Устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и их передачи на земную поверхность по электромагнитному каналу связи
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. Решаемая задача заключается в повышении надежности конструкции устройства, увеличении ресурса и снижении себестоимости работы. В устройстве, содержащем забойную телеметрическую систему (ЗТС) с приемно-обрабатывающим устройством, и включающую бурильную колонну, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, а также установленный непосредственно над долотом измерительный наддолотный модуль (НДМ), содержащий 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 электронные схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, в качестве корпуса НДМ 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 НДМ и соединен с долотом.
Предполагаемая 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.
Известна конструкция гидравлического забойного двигателя, с помещенным на валу этого двигателя устройством для измерения параметров эксплуатации двигателя в процессе бурения.
Известное устройство для измерения параметров эксплуатации гидравлического забойного двигателя с долотом состоит из корпуса и электронного модуля, содержащего элемент питания и электронный блок, выполненный на плате. Электронный блок и элемент питания установлены внутри цилиндрического пенала. С торцов пенал закрывается крышками. Пенал посредством пробки устанавливается и закрепляется в посадочном отверстии карданного вала гидравлического забойного двигателя. Двигатель опускают в скважину. При запуске его в работу вал карданного двигателя начинает вращаться, одновременно совершая колебания. При этом происходит синхронное вращение и колебания корпуса устройства с карданным валом двигателя. Микроконтроллер по заданному алгоритму управляющей программы обрабатывает сигналы с акселерометра, расшифровывает события акселерометра, отфильтровывая полезную информацию, и производит регистрацию в микросхеме энергонезависимой памяти данных о частоте колебаний вала двигателя, данных датчика температуры и даты со временем записи от таймера календарного времени (пат. РФ на полезную модель 
131076, опубл. 10.08.2013 г.).
Недостаток устройства заключается в следующем.
Измерительные датчики, входящие в электронную схему известного устройства, предназначены для измерения ограниченного числа параметров, таких как, температура и частота колебаний вала двигателя. При этом данные о пространственной ориентации двигателя не передаются на поверхность в реальном моменте времени, а записываются в память и считываются после поднятия двигателя на поверхность.
Очевидно, что такое устройство не может обеспечивать получения в реальном времени информации 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 и других параметрах, измеряемых в процессе бурения.
Известно устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи (пат. РФ на полезную модель 27839, опубл. 20.02.2003 г., принят в качестве прототипа к заявляемому устройству).
Известное устройство содержит забойную телеметрическую систему (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 измерительный наддолотный модуль (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 базовой телесистемой (ЗТС), передаются на поверхность в реальном времени по мощному беспроводному электромагнитному каналу связи этой телесистемы.
Недостаток известного устройства заключается в следующем.
Конструкция НДМ предусматривает размещение электронных схем в выемках его корпуса, которые с внешней стороны защищены кожухом, являющимся центральным электродом. Поскольку НДМ жестко связан с валом шпинделя забойного двигателя и с долотом, то в процессе вращения вместе с ними во время бурения, корпус, а в особенности кожух, подвергаются истиранию при соприкосновении с выбуриваемой породой, в результате чего происходит разгерметизация полостей, в которых находятся электронные платы, что значительно снижает ресурс работы устройства, приводит к вынужденной замене дорогостоящего НДМ и повышению себестоимости измерений.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности конструкции устройства для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения, увеличение ресурса и снижение себестоимости работы.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и их передачи на земную поверхность по электромагнитному каналу связи, содержащем забойную телеметрическую систему (ЗТС) с приемно-обрабатывающим устройством, и включающую бурильную колонну, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, а также установленный непосредственно над долотом измерительный наддолотный модуль (НДМ), содержащий 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 электронные схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, в отличие от известного, в качестве корпуса НДМ 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 НДМ и соединен с долотом.
На фиг. 1 представлена компоновка устройства в составе с ЗТС.
На фиг 2 дан разрез устройства.
Применяемые для вращения долота при бурении скважин гидравлические забойные двигатели, в основном содержат корпус с размещенным внутри него ротором, вращение которого осуществляется насосной подачей текучей среды, корпус шпинделя с размещенным внутри него валом, установленным на упорно-радиальных подшипниках, а также на верхней и нижней радиальных опорах скольжения, вал шпинделя соединен приводным валом с ротором и скреплен с долотом (пат. РФ 2355860, опубл. 20.05.2009 г.)
Заявляемое устройство расположено внизу удлиненного корпуса шпинделя 1 забойного двигателя 2 вблизи долота 3. Вал 4 пропущен внутри корпуса шпинделя 1 и соединен с долотом 3 (фиг. 1 и фиг. 2). Над забойным двигателем 2 установлены электрический разделитель 5 и ЗТС 6 (фиг. 1).
В выемках 7 корпуса 1 расположены электронные схемы и измерительные датчики, которые загерметизированы кожухом 8, представляющим собой электрод с изоляторами 9 с двух сторон. Поз. 10 - уплотнительные кольца.
Особенность новой конструкции заключается в том, что корпус 1 выполнен удлиненным с возможностью размещения в его выемках 7 электронных схем. Во всю его длину проходит вал 4 шпинделя 1 забойного двигателя 2 и может свободно вращаться внутри корпуса 1.
Во время работы при вращении долота 3 вместе с валом 4 частота их оборотов достигает значительной величины, но обороты вращения корпуса шпинделя 1 (НДМ) являются минимальными, при этом уменьшается контактное трение корпуса о стенки скважины.
Покрытие корпуса значительно меньше изнашивается, электронные схемы не подвергаются воздействию агрессивной среды, что значительно увеличивает ресурс работы и снимает необходимость частой замены НДМ.
Во время работы измеряемые устройством параметры кодируются и передаются путем излучения электродом (кожух) 8 модуля в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи, образованному с помощью электрического разделителя 5, на электрический разделитель (на фиг. не показан) основной телесистемы ЗТС 6, где принимаются, усиливаются, фильтруются, декодируются и вместе с другими параметрами, измеряемыми ЗТС 6, передаются на поверхность в реальном времени по мощному беспроводному электромагнитному каналу связи этой ЗТС.
Устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и их передачи на земную поверхность по электромагнитному каналу связи, содержащее забойную телеметрическую систему (ЗТС) с приемно-обрабатывающим устройством и включающую бурильную колонну, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, а также установленный непосредственно над долотом измерительный наддолотный модуль (НДМ), содержащий 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 электронные схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, отличающееся тем, что в качестве корпуса НДМ служит корпус шпинделя забойного двигателя, который выполнен удлиненным, и в нем выполнены выемки для размещения электронных схем, измерительных датчиков, источника питания и передающего устройства, вал указанного шпинделя также изготовлен удлиненным, пропущен внутри корпуса НДМ и соединен с долотом.
