КАБЕЛЬНЫЙ ПЕРЕВОДНИК Российский патент 2005 года по МПК E21B17/02 E21B47/01 

Изобретение относится к области буровой техники и входит, в частности, в состав кабельных телесистем для навигационного контроля с поверхности за процессом бурения наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин и служит для перевода каротажного кабельного троса из внутренней полости за колонну бурильных труб.

Известны кабельные переводники, встроенные в вертлюг, и кабельные переводники, устанавливаемые непосредственно в колонну бурильных труб как составная часть ее компоновки (Калинин А.К. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. Справочник. "Недра", М., 1997, с.394-395).

Первые не обеспечивают надежный допуск спускаемого прибора до посадочного устройства, расположенного в горизонтальном и в некоторых наклонно-направленных участках скважин. Вторые более удобны при сборке, подготовке к эксплуатации и в работе, поскольку при обслуживании находятся непосредственно над устьем скважины.

Известен кабельный переводник, монтируемый в колонну бурильных труб, который служит для уплотнения троса при транспортировании подвешиваемого к нему прибора, спускаемого к забою скважины по колонне бурильных труб потоком бурового раствора, подаваемого буровым насосом (Крикшюнас В.П., Старцев А.О. Комплект технических средств ССК-46Г. НТЖ "Разведка и охрана недр". "Недра", М., 1991, №7, с.6-8).

Состоит такой переводник из патрубка в виде отводящей камеры, корпуса, герметизирующего устройства и бокового подводящего ниппеля для подсоединения к манифольду бурового насоса. Герметизирующее устройство включает в себя пакет резиновых уплотнительных манжет, поджимаемых пружиной, и служит для уплотнения троса при гидродосылке прибора под давлением 10-15 кгс/см² и подаче не более 2 л/с в неглубоких (до 300 м) и малого диаметра (до 46 мм) геологоразведочных скважинах, пробуренных с поверхности и из подземных горных выработок на месторождениях каменного угля и других полезных ископаемых. Герметизирующее устройство и трос размещены в центральном канале корпуса переводника, а подача бурового раствора осуществляется через канал бокового подводящего ниппеля.

Этот переводник не обеспечивает герметизацию троса в процессе бурения нефтяных и газовых скважин забойными двигателями с одновременной циркуляцией бурового раствора при рабочем давлении до 50-70 кгс/см². С ним работают только, когда он на поверхности. Такие кабельные переводники не отвечают требованиям бурения горизонтальных и наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин с использованием телесистем для навигационного контроля с поверхности за процессом бурения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выпускаемый отечественной промышленностью кабельный переводник ПК1-195.000А (Переводник кабельный ПК1-195.000А. Паспорт. Опытный завод буровой техники, г. Котово, 2002 г.).

Он состоит из резьбового патрубка, соединенного с корпусом резьбовым колпаком. Внутри корпуса расположены смещенный относительно центральной оси кабельного переводника прямолинейный канал для размещения герметизирующего устройства и два боковых обводных канала небольшого диаметра для циркуляции бурового раствора. Герметизирующее устройство состоит из уплотнителя, выполненного в виде пакета отдельных плоских уплотнительных колец со сквозным внутренним отверстием под каротажный кабель и щелевыми прорезями (в виде рассечения стенки тонким лезвием острого ножа) для ввода кабеля. Над пакетом и под ним установлены диски, состоящие из двух полудисков.

Уплотнительные кольца зажимают с помощью разрезной гайки и центральной втулки с осевым отверстием и таким образом герметизируют одновременно каротажный кабель и внутренние стенки корпуса переводника. Крепление кабеля осуществляют парой цанг, зажимаемых в конической расточке центральной втулки. Уплотнительные кольца и цанги при сборке кабельного переводника подбирают в полевых условиях по диаметру проходного отверстия, соответствующего диаметру каротажного кабеля, используемого в данный момент.

Циркуляция бурового раствора осуществляется через боковые обводные каналы, расположенные в резьбовом патрубке и в корпусе и соединенные между собой втулками с резиновыми уплотнительными кольцами.

Такой кабельный переводник обеспечивает посадку измерительного прибора в посадочное устройство телесистемы, когда это устройство находится на определенной глубине в вертикальном участке скважины. Крепление и герметизацию кабеля при выводе его из бурильной колонны в затрубное пространство осуществляют в кабельном переводнике над устьем скважины. Доставку измерительного прибора по наклонному и горизонтальному стволу осуществляют совместно с посадочным устройством за счет наращивания бурильной колонны над кабельным переводником и спуска ее в скважину до забоя.

Такой кабельный переводник предназначен для бурения нефтяных и газовых скважин забойными двигателями с кабельными телесистемами при подаче бурового раствора 25-30 л/с и рабочем давлении 50-70 кгс/см².

Существенный недостаток этого кабельного переводника заключается в том, что основную площадь поперечного сечения корпуса занимает в нем прямолинейный канал с герметизирующим устройством, а отверстия для циркуляции бурового раствора выполнены в виде боковых обводных каналов небольшого диаметра с тонкими перемычками между ними из-за ограниченной свободной площади поперечного сечения корпуса. Из-за технологических зазоров между соединительными втулками, резьбовым патрубком и корпусом, а также смещения осей циркуляционных отверстий профиль обводных каналов имеет резкие (или внезапные) расширения, сужения и повороты потока бурового раствора, что сопровождается интенсивными вихреобразованиями и явлениями кавитации вдоль каналов и на выходе каротажного кабеля из-под герметизирующего устройства. Все это вызывает дополнительные потери в циркуляционной системе, интенсивный абразивный износ и кавитационную эрозию каротажного кабеля и стенок, ограничивающих поток. Смещение прямолинейного канала относительно центральной оси кабельного переводника ограничивает, кроме того, длину пропускаемых через него внутрь бурильной колонны приборов с датчиками телесистем. При эксплуатации имеют место случаи промыва стенок боковых обводных каналов внутрь прямолинейного канала с герметизирующим устройством. Происходит разгерметизация кабельного переводника, что, кстати, затруднено своевременно обнаружить с поверхности в процессе бурения. Это приводит к промыву кабельного переводника, повреждению дорогостоящего многокилометрового каротажного кабеля и необходимости внеочередного вынужденного подъема всей компоновки бурильной колонны для смены или ремонта переводника или кабеля.

Большие неудобства вызывает необходимость подбора в полевых условиях уплотнительных колец и цанг, поскольку вынуждает иметь их на буровой в наборах, отличающихся по диаметру проходного отверстия под соответствующий кабель.

При сборке кабельного переводника с каротажным кабелем над устьем скважины из-за несимметричного относительно центра тяжести положения втулок, соединяющих боковые обводные каналы, резьбовой патрубок и корпус перекашиваются, что часто приводит к срезу резиновых уплотнительных колец в этих втулках и разгерметизации переводника еще на поверхности.

После подъема кабельного переводника из скважины для разборки и высвобождения каротажного кабеля невозможно извлечь пакет уплотнительных колец, запрессованных давлением бурового раствора во время работы в скважине. Это вызывает определенные затруднения и требует дополнительных затрат рабочего времени на высвобождение кабеля. При ремонте кабельного переводника невозможно извлечь втулки с уплотнительными кольцами, остающиеся в резьбовом патрубке или в корпусе после рассоединения переводника.

Отсутствует, кроме того, защита каротажного кабеля от повреждений при выводе его из кабельного переводника в затрубное пространство. Это приводит к пережимам, истиранию и другим повреждениям кабеля.

Такие кабельные переводники недолговечны, особенно при бурении забойными двигателями большого диаметра (240 мм), требующими повышенных (до 50 л/с) подач бурового раствора, неудобны в эксплуатации, в обслуживании и ремонте.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по повышению долговечности, удобства в эксплуатации, в обслуживании и ремонте кабельного переводника.

Для этого в кабельном переводнике, содержащем резьбовой патрубок с упорным торцом, корпус с прямолинейным и периферийным наклонным каналами, втулку и кольцевой уплотнитель, размещенные в прямолинейном канале корпуса, прямолинейный канал корпуса выполнен центральным, при этом в нем размещен стакан с внутренними и наружными продольными пазами, втулка установлена с возможностью взаимодействия с упорным торцом резьбового патрубка и выполнена с продольными выступами, размещенными во внутренних продольных пазах стакана, кольцевой уплотнитель выполнен с выступом, имеющим отверстие и прорезь для ввода в отверстие кабеля и размещенным в периферийном наклонном канале корпуса, на выходе которого установлен предохранитель в виде армирующего элемента, обращенного к прямолинейному каналу, и эластичного элемента с отверстием и пазом для размещения и ввода кабеля.

Кроме того, втулка имеет ограничительное кольцо, установленное посредством стопорных болтов на ее продольных выступах, причем ограничительное кольцо на входе потока бурового раствора имеет скругленный внутрь торец радиусом (0,1-0,2) d, где d - диаметр внутреннего проходного отверстия ограничительного кольца, а на выходе имеет диффузор с углом конусности в пределах 4-10°.

Кроме того, верхний конец втулки выполнен с внутренней резьбой, нижний конец резьбового патрубка выполнен с двумя цилиндрическими выступами, один из которых имеет упорный торец и размещен в интервале внутренней резьбы втулки, а другой имеет размещенные на наружной поверхности канавки под уплотнительные кольца.

Кабель выведен за колонну бурильных труб по периферийному наклонному каналу через отверстие в выступе уплотнителя, соосное с отверстием эластичного элемента предохранителя, что обеспечивает его надежную защиту от повреждений.

Внутренняя резьба втулки предназначена для присоединения приспособления, извлекающего при разборке из корпуса переводника комплект деталей, и высвобождения кабеля.

Резьбовой патрубок в своей нижней части имеет упорный торец на цилиндрическом выступе, который при взаимодействии с втулкой при сборке кабельного переводника деформирует уплотнитель. Внутренняя резьба втулки защищена от абразивного воздействия бурового раствора уплотнительными кольцами в канавках цилиндрического выступа резьбового патрубка.

Центральное положение канала для циркуляции бурового раствора, прямолинейное его исполнение и соответствующее формирование потока на входе и выходе из ограничительного кольца обеспечивают долговечную работу кабельного переводника при повышенных (до 50 л/с) подачах бурового раствора и давлении до 100 кгс/см².

При сборке кабельного переводника в корпус вворачивают резьбовой патрубок и деформируют уплотнитель. За счет осевой деформации уплотнитель герметизирует кабель и уплотняет стенки центрального прямолинейного и периферийного наклонного каналов в корпусе переводника. Уплотнительные кольца резьбового патрубка предотвращают перетекание бурового раствора в затрубное пространство при циркуляции в процессе бурения. Предохранитель защищает кабель от истирания и повреждения об резьбу патрубка и стенки периферийного наклонного канала в корпусе выше уплотнителя при выводе кабеля из переводника в затрубное пространство. Паз в эластичном элементе предохранителя обеспечивает свободный вход и размещение кабеля в отверстии эластичного элемента, а ограничительное кольцо втулки предотвращает складывание внутрь ее продольных выступов и потерю контакта стопорных болтов со стаканом при очередном извлечении из корпуса деталей, в т.ч. уплотнителя, прилипающего к стенкам корпуса кабельного переводника при осевой деформации и под давлением бурового раствора в скважине.

Скругление внутрь торца ограничительного кольца радиусом в указанных пределах значительно снижает потери вследствие уменьшения или полного устранения сжатого участка транзитной струи потока бурового раствора внутри кольца.

В диффузоре с углом конусности в указанных пределах не происходит отрыв транзитной струи бурового раствора от стенок диффузора и не возникают связанные с этим вихревые зоны и кавитационные явления, снижает потери при циркуляции бурового раствора. Это предохраняет кабель от локальных повреждений у выхода его из-под стакана внутрь корпуса кабельного переводника.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид кабельного переводника в продольном разрезе; на фиг.2 - вид сверху по стрелке "А" фиг.1; на фиг.3 - предохранитель; на фиг.4 - вид сверху по стрелке "Б" фиг.3.

Кабельный переводник содержит корпус 1 с центральным прямолинейным 2 и периферийным наклонным 3 каналами и резьбовой патрубок 4. Втулка 5 размещена внутри кольцевого уплотнителя 6 и стакана 7 и все вместе размещены в центральном прямолинейном канале 2 корпуса 1. Стакан 7 имеет внутренние 8 и наружные 9 продольные пазы. Один из наружных продольных пазов 9 выполнен коротким для размещения пальца 10 (показан в этом месте условно), а второй наружный продольный паз 9, с противоположной стороны, выполнен сплошным - для размещения кабеля 11. Кабель 11 крепится от осевого смещения в сплошном наружном продольном пазу 9 стакана 7 с помощью фиксатора 12 и резьбовой пробки 13 с уплотнительным кольцом 14. Кольцевой уплотнитель 6 имеет выступ 15 с отверстием 16 и щелевой прорезью 17 под кабель 11, размещенный в периферийном наклонном канале 3 корпуса 1. Нижний конец резьбового патрубка 4 имеет два цилиндрических выступа 18 и 19. Цилиндрический выступ 18 размещен в интервале внутренней резьбы 20 втулки 5 и имеет упорный торец 21 для взаимодействия с последней. Втулка 5 также имеет продольные выступы 22, размещенные во внутренних продольных пазах 8 стакана 7. Цилиндрический выступ 19 имеет размещенные на наружной поверхности канавки 23 под уплотнительные кольца 24. Ограничительное кольцо 25 с помощью стопорных болтов 26 закреплено на продольных выступах 22 втулки 5. Ограничительное кольцо 25 на входе потока бурового раствора имеет скругленный внутрь торец радиусом (0,1-0,2)d, где d - диаметр внутреннего проходного отверстия ограничительного кольца 25, а на выходе имеет диффузор с углом конусности в пределах 4-10°. В верхней части периферийного наклонного канала 3 на выходе в затрубное пространство установлен предохранитель в виде армирующего элемента 27, обращенного к центральному прямолинейному каналу 2, и эластичного элемента 28 с отверстием 29 и пазом 30 для размещения и ввода кабеля 11.

Принцип действия кабельного переводника заключается в следующем. После спуска части бурильной колонны в скважину на требуемую глубину в нее вворачивают корпус 1 кабельного переводника. Через центральный прямолинейный канал 2 корпуса 1 внутрь бурильной колонны на кабеле 11 опускают измерительный прибор до посадки его в посадочный узел телесистемы (на чертеже не показан). После этого кабель 11 через щелевую прорезь 17 вводят в отверстие 16 выступа 15 кольцевого уплотнителя 6, собранного в комплекте с втулкой 5, стаканом 7 и ограничительным кольцом 25. Затем сборку вместе с кабелем вставляют внутрь кабельного переводника выступом 15 кольцевого уплотнителя 6 в периферийный наклонный канал 3 корпуса 1. С помощью фиксатора 12 и резьбовой пробки 13 закрепляют кабель 11 в корпусе 1 от осевого смещения. Далее устанавливают предохранитель и вворачивают резьбовой патрубок 4. За счет рабочего хода резьбы резьбового патрубка 4 кольцевой уплотнитель 6 с выступом 15 деформируют и уплотняют кабель 11, наружные стенки втулки 5 и внутренние стенки центрального прямолинейного 2 и периферийного наклонного 3 каналов корпуса 1. От истирания и повреждения о стенки периферийного наклонного канала 3 в корпусе 1 и об резьбу резьбового патрубка 4 кабель 11 защищен предохранителем. После этого кабельный переводник готов к наращиванию бурильной колонны и дальнейшему спуску ее в скважину.

При бурении циркуляция бурового раствора осуществляется по центральному прямолинейному каналу 2 втулки 5 кабельного переводника и далее к долоту и забою скважины. При этом профиль внутреннего проходного отверстия ограничительного кольца 25 формирует поток бурового раствора в кабельном переводнике и предохраняет кабель 11 от локальных повреждений.

После очередного долбления и подъема инструмента с кабельным переводником на поверхность для высвобождения кабеля 11 отворачивают резьбовой патрубок 4, вывинчивают резьбовую пробку 13 и извлекают фиксатор 12. С помощью приспособления (на чертеже не показано), закрепляемого на внутренней резьбе 20 втулки 5, извлекают втулку 5 вместе со стаканом 7 и кольцевым уплотнителем 6. При этом ограничительное кольцо 25 не дает продольным выступам 22 втулки 5 складываться внутрь и терять связь со стаканом 7. Таким образом предотвращается непроизвольное отсоединение извлекаемых деталей и оставление части из них в корпусе 1 кабельного переводника.

Изобретение относится к области буровой техники и входит, в частности, в состав кабельных телесистем для навигационного контроля с поверхности за процессом бурения наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин и служит для перевода каротажного кабельного троса из внутренней полости за колонну бурильных труб. Техническим результатом является повышение долговечности, удобства в эксплуатации, в обслуживании и ремонте кабельного переводника. Для этого переводник содержит резьбовой патрубок с упорным торцом, корпус с прямолинейным и периферийным наклонным каналами, втулку и кольцевой уплотнитель, размещенные в прямолинейном канале корпуса. Причем прямолинейный канал корпуса выполнен центральным, при этом в нем размещен стакан с внутренними и наружными продольными пазами, втулка установлена с возможностью взаимодействия с упорным торцом резьбового патрубка и выполнена с продольными выступами, размещенными во внутренних продольных пазах стакана, кольцевой уплотнитель выполнен с выступом, имеющим отверстие и прорезь для ввода в отверстие кабеля и размещенным в периферийном наклонном канале корпуса, на выходе которого установлен предохранитель в виде армирующего элемента, обращенного к прямолинейному каналу, и эластичного элемента с отверстием и пазом для размещения и ввода кабеля. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кабельный переводник, содержащий резьбовой патрубок с упорным торцом, корпус с прямолинейным и периферийным наклонным каналами, втулку и кольцевой уплотнитель, размещенные в прямолинейном канале корпуса, отличающийся тем, что прямолинейный канал корпуса выполнен центральным, при этом в нем размещен стакан с внутренними и наружными продольными пазами, втулка установлена с возможностью взаимодействия с упорным торцом резьбового патрубка и выполнена с продольными выступами, размещенными во внутренних продольных пазах стакана, кольцевой уплотнитель выполнен с выступом, имеющим отверстие и прорезь для ввода в отверстие кабеля и размещенным в периферийном наклонном канале корпуса, на выходе которого установлен предохранитель в виде армирующего элемента, обращенного к прямолинейному каналу, и эластичного элемента с отверстием и пазом для размещения и ввода кабеля.2. Кабельный переводник по п.1, отличающийся тем, что втулка имеет ограничительное кольцо, установленное посредством стопорных болтов на ее продольных выступах, причем ограничительное кольцо на входе потока бурового раствора имеет скругленный внутрь торец радиусом (0,1-0,2)d, где d - диаметр внутреннего проходного отверстия ограничительного кольца, а на выходе имеет диффузор с углом конусности в пределах 4-10°.3. Кабельный переводник по п.1, отличающийся тем, что верхний конец втулки выполнен с внутренней резьбой, нижний конец резьбового патрубка выполнен с двумя цилиндрическими выступами, один из которых имеет упорный торец и размещен в интервале внутренней резьбы втулки, а другой имеет размещенные на наружной поверхности канавки под уплотнительные кольца.