СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО БУРИЛЬНОЙ ТРУБЕ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
DATA TRANSMITTING SYSTEM ALONG DRILL PIPE AND CORRESPONDING METHOD

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с предварительной патентной заявкой США №61/644896, зарегистрированной 9 мая 2012 г., и включает в себя для любых целей все раскрытое ней путем ссылки.
Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящая заявка в целом относится к области буровых и горнодобывающих работ, а в частности, но без наложения каких-либо ограничений, относится к бурильной трубе, содержащей встроенный изолированный проводник для передачи данных.
Уровень техники
[0003] Практика бурения невертикальных скважин методом наклонно направленного бурения (также называемого «наклонным бурением») получила широкое распространение в энергетической и горнодобывающей отраслях. Наклонно направленное бурение обеспечивает возможность прохождения более обширных срезов подземных резервуаров, чем вертикальное бурение, а также достижения нескольких подземных областей из одной и той же точки бурения, что снижает затраты, связанные с использованием нескольких буровых установок. Кроме того, наклонно направленное бурение часто обеспечивает возможность доступа к подземным пластам, вертикальное бурение которых затруднено или невозможно, например, пластам, расположенным под населенными районами, или пластам, расположенным под водоемами или другими естественными препятствиями.
[0004] Несмотря на многочисленные преимущества наклонно направленного бурения, высокую стоимость ввода скважины в эксплуатацию часто считают основным недостатком наклонно направленного бурения. Это связано с тем, что скорость наклонно направленного бурения часто бывает значительно более низкой, чем скорость вертикального бурения, в связи с необходимыми операциями сбора данных. Сбор данных требует наличия электрического соединения между скважинным снарядом и наземным оборудованием. Установка электрического проводника внутри бурильной штанги позволяет повысить скорость сбора данных при наклонно направленном бурении и уменьшает общую стоимость наклонно направленного бурения.
Сущность изобретения
[0005] Настоящая заявка в целом относится к области буровых и горнодобывающих работ, а в частности, но без наложения каких-либо ограничений, относится к бурильной трубе, содержащей встроенный изолированный проводник для передачи данных. В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается система обеспечения связи в бурильной трубе. Система обеспечения связи в бурильной трубе содержит первую бурильную трубу и изолированную трубу, расположенную внутри первой бурильной трубы и, по существу, концентрическую с ней. Внутри первого конца первой бурильной трубы расположена охватываемая вставка, а внутри второго конца первой бурильной трубы расположена охватывающая вставка. С охватываемой вставкой и охватывающей вставкой электрически соединен проводник. Проводник проходит по всей длине первой бурильной трубы. Проводник обеспечивает возможность передачи электрических сигналов от первого конца первой бурильной трубы до второго конца первой бурильной трубы.
[0006] В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается способ установки системы обеспечения связи в бурильной трубе. Способ включает в себя шаги, на которых в первый конец бурильной трубы вставляют охватывающую вставку, а во второй конец бурильной трубы вставляют изолированную трубу. Способ также включает в себя шаг, на котором во второй конец бурильной трубы вставляют охватываемую вставку. Проводник электрически соединяют с охватывающей вставкой и с охватываемой вставкой. Проводник обеспечивает передачу электрических сигналов от первого конца первой бурильной трубы до второго конца первой бурильной трубы.
Краткое описание чертежей
[0007] Настоящее изобретение, а также другие его задачи и преимущества станут более ясны из нижеследующего описания, приведенного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
[0008] на фиг. 1 представлена в аксонометрии система для обеспечения связи в бурильной трубе согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[0009] на фиг. 2A представлена в аксонометрии охватываемая вставка согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[00010] на фиг. 2B представлена в аксонометрии охватываемая вставка по фиг. 2A с изолирующим кольцом, представленным прозрачным, согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[00011] на фиг. 3A представлена в аксонометрии охватывающая вставка согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[00012] на фиг. 3B представлена в аксонометрии охватывающая вставка по фиг. 3B с изолирующим кольцом, представленным прозрачным, согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[00013] на фиг. 4A представлена в разрезе по линии А-А система для обеспечения связи в бурильной трубе по фиг. 1 в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
[00014] на фиг. 4B представлена в разрезе по линии В-В система для обеспечения связи в бурильной трубе по фиг. 4A в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
[00015] на фиг. 5A представлена в аксонометрии в разобранном виде охватывающая вставка по фиг. 3A в соединении с бурильной штангой в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
[00016] на фиг. 5B представлена в аксонометрии в разобранном виде изолированная труба в соединении с бурильной штангой в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
[00017] на фиг. 5C представлена в аксонометрии в разобранном виде охватываемая вставка по фиг. 2A в соединении с бурильной штангой в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
[00018] на фиг. 6 представлено в поперечном разрезе соединение между двумя смежными бурильными трубами согласно одному из вариантов осуществления изобретения; и
[00019] на фиг. 7 представлена блок-схема процедуры установки системы для обеспечения связи в бурильной трубе по фиг. 1 в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Подробное раскрытие изобретения
[00020] Ниже следует подробное раскрытие различных вариантов осуществления изобретения, приведенное со ссылками на прилагаемые чертежи. Однако могут быть предусмотрены и другие формы осуществления изобретения, и нижеследующее описание не может быть истолковано как накладывающее какие-либо ограничения.
[00021] На фиг. 1 представлена в аксонометрии система 100 обеспечения связи в бурильной трубе. В типовом варианте осуществления система 100 обеспечения связи в бурильной трубе расположена внутри бурильной трубы 402 (представлена на фиг. 4A). Внутри бурильной трубы 402 расположена изолированная труба 104. В типовом варианте осуществления изолированная труба 104 изготовлена из неэлектропроводящего материала, например АБС-пластика, углеродного волокна, керамики или другого подходящего материала. К первому концу 200 изолированной трубы присоединена встык охватываемая вставка 106, а ко второму концу 300 изолированной трубы присоединена встык охватывающая вставка 108. В типовом варианте осуществления бурильная труба изготовлена, например, из стали или другого подходящего материала. На внешней поверхности изолированной трубы 104 выполнен желоб 110, ориентированный, по существу, вдоль изолированной трубы 104. Внутри желоба 110 расположен проводник 112, электрически соединенный с охватываемой вставкой 106 и с охватывающей вставкой 108. В типовом варианте осуществления проводник 112 представляет собой, например, коаксиальный кабель. Однако в других вариантах осуществления система обеспечения связи в бурильной трубе в соответствии с принципами настоящего изобретения может содержать проводники, выполненные, например, в виде микрополосковой линии, плоского или ленточного кабеля, кабеля Ethernet, оптоволоконного кабеля, линии передачи поперечных электромагнитных колебаний, например, в виде полосковой линии, или другого подходящего проводника, соответствующего требованиям данной конструкции.
[00022] На фиг. 2A представлена в аксонометрии охватываемая вставка 106. На фиг. 2B представлена в аксонометрии охватываемая вставка 106 с первым изолирующим кольцом и вторым изолирующим кольцом, представленными прозрачными. В типовом варианте осуществления по фиг. 2A и 2B охватываемая вставка 106 выполнена с возможностью подсоединения к охватывающей вставке 108 (представлена на фиг. 1), соединенной со смежной бурильной трубой (не представлена). Охватываемая вставка содержит корпус 202, первое изолирующее кольцо 204, окружающее участок корпуса 202, второе изолирующее кольцо 210, окружающее участок корпуса 202 и расположенное встык с первым изолирующим кольцом 204, и штифт 206, проходящий сквозь первое изолирующее кольцо 204. В типовом варианте осуществления корпус 202 может быть изготовлен, например, из нержавеющей стали, однако в других вариантах осуществления могут быть использованы другие материалы. На корпусе 202 предусмотрена втулка 205, причем первое изолирующее кольцо 204 и второе изолирующее кольцо 210 расположены вокруг втулки 205. В типовом варианте осуществления штифт 206 электрически соединен с проводником 112 и изготовлен из электропроводящего материала, например меди, алюминия или другого подходящего материала. Как показано на фиг. 2B, внутри изолирующего кольца 204, между штифтом 206 и вторым изолирующим кольцом 210, расположена пружина 208. В типовом варианте осуществления пружина 208 сдвигает штифт 206 вперед для обеспечения электрического контакта между охватываемой выставкой 106 и охватывающей вставкой 108 (представлена на фиг. 1), соединенной со смежной бурильной трубой (не представлена). В типовом варианте осуществления проводник 112, штифт 206 и охватывающее проводящее кольцо 306 (представлено на фиг. 3A-3B) образуют непрерывную проводящую линию, обеспечивающую возможность передачи данных в виде электрических сигналов между охватываемой выставкой 106 и охватывающей вставкой 108.
[00023] На фиг. 3A показана в аксонометрии охватывающая вставка 108. На фиг. 3B представлена в аксонометрии охватывающая вставка 108 с изолирующим кольцом, представленным прозрачным. В типовом варианте осуществления охватывающая вставка может быть выполнена, например, с возможностью присоединения к охватываемой вставке 106 (показана на фиг. 1) смежной бурильной трубы (не показана). Охватывающая вставка 108 содержит корпус 302, изолирующее кольцо 304, расположенное вокруг корпуса 302, и охватывающее проводящее кольцо 306. В типовом варианте осуществления корпус 302 может быть изготовлен, например, из нержавеющей стали, однако в других вариантах осуществления могут быть использованы другие материалы. На корпусе 302 предусмотрена втулка 305, причем изолирующее кольцо 304 расположено вокруг втулки 305. В типовом варианте осуществления охватывающее проводящее кольцо 306 изготовлено из электропроводящего материала, например меди, алюминия или другого подходящего материала. Охватывающее проводящее кольцо 306 расположено в желобе 308, выполненном на внешней поверхности изолирующего кольца 304. В типовом варианте осуществления желоб 308 содержит канал, в который входит штифт (не показан), соединенный с охватываемой вставкой 106 (показана на фиг. 1) смежной бурильной трубы (не показана). Желоб 308 обеспечивает контакт между штифтом 206 смежной бурильной трубы и охватывающим проводящим кольцом 306. Как показано на фиг. 3B, охватывающее проводящее кольцо 306 электрически соединено с проводником 112. Таким образом, штифт 206, охватывающее проводящее кольцо 306 и проводник 112 совместно обеспечивают возможность передачи электрических сигналов от, например, охватываемой вставки 106 к охватывающей вставке 108.
[00024] На фиг. 4A система 100 обеспечения связи в бурильной трубе представлена в разрезе по линии А-А. На фиг. 4B система 100 обеспечения связи в бурильной трубе представлена в разрезе по линии В-В. Как показано на фиг. 4A-4B, изолированная труба 104 расположена внутри бурильной трубы 402 и, в целом, концентрически с ней. Внутри изолированной трубы 104 имеется центральное пространство 401. Центральное пространство 401 обеспечивает возможность транспортировки текучих сред, оборудования и других объектов через систему 100 обеспечения связи в бурильной трубе. Таким образом, система 100 обеспечения связи в бурильной трубе обеспечивает возможность передачи данных, связанных, например, с глубиной положения и телеметрией инструмента, без перегораживания или иного уменьшения размеров центрального пространства 401.
[00025] Как показано на фиг. 4A-4B, охватываемую вставку 106 вставляют в охватывающий конец 403 бурильной трубы 402, а охватывающую вставку 108 вставляют в охватываемый конец 405 бурильной трубы 402. Охватываемая вставка 106 расположена встык с первым концом 200 (показано на фиг. 1) изолированной трубы 104, а охватывающая вставка 108 расположена встык со вторым концом 300 (показано на фиг. 1) изолированной трубы 104. Проводник 112 проходит по всей длине изолированной трубы 104 между охватываемой вставкой 106 и охватывающей вставкой 108. Таким образом, проводник 112, охватываемая вставка 106 и охватывающая вставка 108 совместно обеспечивают возможность передачи электрических сигналов вдоль бурильной трубы 402. В корпусе 202 охватываемой вставки 106 расположена первая компрессионная муфта 404. Первая компрессионная муфта 404 расположена вокруг проводника 112. В типовом варианте осуществления первая компрессионная муфта 404 предотвращает проникновение, например, воды или бурового раствора внутрь охватываемой вставки 106. В корпусе 302 охватывающей вставки 108 расположена вторая компрессионная муфта 406. Вторая компрессионная муфта 406 расположена вокруг проводника 112. В типовом варианте осуществления вторая компрессионная муфта 406 предотвращает проникновение, например, воды или бурового раствора внутрь охватывающей вставки 108.
[00026] Как показано на фиг. 4A-4B, на внутренней поверхности бурильной трубы 402, вблизи охватывающей вставки 108, расположено первое уплотнение 408. В типовом варианте осуществления первое уплотнение 408 содержит одинарное уплотнительное кольцо, однако в альтернативных вариантах осуществления первое уплотнение 408 может содержать двойное уплотнительное кольцо, уплотнительную прокладку или другие уплотнительные элементы, определяемые требованиями конструкции. В рабочем режиме первое уплотнение 408 предотвращает проникновение, например, текучих сред или других загрязнителей внутрь бурильной трубы 402 в месте расположения охватывающей вставки 108. На внутренней поверхности бурильной трубы 402, вблизи охватываемой вставки 106, расположено второе уплотнение 410. В типовом варианте осуществления второе уплотнение 410 содержит одинарное уплотнительное кольцо, однако в альтернативных вариантах осуществления второе уплотнение 410 может содержать двойное уплотнительное кольцо, уплотнительную прокладку или другие уплотнительные элементы, определяемые требованиями конструкции. В рабочем режиме второе уплотнение 410 предотвращает проникновение, например, текучих сред или других загрязнителей внутрь бурильной трубы 402 в месте расположения охватываемой вставки 106. На внутренней поверхности охватывающей вставки 108 расположено третье уплотнение 412. В типовом варианте осуществления третье уплотнение 412 содержит двойное уплотнительное кольцо, однако в альтернативных вариантах осуществления третье уплотнение 412 может содержать одинарное уплотнительное кольцо или другие уплотнительные элементы, определяемые требованиями конструкции. В рабочем режиме третье уплотнение 412 расположено вокруг внешней поверхности охватываемой вставки 106 и предотвращает проникновение, например, текучих сред или других загрязнителей внутрь бурильной трубы 402 в месте расположения соединения между охватываемой вставкой 106 и охватывающей вставкой 108.
[00027] На фиг. 5A представлена в аксонометрии в разобранном виде охватывающая вставка 108 с иллюстрацией ее соединения с бурильной трубой 402. На фиг. 5B представлена в аксонометрии в разобранном виде изолированная труба 104 с иллюстрацией ее соединения с бурильной трубой 402. На фиг. 5C представлена в аксонометрии в разобранном виде охватываемая вставка 106 с иллюстрацией ее соединения с бурильной трубой 402. Как будет видно из фиг. 5A-5C, система 100 обеспечения связи в бурильной трубе может быть использована в сочетании с уже существующими бурильными трубами. Таким образом, система 100 обеспечения связи в бурильной трубе позволяет дооборудовать ранее не имевшие проводки бурильные трубы для обеспечения возможности передачи данных.
[00028] Как показано на фиг. 5A, охватывающую вставку 108 вставляют в охватываемый конец 405 бурильной трубы 402. Для закрепления охватывающей вставки 108 в бурильной трубе 402 используют первые крепежные элементы 502 или прессовую посадку. В типовом варианте осуществления первые крепежные элементы 502 могут представлять собой, например, нажимные винты, однако в других вариантах осуществления первые крепежные элементы 502 могут представлять собой, например, шпильки, заклепки или любые другие подходящие крепежные элементы, соответствующие требованиям конструкции. Как показано на фиг. 5B, изолированную трубу 104 вставляют в охватывающий конец 405 бурильной трубы 402. Как было описано выше, в изолированной трубе 104 выполнен желоб 110, содержащий проводник 112. Проводник 112 электрически соединен с охватывающей вставкой 108. В типовом варианте осуществления ввод изолированной трубы 104 производят после ввода охватывающей вставки 108. Как показано на фиг. 5C, охватываемую вставку 106 вставляют в охватывающий конец 405 бурильной трубы 402. Для закрепления охватываемой вставки 106 в бурильной трубе 402 используют вторые крепежные элементы 504 или прессовую посадку. В типовом варианте осуществления вторые крепежные элементы 504 могут представлять собой, например, нажимные винты, однако в других вариантах осуществления вторые крепежные элементы 504 могут представлять собой, например, шпильки, заклепки или любые другие подходящие крепежные элементы, соответствующие требованиям конструкции.
[00029] На фиг. 6 представлено в разрезе соединение, например, между охватывающим концом 403 бурильной трубы 402 и охватываемым концом 604 смежной с нею бурильной трубы 602. Как показано на фиг. 6, охватываемый конец 604 содержит, например, наружную резьбу 606, а охватывающий конец 403 содержит, например, внутреннюю резьбу 608. Охватываемая вставка 106 расположена внутри охватывающего конца 403, а охватывающая вставка 108 расположена внутри охватываемого конца 604. При ввинчивании наружной резьбы 606 во внутреннюю резьбу 608 штифт 206 входит в соприкосновение с охватывающим проводящим кольцом 306, расположенным в желобе 308, тем самым обеспечивая электрическое соединение между бурильной трубой 402 и смежной с нею бурильной трубой 602. Такое электрическое соединение обеспечивает возможность передачи, например, данных измерений, телеметрии и другой информации, собранной скважинным снарядом, например, на наземные приборы.
[00030] Специалисту в данной области должны быть очевидны преимущества системы 100 обеспечения связи в бурильной трубе. Во-первых, система 100 обеспечения связи в бурильной трубе обеспечивает наличие непрерывной проводной линии для передачи электрических сигналов, например, от скважинного инструмента на наземное бурильное оборудование, через проводник 112, штифт 206 и охватывающее проводящее кольцо 306. Во-вторых, система 100 обеспечения связи в бурильной трубе обеспечивает возможность прохождения текучих сред, оборудования и других объектов по центральному пространству 401. В-третьих, изолирующая труба 104, содержащая проводник 112, штифт 206 и охватывающее проводящее кольцо 306, может быть установлена в процессе изготовления бурильной трубы 402 или после изготовления бурильной трубы. В связи с этим система 100 обеспечения связи в бурильной трубе обеспечивает возможность оборудования или дооборудования существующей бурильной трубы 402.
[00031] На фиг. 7 представлена блок-схема процесса 700 установки системы 100 обеспечения связи в бурильной трубе. Процесс 700 начинают на шаге 702. На шаге 704 производят сборку охватывающего проводящего кольца 108 и его соединение с проводником 112. На шаге 706 производят установку и закрепление охватывающей вставки 108 во охватываемом конце 405 бурильной трубы 402. На шаге 708 в охватывающий конец 403 бурильной трубы 402 вставляют изолированную трубу 104. На шаге 710 производят сборку охватываемой вставки 106 и ее соединение с проводником 112. На шаге 712 производят установку и закрепление охватываемой вставки 106 в охватывающем конце 403 бурильной трубы 402. На шаге 714 процесс завершают.
[00032] Хотя предыдущее описание охватывает конкретные варианты осуществления способа и системы по настоящему изобретению, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах, следует понимать, что изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, но допускает различные изменения, модификации и замены элементов, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного в настоящей заявке. Настоящее описание и примеры осуществления изобретения следует рассматривать как приведенные исключительно в иллюстративных целях.