ЗАБОЙНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 1998 года по МПК E21B47/12 

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения забойных параметров в процессе бурения скважин и передачи их на поверхность по электромагнитному каналу связи.

Известна забойная телеметрическая система ЗИС-4 с электромагнитным каналом связи, предназначенная для измерения угла наклона азимута скважин, ориентации и частоты вращения забойного двигателя [1]
Недостатком этой системы является большая металлоемкость, невозможность включения в компоновку забойной аппаратуры датчиков измерения геофизических параметров пород.

Известна также система измерения забойных параметров в процессе бурения (MWD) фирмы Geoservices с электромагнитным каналом связи [2] Датчики этой системы позволяют измерять зенитный угол, азимут, угол ориентации компоновок, температуру, давление, а также получать данные гамма-каротажа и электрокаротажа. Система выпускается трех типоразмеров по диаметру скважинного прибора, имеет разъемы, позволяющие транспортировать ее узлы длиной до 6 м.

Недостатком телесистемы фирмы Geoservices является большая жесткость конструкции, которая не позволяет бурить скважины с радиусом траектории меньше 70 м, а также тяжелый корпус (до 0,5 тонны), который требует специально оборудованных транспортных средств, и не может транспортироваться обыкновенными пассажирскими транспортными средствами, что резко ограничивает возможности применения и повышает стоимость эксплуатации телесистем, особенно в труднодоступных районах проведения буровых работ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является телеметрическая система "Забой", имеющая модульную компоновку и содержащая модули технологических, геофизических и инклинометрических преобразователей, турбогенератор, модуль передающего устройства, электрический разделитель [3] Однако телесистема "Забой" также не позволяет бурить скважины с радиусом кривизны меньше 70 м, так как корпус телесистемы не выдерживает деформаций, возникающих под действием изгибающих нагрузок.

Кроме того, электрический разделитель телесистемы "Забой" выполнен в виде отдельного элемента компоновки совместно с модулем управления и связи и помещен в верхней части системы, поэтому для обеспечения канала связи при бурении непосредственно изо-обсадной колонны требуется обеспечить расположение разделителя ниже башмака обсадной колонны. То есть необходимо безориентированное бурение дополнительных 10 м ниже башмака колонны с целью выхода разделителя телесистемы в открытый ствол, что снижает технико-экономические показатели бурения горизонтальных скважин.

Предполагаемое изобретение решает задачу повышения надежности проводки и исследования скважин с малым радиусом кривизны, в частности скважин малого диаметра, а также обеспечение возможности извлечения измерительных блоков в случаях прихвата бурового инструмента.

Поставленная задача решается описываемой телеметрической системой, включающей бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель и забойный двигатель.

Новым является то, что диаметры корпуса измерительных модулей и блока питания выполнены меньше внутреннего диаметра бурильной колонны, длина модулей l выполнена равной соотношению где R минимальный радиус траектории скважины; h половина разности внутреннего диаметра бурильной трубы и наружного диаметра корпуса измерительных модулей, а электрический разделитель выполнен в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом блок питания, измерительные и передающие модули соединены между собой гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями, причем в качестве связей между модулями могут быть использованы гибкие в радиальном направлении металлические трубы диаметром меньше диаметра корпуса модулей. Внутри труб размещены электрические провода, осуществляющие электрическую связь между модулями, у основания модулей установлены центраторы. Кроме того, электрический контакт с низом бурильной колонны выполнен скользящим.

Представленные рисунки поясняют суть предложения, где на фиг. 1 изображена предлагаемая забойная телеметрическая система при работе в скважинных условиях; на фиг. 2 положение модулей и гибких связей в бурильной трубе при минимальном радиусе искривления траектории ствола скважины.

Забойная телеметрическая система содержит блок питания (турбогенератор) 1, модуль управления и связи (передающее устройство) 2, модуль инклинометрии 3, штанговый электрический разделитель 4, подвижный электрический контакт 5 с низом бурильной колонны, соединенные между собой гибкими связями 6.

Между модулем инклинометрии 3 и штанговым электрическим разделителем 4 или модулем передающего устройства 2 устанавливается измерительный модуль геофизических параметров (на фиг. не показан).

Все модули размещены внутри стандартной легкосплавной бурильной трубы 7, отцентрированы с помощью подвижных центраторов 8 и зафиксированы в специальном переводнике 9. На легкосплавную трубу 7 навернут колонный электрический разделитель 10, выполненный в виде переводника с возможностью размещения внутри его подвижного электрического контакта 5, ниже навернуты забойный двигатель 11 и долото 12. Забойная телеметрическая система спускается в скважину на бурильных трубах 13, минимальный внутренний диаметр которых больше наружного диаметра корпуса модулей. Наземное оборудование 14 обеспечивает прием и выдачу информации о забойных параметрах.

На фиг. 2 показано положение модулей и гибких связей внутри легкосплавной бурильной трубы при максимальном искривлении ствола скважины, поясняющее выбор оптимальной длины корпуса модулей при заданном наружном диаметре модулей. Из фиг. 2 видно, что компоновка системы конструктивно выполнена таким образом, что исключает деформации корпусных деталей модулей под действием изгибающих нагрузок. Изгибающие нагрузки воспринимаются гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями. Поэтому гибкие связи целесообразно изготавливать из тонкостенных металлических труб, диаметр которых меньше диаметра корпусных деталей. Например, при бурении скважины с использованием легкосплавных бурильных труб диаметром 108 мм с внутренним диаметром в месте расположения приборов 90 мм при диаметре корпуса модулей 54 мм и минимальной радиусе траектории ствола R=12 м длина l модулей должна быть не более:

где

тогда

Таким образом, с целью исключения изгибающих нагрузок на корпус модулей, их длина при данных условиях не должна превышать 1314 мм.

Сборка забойной телеметрической системы осуществляется следующим образом. На забойный двигатель 11 с навернутым долотом 12 наворачивают колонный электрический разделитель 10, немагнитную стандартную бурильную трубу 7, специальный переводник 9. Внутрь немагнитной трубы последовательной спускают штанговый электрический разделитель 4, модули системы и турбогенератор, соединенные между собой гибкими связями с центраторами, генератор 1 пространственно фиксируется в специальном переводнике 9. Подбором длины гибких связей подвижный контакт 5 размещается в корпусе колонного разделителя 10 так, чтобы он обеспечил контакт с нижней частью колонны. Далее на бурильных трубах системы спускается на забой скважины.

Система работает следующим образом.

После спуска инструмента на забой скважины осуществляется прокачка бурового насоса, при этом включается в работу турбогенератор, обеспечивая питание модулей системы и передачу сигнала на поверхность. Обеспечение получения информации с забоя скважины осуществляется по одному из известных принципов передачи сигнала по электромагнитному каналу связи, например, подобной телеметрической системе "Забой" (прототип).

Преимущества предложенной забойной телеметрической системы вытекают из конструктивных особенностей его компоновки, а именно из расположения колонного электрического разделителя в непосредственной близости от забойного двигателя. Наличие подвижного контакта и сборных гибких связей позволяет использовать для бурения любые стандартные немагнитные легкосплавные трубы независимо от их длинновых размеров. Модульная компоновка системы при необходимости позволяет устанавливать блок инклинометров максимально близко к забойному двигателю, тем самым сокращая расстояние до получения информации о забойных параметрах траектории ствола скважины в процессе бурения.

Использование: изобретение относится к промысловой геофизике, в частности к измерению забойных параметров в процессе бурения скважины. Сущность изобретения: забойная телеметрическая система включает бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модули передающего устройства, электрический разделитель и забойный двигатель. Диаметры корпуса измерительных модулей и блока питания выполнены меньше внутреннего диаметра бурильной колонны. Длина модулей l выполнена равной

где R - минимальный радиус траектории скважины;
h - половина разности внутреннего диаметра корпуса измерительных модулей. Электрический разделитель выполнен в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем. Блок питания, измерительный и передающие модули соединены между собой гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями. В качестве связей между модулями могут быть использованы гибкие в радиальном направлении металлические трубы диаметром, меньшим диаметра корпуса модулей. Внутри труб размещен электрический кабель, на их концах установлены центраторы. Для обеспечения возможности извлечения забойной системы из колонны бурильных труб в аварийной ситуации электрический контакт с низом бурильной колонны выполнен скользящим. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Забойная телеметрическая система, включающая бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель и забойный двигатель, отличающаяся тем, что диаметры корпуса измерительных модулей и блока питания выполнены меньше внутреннего диаметра бурильной колонны, длина модулей l выполнена равной соотношению

где R минимальный радиус траектории скважины;
h половина разности внутреннего диаметра бурильной трубы и наружного диаметра корпуса измерительных модулей,
а электрический разделитель выполнен в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом блок питания, измерительные и передающие модули соединены между собой гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве связей между модулями использованы гибкие в радиальном направлении металлические трубы диаметром, меньшим диаметра корпуса модулей, причем на трубах у оснований модулей расположены центраторы, а внутри труб размещены электрические провода, осуществляющие электрическую связь между модулями. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что контакт электрической связи с низом бурильной колонны выполнен скользящим.