками 12 и 13. Наддолотный модуль собирается следующим образом. В выемки корпуса 10 наддолотного модуля устанавливаются электронные компоненты, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство 11. На корпус 7 устанавливают ступенчатую втулку 12 так, чтобы штифт 23 вошел в выполненный на ее торце паз 24. Передающее устройство соединяют электрически с плоской пружиной 22 через контактный лепесток 28. Для установки центрального электрода 9 ориентируют его выступы 25 относительно пазов 26, выполненных на ступенчатой втулке 12, устанавливают ступенчатую втулку 13 и, вращая гайку 15, преодолевая сопротивление плоских пружин 22, устанавливают центральный электрод 9. Сжатые плоские пружины 22 обеспечивают надежный контакт передающего устройства 11 с центральным электродом 9.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность соединения центрального электрода наддолотного модуля телеметрической системы с электронной аппаратурой.
2. Повысить надежность изоляции центрального электрода от корпуса наддолотного модуля.
3. Повысить надежность работы наддолотного модуля.
4. Повысить точность измерения забойных параметров.
5. Установить датчики инклинометрических, геофизических и технологических параметров непосредственно над долотом.