ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬ КОЛОННЫ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ Российский патент 2007 года по МПК E21B47/12 

Предлагаемое изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин в процессе бурения и предназначено для электрического разделения колонны бурильных труб, использующейся в качестве электромагнитного канала связи при передаче забойной информации.

Известен электрический разделитель буровой колонны, содержащий верхний и нижний металлические переводники, соединенные между собой силовым разъемом без возможности взаимного вращения и электрически изолированные друг от друга с помощью прокладки из диэлектрического материала. Силовой разъем снабжен муфтой, разъемными вкладышами с лысками, сухарями в форме сегментов, проставочным кольцом и упорной втулкой, на наружной поверхности нижнего переводника выполнена кольцевая проточка, в которой установлены разъемные вкладыши, а во внутренней полости муфты со стороны лысок вкладышей размещены сухари, над которыми установлено проставочное кольцо и упорная втулка для взаимодействия с верхним переводником (Электрический разделитель буровой колонны. Авт. св. СССР №1211409, МКИ: Е 21 В 47/00, заявл. 06.08.1982 г., опубл. 15.02. 1986 г., бюл. №6).

Недостатком известного разделителя является то, что значительные осевые нагрузки, возникающие в процессе работы бурильной колонны, воспринимаются ограниченной торцовой поверхностью вкладышей. Увеличение контактирующей поверхности в данной конструкции приводит к снижению диаметра внутренней полости устройства, тем самым значительно увеличиваются гидравлические потери в разделителе при бурении с прокачиванием бурового раствора.

Наиболее близким, принятым за прототип, является электрический разделитель бурильной колонны, включающий верхний и нижний металлические переводники, соединенные резьбой и электрически изолированные внутренним и наружным изолирующими слоями, размещенную между профилями резьбы, и узел стопорения резьбового соединения, выполненный в виде радиальных выступов, расположенных на наружной поверхности переводников, взаимодействующих с наружным изоляционным слоем. Радиальные выступы могут быть выполнены в виде штифтов, а переводники могут иметь отверстия для их размещения или радиальные выступы выполнены в виде вершин многоугольников или в виде шпонок, а переводники имеют пазы для их размещения (Электрический разделитель бурильной колонны. Авт. св. СССР №994704, МКИ: Е 21 В 47/02, заявл. 31.12.1980 г., опубл. 07.02. 1983 г., бюл. №5).

Изоляционная прокладка, расположенная между профилями резьбы, может быть выполнена из вибростойкой эмали.

Недостатком является сложность изготовления непосредственно изолирующего резьбового соединения с нанесенным на резьбовую часть композиционным изолирующим материалом и конструктивная сложность изготовления радиальных выступов.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции разделителя.

Указанная цель достигается тем, что в электрическом разделителе колонны бурильных труб, включающем верхний и нижний металлические переводники, диэлектрически изолированные друг от друга, между верхним и нижним переводниками установлены внутренняя труба и внешний корпус с изоляционной прокладкой из высокопрочного токонепроводящего материала между ними, при этом внутренняя труба и внешний корпус в своем соединении выполнены с малым углом конусности, между внутренней трубой и верхним переводником помещена изоляционная шайба, кроме того, внутренняя труба от внешнего корпуса до нижнего переводника покрыта наружным слоем изоляционного полимерного композиционного материала, а в месте соединения с верхним переводником - снабжена внутренним изоляционным слоем.

В электрическом разделителе колонны буровых труб внутренний изоляционный слой в месте соединения внутренней трубы с верхним переводником выполнен в виде тонкостенной трубы, закрепленной внутри верхнего переводника фиксирующей гайкой.

На Фиг.1 представлен электрический разделитель (продольный разрез).

На Фиг.2 - разрез А-А.

Электрический разделитель включает верхний металлический переводник 1, нижний металлический переводник 2, внешний корпус 3, внутреннюю трубу 4, изоляционную прокладку 5 из высокопрочного токонепроводящего материала, изоляционную шайбу 6, внутренний изоляционный слой 7 в виде тонкостенной трубы, гайку 8, наружный изоляционный слой 9 из полимерного композиционного материала, изоляционный слой (компаунд) 10 между верхним переводником 1 и внешним корпусом 3, изоляционный слой (компаунд) 11 между нижним переводником 2 и внутренней трубой 4.

Верхний переводник 1 имеет резьбу для соединения с внешним корпусом 3, место для установки внутреннего изоляционного слоя 7, выполненного в виде тонкостенной трубы с фиксирующей гайкой 8, гайка также защищает изоляционный слой от промыва буровым раствором.

Нижний переводник 2 имеет резьбу для присоединения к внутренней трубе 4.

Внешний корпус 3 выполнен с малым внутренним конусом и имеет резьбу для соединения с верхним переводником.

Внутренняя труба 4 имеет малый наружный конус и резьбу для соединения с нижним переводником. Изоляционную прокладку 5 и шайбу 6 выполняют из высокопрочного полимерного композиционного материала.

Электрический разделитель колонны бурильных труб собирают следующим образом: конусную часть внутренней трубы 4 с изоляционной прокладкой 5 вставляют во внешний корпус 3, осуществляют натяг за счет осевого перемещения внутренней трубы относительно наружного корпуса. Во внешний корпус 3 устанавливают изоляционную шайбу 6, вставляют внутренний изоляционный слой 7, на резьбовую часть верхнего переводника наносят компаунд 10 и заворачивают верхний переводник 1 во внешний корпус 3 до заклинивания с большим моментом, затем фиксируют внутренний изоляционный слой 7 гайкой 8. После этого наносят компаунд 11 на резьбовую часть внутренней трубы 4, заворачивают нижний переводник 2 до упора. На наружную поверхность внутренней трубы 4 между нижним переводником 2 и внешним корпусом 3 наносят наружный изоляционный слой 9.

Надежность разделителя определяется тем, что осевой натяг, созданный при сборке за счет перемещения внутренней трубы относительно внешнего корпуса, обеспечивает надежную электрическую изоляцию разделителя.

Крутящий момент, передаваемый соединением с малым углом конуса, зависит от силы затяжки:

где Р_зат - сила затяжки;

М_кр - расчетный момент с учетом коэффициента запаса;

d_cp - средний диаметр конуса;

К - конусность;

f - коэффициент трения

K=2tgα,

где α - половина угла при вершине конуса.

Применение конусного соединения с малым углом конуса позволяет увеличить осевую нагружаемость, уменьшить осевой сдвиг при затяжке, также облегчить условия изготовления (Орлов П.И. Основы конструирования. / Кн.2. - М.: Машиностроение, 1977. - C.298-301).

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано при организации беспроводного электромагнитного канала связи для передачи забойной информации на поверхность. Разделитель содержит диэлектрически изолированные друг от друга верхний и нижний металлические переводники, между которыми установлены внутренняя труба и внешний корпус, и изоляционную шайбу между внутренней трубой и верхним переводником. Внешний корпус и внутренняя труба в своем соединении выполнены с малым углом конусности и установлены через изоляционную прокладку из высокопрочного токонепроводящего материала. Внутренняя труба от внешнего корпуса до нижнего переводника покрыта наружным слоем изоляционного полимерного композиционного материала, а в месте соединения с верхним переводником снабжена внутренним изоляционным слоем. Внутренний изоляционный слой в месте соединения внутренней трубы с верхним переводником может быть выполнен в виде тонкостенной трубы, закрепленной внутри верхнего переводника фиксирующей гайкой. Изобретение направлено на повышение надежности и упрощение конструкции разделителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрический разделитель колонны бурильных труб, включающий верхний и нижний металлические переводники, диэлектрически изолированные друг от друга, отличающийся тем, что между верхним и нижним металлическими переводниками установлены внутренняя труба и внешний корпус с изоляционной прокладкой из высокопрочного токонепроводящего материала между ними, при этом внутренняя труба и внешний корпус в своем соединении выполнены с малым углом конусности, между внутренней трубой и верхним переводником помещена изоляционная шайба, кроме того, внутренняя труба от внешнего корпуса до нижнего переводника покрыта наружным слоем изоляционного полимерного композиционного материала, а в месте соединения с верхним переводником снабжена внутренним изоляционным слоем.2. Электрический разделитель колонны бурильных труб по п.1, отличающийся тем, что внутренний изоляционный слой в месте соединения внутренней трубы с верхним переводником выполнен в виде тонкостенной трубы, закрепленной внутри верхнего переводника фиксирующей гайкой.