Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем
Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем предназначен для использования в качестве антенны-диполя и входит в состав бурильной колонны. Выполнен из двух цилиндрических трубных электродов, разделенных между собой диэлектрической вставкой. Соответствие конструкции критериям полезной модели обеспечено наличием в качестве одного электрода бурильной трубы, на которую коаксиально надета и жестко зафиксирована через электроизоляционную с высокими диэлектрическими свойствами втулку вторая труба, являющаяся вторым электродом. Обладает повышенными потребительскими свойствами. 1 н.п.ф., 1 ил.
Полезная модель относится к бурению и может быть использована в качестве составной части (излучателя) бескабельных телеметрических систем, использующихся в процессе бурения и, в частности, для контроля навигационных параметров траектории ствола скважин с использованием беспроводного электромагнитного канала связи через разбуриваемые породы.
Для передачи информации о параметрах бурения (в том числе инклинометрических) используются различные каналы связи, в том числе: кабельный, гидравлический, электромагнитный, акустический. Каждый из этих каналов имеет свои преимущества (недостатки) и все они в той или иной степени освоены практикой бурения. Причем, если зарубежные пользователи применяют главным образом забойные телесистемы с гидравлическим каналом связи, то в отечественной теории и практике проведения сложноориентированных скважин, в том числе и горизонтальных, широко используются телесистемы с электромагнитным (беспроводным) каналом связи [1].
Электромагнитный канал связи организуется при передаче электрических колебаний с забоя скважины, источником которых является забойный генератор, нагруженный на два изолированных друг от друга электрода. Между электродами создается электрическое поле, которое, распространяясь по колонне бурильных труб и по окружающей скважину породе, достигает поверхности земли. На поверхности, между колонной бурильных труб и электродом, заглубленным в землю, возникает разность потенциалов, которая в общем случае зависит от тока и частоты электрического сигнала, генерируемого между электродами на забое, геометрических размеров
электродов и изолированного участка, диэлектрических свойств изолятора и сопротивления горных пород.
Надежный прием сигналов с забоя возможен при соответствующей мощности генератора. Увеличение дальности приема можно добиться повышением чувствительности приемной аппаратуры с соответствующими фильтрами и снижением уровня помех. Дальность надежной передачи информации с забоя по каналу связи может быть увеличена также снижением частоты сигналов до частот менее одного герца.
Теоретически и практически вопросы надежной передачи информации с забоя и ее приема на поверхности с использованием электромагнитного канала связи (ЭКС), можно сказать, достаточно полно решены отечественными разработчиками и практиками, о чем свидетельствует обширная техническая литература [1...5]. Тем не менее, есть и нерешенные проблемы, которые ограничивают широкое внедрение скважинных телесистем, использующих ЭКС. Одной из таких проблем является ограниченный срок службы (эксплуатации) корпусов с электроизоляционной вставкой (изолятором). Проблема эта особенно актуальна при роторном способе бурения скважин, когда к элементам забойных телесистем, и в частности к несущим корпусам, предъявляются повышенные требования к их механической прочности на растяжение и крутящий момент.
Из наиболее известных отечественных разработок [1, стр.291-304], широко применяемых в массовом бурении сложноориентированных, в том числе и горизонтальных, скважин, являются забойные телесистемы типа ЗИС-4 (ВНИИГИС, Башкортостан, г.Октябрьский) или ее модификация ЗИС-4М, выпускаемая ОАО ИПФ «Сибнефтеавтоматика» (г.Тюмень). Электрический разделитель бурильной колонны этих телесистем состоит из двух трубных элементов, жестко соединенных между собой конической резьбой, в зазоре которой между резьбовыми поверхностями обоих элементов размещен электроизоляционный материал. На наружной поверхности соединенных между собой элементов размещено электроизоляционное покрытие. Естественно, что
при бурении основным ограничением по нагрузке (на растяжение и на крутящий момент) является резьбовое (через электроизоляционный материал) соединение двух трубных элементов, которое, как показывает практика, критично при турбинном бурении в режиме проворачивания бурильной колонны и особенно при роторном бурении в режиме непрерывного вращения бурильной колонны.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому электрическому разделителю (излучателю) для скважинных телесистем является электрический разделитель колонны бурильных труб по патенту на полезную модель [6], включающий верхнюю и нижнюю части корпуса, соединенные между собой коническим резьбовым участком с диэлектрическим покрытием и цилиндрические слои электроизоляционного материала на наружной и внутренней поверхностях.
Длительная практика геофизических служб по эксплуатации известного объекта показала, что попытка использования этой конструкции при роторном бурении скважины или частые проворачивания бурильной колонны в стволе скважины при турбинном бурении резко сокращают срок службы электрического разделителя как излучающей антенны-диполя из-за повреждения или полного разрушения диэлектрического материала, по резьбовому, со вставкой-изолятором, сочленению его частей вследствие несовершенства фиксации частей корпуса от взаимного углового смещения и (или) развинчивания.
Требуемый технический результат, иначе - цель создания заявляемой конструкции электрического разделителя (излучателя) для скважинных телесистем как излучающей антенны - это обеспечение механической прочности изделия при его использовании в турбинном (с проворотом бурильной колонны) и роторном способах бурения, иначе - обеспечение повышенных потребительских свойств, таких как долговечность, надежность, ремонтопригодность, причем без усложнения технологии и увеличения затрат на изготовление.
Поставленная цель (иначе - требуемый технический результат) достигается тем, что в известном электрическом разделителе для скважинных телесистем, содержащем, два цилиндрических трубных электрода, разделенных между собой диэлектрической вставкой, одним электродом является бурильная труба, на которую коаксиально надета и жестко зафиксирована через электроизоляционную с высокими диэлектрическими свойствами втулку вторая труба, являющаяся вторым электродом.
Дополнительным отличием заявляемого, электрического разделителя (излучателя) для скважинных телесистем является то, что электроды (первый и второй) выполнены из немагнитного материала.
Вторым дополнительным отличием электрического разделителя (излучателя) для скважинных телесистем является то, что электроды (первый и второй) и электроизоляционная втулка расположены относительно друг друга соосно и таким образом, что их центры масс совпадают, причем всегда длина электроизоляционной втулки меньше длины первого электрода, но больше длины второго электрода.
Требуемый технический результат в совокупности существенных признаков объекта обеспечен наличием в нем вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами предполагает соответствие заявляемого объекта критериям новизны и изобретательского уровня при очевидной возможности промышленного применения.
На рисунке изображена конструкция заявляемого электрического
разделителя (излучателя) для скважинных телесистем (с разрезом по оси O-O).
Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем (см. рисунок) из цельной бурильной трубы 1 из немагнитного материала с присоединительными резьбами на ее концах (на рисунке не показаны), на которую коаксиально надета и жестко зафиксирована через
электроизоляционную с высокими диэлектрическими свойствами втулку 2 вторая труба 3 из немагнитного материала, являющаяся вторым электродом.
Изделие работает следующим образом. Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем устанавливают с помощью резьбовых соединений в колонну бурильных труб. В процессе бурения информация с электронного блока (на рисунке не показан), размещенного внутри бурильной трубы 1 (первого электрода) передается на поверхность. Трубные электроды 1 и 3, (первый и второй), разделенные между собой электроизоляционной втулкой, выполняют функцию излучателя передающего устройства, входящего в состав электронного блока.
Такая конструкция электрического разделителя (излучателя) при несомненной технологичности его изготовления полностью сохраняет целостность и прочностные характеристики несущей конструкции колонны бурильных труб.
Изготовленные таким образом электрические разделители (излучатели) для скважинных телесистем, прошедшие предварительные испытания, показали, что требуемый технический результат обеспечивается в полной мере, заявляемый объект соответствует критериям полезной модели и в связи с этим подлежит защите соответствующим охранным документом РФ на промышленную собственность.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1. Молчанов А.А., Абрамов Г.С. Бескабельные измерительные системы для исследований нефтегазовых скважин (теория и практика)/ Под общ. ред. А.А. Молчанова. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004. - 516с.
2. Молчанов А.А., Лукьянов Э.Е., Рапин В.А. Геофизические исследования горизонтальных скважин: учебное пособие. - С.-Петербург: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), 2001, 298с.
3. РФ, патент на ИЗ №2232829, С1 МПК7 Е21В 47/12, приоритет 15.12.2002.
4. РФ, патент на ИЗ №2232890, С1 Кл7 . Е21 47/12, приоритет 04.01.2003.
5. РФ, патент на ИЗ №2307931, С1 МПК Е21 47/12, приоритет 27.01.2006.
6. РФ, свидетельство на ПМ, №17196, М. Кл7. Е21В 47/00, приоритет 23.10.2000, прототип.
1. Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем, содержащий два цилиндрических трубных электрода, разделенных между собой диэлектрической вставкой, отличающийся тем, что одним электродом является бурильная труба, на которую коаксиально надета и жестко зафиксирована через электроизоляционную с высокими диэлектрическими свойствами втулку вторая труба, являющаяся вторым электродом.
2. Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из немагнитного материала.
3. Электрический разделитель (излучатель) для скважинных телесистем по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электроды (первый и второй) и электроизоляционная втулка расположены относительно друг друга соосно и таким образом, что их центры масс совпадают, причем всегда длина электроизоляционной втулки меньше длины первого электрода, но больше длины второго электрода.
