ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬ-РЕТРАНСЛЯТОР СИГНАЛОВ
ELECTRIC SIGNAL SPLITTER-RELAY

Группа изобретений относится к области геофизических и технологических исследований скважин в процессе бурения, а именно к средствам передачи забойных параметров на дневную поверхность.
Информация с забоя о технологических параметрах, таких как: обороты долота, осевая нагрузка на долото, уровень вибрации, геофизическая информация о разбуриваемой породе, инклинометрическая информация о положении ствола скважины в забуриваемом пространстве, измеряется непосредственно датчиками, расположенными в наддолотном модуле (НДМ), отдельно устанавливаемом вблизи долота, и передается на основную забойную телеметрическую систему (ЗТС) по электромагнитному каналу связи (Развитие забойных телесистем с электромагнитным каналом связи. / В.П. Чупров, А.В. Бельков, А.А. Бикинеев, Ф.С. Камалтдинов, Р.А. Шайхутдинов, С.Н. Шибанов. // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2003. - Вып. 113. - С. 36).
Известно устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи, снабженное НДМ (пат. РФ на полезную модель №27839, опубл. 20.02.2003).
Известное устройство содержит ЗТС, включающую бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль приемно-передающего устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, а также установленный непосредственно над долотом НДМ, соединенный с валом забойного двигателя и долотом.
Входящий в известное устройство НДМ содержит корпус с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, при этом в выемках корпуса НДМ расположены электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, а в модуль передающего устройства ЗТС введено приемно-обрабатывающее устройство, осуществляющее прием сигналов от НДМ.
Измеряемые НДМ параметры кодируются и передаются путем излучения электродом модуля в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи на электрический разделитель основной телесистемы, где принимаются, усиливаются, фильтруются, декодируются и вместе с другими параметрами, измеряемыми материнской телесистемой, передаются на поверхность по мощному беспроводному электромагнитному каналу связи этой телесистемы.
Недостатком известной конструкции является то, что она ограничивает область применения НДМ из-за необходимости использования в качестве основной - телесистему с электромагнитным каналом связи для передачи забойной информации на дневную поверхность, что исключает возможность использования НДМ, например, в случае применения телесистем с гидравлическим каналом связи.
Известно устройство для проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин, включающее долото, забойный двигатель с отклонителем, гидравлический ориентатор и расположенный в немагнитном переводнике модуль измерения и телеметрии, связанный посредством кабеля с наземным приемно-обрабатывающим комплексом, отличающееся тем, что между отклонителем и гидравлическим ориентатором установлен отдельный модуль измерения положения отклонителя (МИПО), содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, на котором размещен электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса, в корпусе расположены электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, а в модуль измерения и телеметрии введено приемно-обрабатывающее устройство, отделенное от МИПО электрическим разделителем и осуществляющее прием электромагнитных сигналов от передающего устройства МИПО (пат. РФ №2278236, опубл. 20.06.2006).
Известное устройство решает задачу повышения надежности проводки наклонно-направленных скважин с использованием колтюбинга, включающего гидравлический ориентатор, за счет введения отдельного дополнительного модуля измерения положения отклонителя (МИПО), установленного в непосредственной близости от последнего, и использования дополнительного беспроводного электромагнитного канала связи, образованного между МИПО и модулем измерения и телеметрии с помощью отдельно устанавливаемого электрического разделителя.
Электрический разделитель, отдельно устанавливаемый в составе бурильной колонны между расположенным на забое модулем измерения забойных параметров и передающим блоком основной телесистемы, выполняет функции диполя, образованного в результате электрического разделения бурильной колонны, для организации беспроводного электромагнитного канала связи между ними (пат. РФ №2278236, опубл. 20.06.2006).
Конструкция МИПО, в состав измерительных датчиков которого входят только акселерометры, аналогична конструкции НДМ.
Недостаток известного устройства заключается в невозможности использования дополнительного модуля измерения, в случае применения основной телесистемы с гидравлическим каналом связи, что ограничивает область применения указанного модуля.
Известно устройство электрического разделителя с центральным промывочным отверстием, содержащего составной металлический корпус с присоединительными резьбами на обоих концах, состоящий из верхнего и нижнего переводников, а также промежуточной изоляционной вставки, расположенной между ними, соединенных между собой резьбовыми соединениями, в которых отдельные металлические части изолированы друг от друга слоем диэлектрика, участок наружного покрытия из диэлектрического материала, канал для прохождения бурового раствора, в котором установлена диэлектрическая втулка с электронным блоком скважинного прибора телеметрической системы. Один из контактов подсоединяется через металлические детали электронного блока к верхнему переводнику, а другой - к нижнему (пат. РФ №2425214, опубл. 27.07.2011, принят в качестве прототипа к заявляемому электрическому разделителю).
Конструктивные особенности известного электрического разделителя позволяют сделать вывод, что этот электрический разделитель предназначен для излучения сигналов по электромагнитному каналу связи от основной телесистемы, установленной внутри него, и не предназначен для приема сигналов от отдельного модуля измерения забойных параметров, например, НДМ или МИПО.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей электрического разделителя как ретранслятора сигналов от отдельного модуля измерения забойных параметров на основную телесистему с любым каналом связи с наземной поверхностью.
Указанная задача решается тем, что в электрическом разделителе-ретрансляторе, содержащем составной металлический корпус с присоединительными резьбами на обоих концах, состоящий из верхнего и нижнего переводников, а также промежуточной изоляционной вставки, расположенной между ними, соединенных между собой резьбовыми соединениями, в которых отдельные металлические части изолированы друг от друга слоем диэлектрика, участок наружного покрытия из диэлектрического материала, диэлектрическую втулку с каналом для прохождения бурового раствора и установленный внутри диэлектрической втулки электронный блок, подсоединенный одним контактом через металлические детали к нижнему переводнику, а другим контактом - к верхнему переводнику, в отличие от известного, электронный блок снабжен приемопередатчиком сигналов и блоком питания и помещен в дополнительный металлический кожух, снабженный центраторами, который установлен в канале для прохождения бурового раствора с возможностью его беспрепятственного прохождения, и закреплен к нижнему переводнику при помощи контактной гайки со штырем, выполняющих функцию электрического контакта нижней части кожуха электронного блока с указанным переводником, при этом вход электронной схемы соединен с контактным штырем электрическими проводами, а вход электронного блока в верхней части металлического кожуха соединен проводной связью с электрическим разъемом для ответного соединения с электронным блоком основной телесистемы.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для передачи забойных параметров, измеряемых НДМ в процессе бурения, с электрическим разделителем-ретранслятором.
На фиг. 2 изображена схема НДМ с электронными платами.
На фиг. 3 представлена схема электрического разделителя-ретранслятора с электронным блоком.
Устройство для передачи забойных параметров, измеряемых отдельно устанавливаемым на забое модулем измерения забойных параметров, с электрическим разделителем-ретранслятором содержит отдельно устанавливаемый на забое модуль измерения забойных параметров, например, НДМ 1, соединенный с валом забойного двигателя 2 и долотом 3, и отдельно размещенный над забойным двигателем 2 электрический разделитель-ретранслятор 4, снабженный электронным блоком (32), имеющим возможность кабельного соединения с электронным блоком основной телесистемы 6 (фиг. 1).
Модуль измерения забойных параметров 1, отдельно устанавливаемый в составе буровой колонны 7 на забое скважины, состоит из корпуса 8 с центральным промывочным отверстием 9, на котором расположены изоляторы 10 и электрод 11, электрически изолированный от корпуса 8. В выемках 13 корпуса 8 расположены электронные схемы 14 (фиг. 2). В выемках 13 также расположены измерительные датчики 15, 16, 17, 18, подключенные к микроЭМВ 19 с таймером 20, химический источник питания 21 с блоком включения-выключения 22, блок питания 23 и передающее устройство 24 (фиг. 1).
Электрический разделитель-ретранслятор 4 с центральным промывочным отверстием 19, содержащий составной металлический корпус с присоединительными резьбами 25 и 26 на обоих концах, состоит из верхнего 27 и нижнего 28 переводников, соединенных между собой резьбовым соединением 29. В переводниках 27 и 28 отдельные металлические части изолированы друг от друга слоем диэлектрика 30. Внутри переходников помещена диэлектрическая втулка 31 с каналом для прохождения бурового раствора 19, в которой размещен электронный блок 32 с электронными схемами на шасси 33 (фиг. 3).
Электронный блок 32 помещен в дополнительный металлический кожух 34, снабжен центраторами 35 и 36 и закреплен к нижнему переводнику 28 при помощи контактной гайки 37 со штырем 38, выполняющих функцию электрического контакта нижней части электронного блока с указанным переводником. Верхняя часть металлического кожуха 34 снабжена электрическим разъемом 39 для проводного соединения указанного электронного блока с электронным блоком основной телесистемы 6.
Поз. 40 - электрические провода, соединяющие вход электронного блока 32 с электрическим разъемом 39. Поз. 41 - электрический провод, соединяющий другой вход электронного блока 32 с контактным штырем 38.
Электронная схема электрического разделителя-ретранслятора 4 содержит: блок питания 42, микроЭВМ 43, к которой подключен приемопередатчик 5, и цепочку с фильтрами и усилителями: фильтр высокой частоты 44, усилитель-ограничитель 45, буферный усилитель 46, фильтр низкой частоты 47 и усилитель-формирователь 48 (фиг. 1). Выход блока питания 42 и выходы приемопередатчика 5 подсоединены через электрический разъем 39 к шине основной телесистемы 6 (не показано).
Устройство работает следующим образом.
Система на бурильных трубах 7 с компоновкой нижней бурильной колонны (КНБК) в составе: основная телеметрическая система 6, отдельно устанавливаемый электрический разделитель-ретранслятор 4, забойный двигатель 2, отдельный модуль измерения забойных параметров 1, например, НДМ, устанавливаемый над долотом 3, в процессе бурения передает поэтапно на поверхность, полученную с забоя скважины.
Информация, измеренная датчиками 15, 16, 17, 18 НДМ 1, с помощью передающего устройства 24, подключенного к корпусу 8 НДМ и к изолированному передающему электроду 11, передается по беспроводному электромагнитному каналу связи на электронный блок 32 электрического разделителя-ретранслятора 4, где сигналы фильтруются, усиливаются и дешифруются и передаются на общую шину основной телесистемы 6.
Далее основная телесистема 6 наряду с данными, измеренными ее датчиками, передает на поверхность по каротажному кабелю или по гидравлическому каналу связи, или другому каналу связи, также и данные, полученные от НДМ 1, в виде дополнительных каналов. На поверхности информация принимается и обрабатывается наземным приемно-обрабатывающим комплексом (на фиг. 1 не показано).
Особенность конструкции электрического разделителя-ретранслятора 4 позволяет использовать комбинированный канал связи для передачи сигналов на поверхность. На первом этапе передачи информации с забоя скважины электронный блок 32 принимает сигналы от НДМ 1 по беспроводному электромагнитному каналу связи, при этом съем сигналов происходит с нижнего переводника 28 посредством контактной гайки 37, контактирующей со штырем 38, а с верхнего переводника 27 при помощи проводного контакта 40, соединенного электрическим разъемом 39 с верхней частью металлического кожуха 32. Полученный сигнал обрабатывается цепочкой с фильтрами и усилителями 44, 45, 46, 47, 48 электронной схемы электрического разделителя-ретранслятора 4 и после дешифрации передается на общую шину основной телесистемы 6.
На этом этапе передачи сигналов задействовано проводное соединение 40 между выходом электронного блока 32 и передающим блоком основной телесистемы 6, осуществляемое с помощью электрического разъема 39, установленного в верхней части кожуха 34 электронного блока 32. К электрическому разъему 39 подсоединен ответный разъем электронной схемы основной телесистемы 6 (на фиг. 1 не показан).
Дальнейшая передача информации осуществляется передающим блоком основной телесистемы, в которой может использоваться любой вид связи с поверхностью: гидравлический канал связи, акустический канал или проводной канал.