ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ИМПУЛЬСЫ ДАВЛЕНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК E21B47/18 E21B21/08 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и предназначено для контроля забойных параметров в процессе бурения.

Известна телеметрическая система для передачи информации с забоя по гидравлическому каналу связи по авт. св. СССР 471429, МПК Е 21 В 47/12, содержащая корпус, электрический генератор, датчики и приемники забойных параметров, а также расположенный в конфузорно-диффузорном канале корпуса герметичный сосуд с жидкостью, выполненным в виде двух усеченных конусов, соединенных между собой сильфоном с жесткой перегородкой, которая делит сосуд на две части, в каждой из которых расположены электроды, соединенные через блок управления с датчиками забойных параметров.

Недостатками устройства являются его низкая надежность и большое потребление энергии для питания разрядного контура и низкая скорость передачи информации с забоя скважины, вызванная высокой инерционностью системы.

Известна телеметрическая система по авт. св. СССР 286891, МПК Е 21 В 47/12 (прототип), которая содержит рабочий клапан, управляющий клапан, связанный с преобразователем информации, цилиндр с поршнем, связанный с рабочим клапаном, полость высокого и низкого давления, сообщенные между собой через калиброванные каналы, дополнительную камеру с каналами, перекрывающимися управляющим клапаном.

Недостатками этой телеметрической системы являются:
- высокие энергозатраты на привод управляющего клапана, вызванные отсутствием разгрузки от осевых усилий, которые возникают при перекрытии проточного отверстия под рабочим клапаном,
- инерционность системы, обусловленная задержкой срабатывания управляющего и рабочего клапанов, вызванная перепадом давления перед и после управляющего клапана,
- большие диаметральные габариты, препятствующие применению устройства для бурения скважин малого диаметра,
- высокое гидравлическое сопротивление вызванное наличием трех диафрагм с отверстиями, снижающее эффективность работы забойного двигателя и генератора питания телеметрической системы.

Задачами создания изобретения являются снижение гидравлического сопротивления, уменьшение мощности привода телеметрической системы, повышение быстродействия управляющего и рабочего клапанов.

Указанные задачи достигаются тем, что в телеметрической системе, использующей для передачи информации положительные импульсы давления промывочной жидкости, содержащей корпус скважинного прибора с диафрагмой, перекрывающей проходное сечение колонны бурильных труб, и смонтированные в корпусе скважинного прибора управляющий клапан с приводом и рабочий клапан, состоящий из выполненных совместно и имеющих сквозное отверстие поршня, клапана и штока, в корпусе скважинного прибора выполнены входные и выходные окна и окно сбора давления, расположенное между управляющим клапаном и его седлом, при этом управляющий клапан выполнен с отверстием, уплотнен относительно корпуса скважинного прибора, в рабочем клапане клапан расположен между поршнем и штоком, причем шток находится в верхней части и выполняет роль дополнительного поршня, а седло рабочего клапана установлено между входными и выходными окнами. Рабочий клапан может быть сцентрирован в корпусе скважинного прибора с помощью штока и поршня. Привод управляющего клапана может быть выполнен в виде соленоида с возвратной пружиной и установлен в отдельной полости в корпусе скважинного прибора.

Предложенное техническое решение обладает критериями изобретения: новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем. Изобретательский уровень обеспечивается тем, что новая совокупность существенных признаков позволяет получить новые свойства системы.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где изображена предложенная телеметрическая система, использующая для передачи информации положительные импульсы давления промывочной жидкости.

Телеметрическая система содержит установленные в колонне бурильных труб 1 корпус скважинного прибора 2 с диафрагмой 3, перекрывающей проходное сечение колонны бурильных труб. В корпусе скважинного прибора 2 выполнены входные "А" и выходные "Б" окна для прохождения бурового раствора и окно сброса давления "В". Все детали устройства установлены в корпусе скважинного прибора 2. Система содержит рабочий клапан 4, состоящий из клапана 5, поршня 6 и штока 7, выполненных совместно и имеющих сквозное отверстие "Г". В рабочем клапане 4 шток 7 выполняет роль дополнительного поршня и расположен выше клапана 5, а поршень 6 - ниже клапана 5. Седло 8 рабочего клапана 4 выполнено в корпусе скважинного прибора 2 между окнами "А" и "Б". Под поршнем 6 рабочего клапана 4 образуется полость камеры "Д", соединенная отверстием "Е" с полостью "Ж". Нижний выход отверстия "Е" образует седло управляющего клапана 9, под которым расположен управляющий клапан 10. Концентрично управляющему клапану 10 установлен привод 11, который может быть выполнен, например, в виде соленоида. При таком выполнении привода 11 между ним и упорным буртом 12 управляющего клапана 10 установлена возвратная пружина 13. Управляющий клапан 10 фиксируется в крайних положениях стопорным кольцом 14 и упорным буртом 12. В управляющем клапане 10 выполнено отверстие "И", предназначенное для выравнивания давления перед управляющим клапаном 10 и после него для уменьшения нагрузки на привод 11. Управляющий клапан 10 и привод 11 размещены в дополнительной полости "К" ниже рабочего клапана 4. Рабочий клапан 4, диафрагма 3 и управляющий клапан 10 уплотнены кольцами 17.

Под отдельной полостью "К" установлена измерительная аппаратура 15 и источник питания 16.

Принцип действия устройства основан на изменении проходного сечения промывочной жидкости, в результате которого создается волна давления, несущая информацию об измеренных параметрах. Импульс давления регистрируется в нагнетательной линии насосов и обрабатывается наземной аппаратурой.

Устройство работает следующим образом. Промывочная жидкость проходит через отверстия диафрагмы 3 и корпус скважинного прибора 2. На диафрагме 3 создается перепад давления, причем давление Р₁ над диафрагмой 3 выше давления Р₂ под ней.

От измерительной аппаратуры 15 на привод 11 подается электрический сигнал. Управляющий клапан 10 сжимает возвратную пружину 13, движется вверх и перекрывает седло управляющего клапана 9, в результате чего давление в полости "Д" повышается до давления Р₁ над диафрагмой 3. За счет разности площадей штока 7 и поршня 6 рабочего клапана 4 происходит его движение вверх, при котором перекрывается седло 8 и прекращается прохождение бурового раствора между окнами "А" и "Б". В результате этого создается волна давления.

При прекращении подачи сигнала управляющий клапан 10 возвращается в исходное положение (в случае выполнения привода в виде соленоида эту функцию выполняет возвратная пружина 13). Управляющий клапан 10, двигаясь вниз, открывает отверстие "Е", что приводит к выравниванию давления через окна сброса давления "В", отверстие "Е" в полостях "Д" и "Ж". Причем давление под рабочим поршнем становится равным Р₂, то есть значительно меньше, чем P₁. За счет разницы давлений появляется сила, возвращающая рабочий клапан 4 в крайне нижнее положение.

Применение изобретения позволило:
1. Уменьшить гидравлическое сопротивление прохождению промывочной жидкости внутри колонны бурильных труб за счет отказа от лишних диафрагм и постоянного диаметра корпуса скважинных приборов по всей длине.

2. Улучшить условия работы забойного двигателя, использующего энергию бурового насоса, и генератора питания телесистемы.

3. Уменьшить расход энергии, потребляемый приводом.

4. Увеличить надежность системы.

5. Уменьшить запаздывание сигнала и инерционность системы.

6. Выполнить компоновку всех узлов устройства модульной.

7. Уменьшить диаметральные габариты устройства.

8. Улучшить компоновку привода.

9. Разгрузить управляющий клапан от осевых сил.

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при контроле забойных параметров в процессе бурения. Телеметрическая система содержит корпус скважинного прибора с диафрагмой, перекрывающей проходное сечение колонны бурильных труб. В корпусе смонтированы управляющий клапан с приводом и рабочий клапан, состоящий из выполненных совместно и имеющих сквозное отверстие поршня, клапана и штока. Новым является то, что в корпусе выполнены входные и выходные окна и окно сброса давления, расположенное между управляющим клапаном и его седлом. Управляющий клапан выполнен с отверстием и уплотнен относительно корпуса. В рабочем клапане клапан расположен между поршнем и штоком, причем шток находится в верхней части и выполняет роль дополнительного поршня, а седло рабочего клапана установлено между входными и выходными окнами. Кроме того, рабочий клапан может быть сцентрирован в корпусе с помощью штока и поршня. Привод управляющего клапана может быть выполнен в виде соленоида с возвратной пружиной и установлен в отдельной полости в корпусе скважинного прибора. Изобретение позволит увеличить надежность системы и уменьшить ее инерционность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Телеметрическая система, использующая для передачи информации положительные импульсы давления промывочной жидкости, содержащая корпус скважинного прибора с диафрагмой, перекрывающей проходное сечение колонны бурильных труб, и смонтированные в корпусе скважинного прибора управляющий клапан с приводом и рабочий клапан, состоящий из выполненных совместно и имеющих сквозное отверстие поршня, клапана и штока, отличающаяся тем, что в корпусе скважинного прибора выполнены входные и выходные окна и окно сброса давления, расположенное между управляющим клапаном и его седлом, при этом управляющий клапан выполнен с отверстием, уплотнен относительно корпуса скважинного прибора, в рабочем клапане клапан расположен между поршнем и штоком, причем шток находится в верхней части и выполняет роль дополнительного поршня, а седло рабочего клапана установлено между входными и выходными окнами. 2. Телеметрическая система по п. 1, отличающаяся тем, что рабочий клапан сцентрирован в корпусе скважинного прибора с помощью штока и поршня. 3. Телеметрическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что привод управляющего клапана выполнен в виде соленоида с возвратной пружиной и установлен в отдельной полости в корпусе скважинного прибора.