НАДДОЛОТНЫЙ МОДУЛЬ
NEAR-BIT MODULE

Изобретение относится к области промысловой геофизики, а именно к устройствам для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и передачи их на поверхность.
Известен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным каналом, закрепленное в нем устройство для передачи сигналов измерения из скважины, связанное электрически с источником питания, а также с измерительными датчиками, при этом источник питания, датчики размещены в герметичных полостях корпуса (патент RU2591997, кл. E21B 47/017, опуб., 20.07.2016).
В известном модуле устройство для передачи сигналов измерений имеет электромагнитный канал связи. Недостаток известного устройства заключается ограниченной дальности действия (из-за свойств геологического разреза), причем имеется существенная зависимость дальности действия от материала бурильных труб. Кроме того, известное устройство не может быть использовано для проведения исследований в море и в соленосных отложениях. В процессе эксплуатации известного наддолотного модуля слой из изоляционного материала, который представляет собой сплошное покрытие, нанесенное на корпус прибора, подвергаясь разрушительному воздействию динамических нагрузок во время бурения, растрескивается, происходит его отслаивание от корпуса, при этом электрическая изоляция центрального электрода нарушается, и устройство выходит из строя.
Указанный недостаток снижает надежность устройства и уменьшает ресурс работы модуля.
Технической проблемой является создание модуля без ограничений его использования в разных средах, в том числе в море и соленосных отложениях, при обеспечении повышенной эксплуатационной надежности, позволяющей увеличить срок эксплуатации.
Технический результат заключается в повышении срока эксплуатации устройства за счет повышения его надежности, при эксплуатации в различных геологических средах без ограничений.
Проблема решается, а технический результат достигается тем, что наддолотный модуль содержит корпус с центральным промывочным каналом, закрепленное в нем устройство для передачи сигналов измерения из скважины, связанное электрически с источником питания, а также с измерительными датчиками, при этом источник питания и датчики размещены в герметичных полостях корпуса, при этом устройство для передачи сигналов выполнено гидроакустическим в виде пьезоакустического излучателя, расположенного в центральном промывочном канале с возможностью передачи акустического сигнала по буровому раствору, датчики электрически связаны с коммутатором, передающим электрические сигналы на кодировщик передатчика, формирующего закодированные электрические сигналы для возбуждения акустического излучателя, а герметичные полости выполнены в виде углублений на наружной поверхности корпуса, загерметизированных при помощи наружной цилиндрической втулки и уплотнительных колец, установленных в кольцевых канавках корпуса, при этом излучатель расположен внутри тела, обтекаемое буровым раствором, имеющего радиальное глухое отверстие, в котором установлена часть коммутационной герметизированной втулки, другая часть которой расположена в радиальном сквозном канале корпуса, а в сквозном отверстии втулки расположены электрические проводники связи излучателя с источником питания и с кодировщиком передатчика.
Технический результат достигается также тем, что тело, обтекаемое буровым раствором, может быть выполнено в виде цилиндрического основания с центральным выступом, диаметр которого меньше диаметра основания, при этом цилиндрическое основание установлено в посадочном отверстии корпуса, в цилиндрическом основании выполнены сквозные осевые каналы для прохода бурового раствора, глухое радиальное отверстие, в котором расположена коммутационная втулка, выполнено в цилиндрической поверхности основания, а излучатель расположен в полости центрального выступа.
Технический результат достигается также тем, что цилиндрическое основание одним своим плоским торцом может контактировать с упором корпуса, а другой ее плоский торец поджат упорной втулкой со сквозным отверстием, зафиксированной относительно корпуса.
Изобретение поясняется при помощи чертежа, на котором показан продольный разрез наддолотного модуля.
Описываемый наддолотный модуль содержит корпус 1 с центральным промывочным каналом 2. В канале 2 установлено и закреплено гидроакустическое устройство 3 для передачи сигналов, выполненное в виде пьезоакустического излучателя. В герметичных полостях 4 корпуса 1 размещены датчики 5, измеряющие температуру, углы отклонения, гамма-фон, силы на долоте и т.п.Датчики 5 электрически связаны с коммутатором 6, передающим электрические сигналы на кодировщик передатчика, формирующего закодированные электрические сигналы для возбуждения акустического излучателя 7. Герметичные полости 4 выполнены в виде углублений на наружной поверхности корпуса 1. Полости 4 загерметизированы при помощи наружной цилиндрической втулки 8 и уплотнительных колец 9, установленных в кольцевых канавках корпуса 1.
Излучатель 7 расположен внутри тела, обтекаемое буровым раствором 10, имеющего радиальное глухое отверстие 11, в котором установлена часть коммутационной герметизированной втулки 12. Другая часть втулки 12 расположена в радиальном сквозном канале 13 корпуса 1. В сквозном отверстии втулки 12 расположены электрические проводники (на чертеже не показаны) связи излучателя 7 с источником питания 14 и с кодировщиком передатчика.
Тело, обтекаемое буровым раствором 10 выполнено в виде цилиндрического основания 15 с центральным выступом 16, диаметр которого меньше диаметра основания 15. Цилиндрическое основание 15 установлено в посадочном отверстии 16 корпуса 1. В цилиндрическом основании 15 выполнены сквозные осевые каналы 17 для прохода буровой жидкости. Глухое радиальное отверстие 11 выполнено в цилиндрической поверхности основания 15, а излучатель 7 расположен в полости 18 центрального выступа 16.
Цилиндрическое основание 15 одним своим плоским торцом контактирует с упором 19 корпуса 1, а другой ее плоский торец поджат упорной втулкой 20 со сквозным отверстием 21, зафиксированной относительно корпуса 1. Фиксация упорной втулки 20 осуществлена за счет ее выполнения в виде резьбовой гайки.
Описываемое устройство используется следующим образом. Корпус 1 наддолотного модуля установлен непосредственно над долотом и соединен с приводным валом забойного двигателя.
Датчики, распложенные в корпусе 1 измеряют необходимые параметры (температуру, углы отклонения, гамма-фон и т.п.), передают их на коммутатор 6, с которого информация приходит на кодировщик передатчика, формирующего электрические сигналы для возбуждения акустического излучателя 7. Излучатель 7 передает закодированную акустическую информацию непосредственно в буровой раствор, проходящий центральному промывочному каналу 2, по которому акустические импульсы проходят до приемно-обрабатывающего устройства, сопряженного с забойной телеметрической системой ЗТС (акустического приемника, декодировщика и коммутатора, не показанных на чертеже). ЗТС по собственному каналу связи передает полученную информацию на наземную станцию.
Излучатель и приемник канала выполнены акустически согласованными со средой передачи, термо-баро-абразиво- и вибростойкими.
Рабочий частотный диапазон и специальное ПО обеспечивают надежную связь в условиях высокого уровня акустического шума-работы долота, вала забойного двигателя, а также кавитационного шума бурового раствора.
Выполнение устройства передачи сигналов гидроакустическим позволяет отказаться от использования электрических проводников, изоляция которых не является надежной и устойчивой к абразивному воздействию. Низкая надежность изоляции не позволяет использовать такие устройства при проведении исследований в море и в соленосных отложениях. Передача сигнала по буровому раствору обеспечивает надежную передачу сигналов в любых условиях эксплуатации.
Использование втулки 8 позволяет в течение всего срока эксплуатации обеспечить надежность герметизации полостей 4, в которых размещены все электрические элементы и источник питания 14.
Использование коммутационной втулки 12 обеспечивает целостность электрических проводников, расположенных в ее сквозном отверстии при возможных подвижках элементов внутри корпуса 1, а ее герметизация, например, при помощи уплотнительных колец, расположенных в наружных канавках втулки 12, обеспечивает надежность работы электрических элементов при возможных деформациях корпуса 1.
Тело, обтекаемое буровым раствором 10 снижает сопротивление потоку бурового раствора, уменьшая износ поверхностей и обеспечивая требуемый ресурс изделия.
Выполнение тела, обтекаемое буровым раствором 10, в виде цилиндрического основания 15 с центральным выступом 16 упрощает установку тела, обтекаемого буровым раствором 10, в требуемое положение внутри промывочного канала 2 с точки зрения минимального сопротивления потоку, а установка в упор 19 обеспечивает совпадение отверстий 11 и 13 при каждой смене устройства передачи сигналов. Поджатие упорной втулкой 20 обеспечивает надежность фиксации устройства передачи сигналов и предотвращает искажение акустических сигналов при возможных перемещениях устройства во время его эксплуатации.
Таким образом, использование описанного модуля позволяет обеспечить его эксплуатацию без ограничений его использования в разных средах, в том числе в море и соленосных отложениях, а также обеспечить повышенную эксплуатационную надежность, позволяющую увеличить срок эксплуатации.