ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗОНД ДЛЯ БУРОВЫХ ГОЛОВОК УСТАНОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к системам для геофизических целей, а более конкретно - к оборудованию для контроля рабочих параметров при бурении, и может быть использовано для выполнения электрокаротажных работ как в горизонтально, так и в вертикально направленном бурении, а также в наклонно-направленных и разветвленно-горизонтальных скважинах в процессе бурения.

Известен зонд для электрокаротажа, представленный в а.с. СССР №616606 по кл. G01V 3/18, E21B 47/00, з. 06.05.76, оп. 25.07.78.

Известный зонд имеет в качестве корпуса толстостенную бурильную трубу, в которой выполнены проточки под измерительную часть с токовыми (питание) и измерительными электродами, кабельный ввод для соединения с линией связи, снабженный узлом гидроуплотнения между внутренним и затрубным пространствами, при этом корпус измерительной части выполнен составным из диэлектрических втулок, часть которых армирована металлическими электродами, в стенках втулок имеются сквозные продольные каналы под измерительные электроды, а также два диаметрально расположенных сквозных канала для обеспечения удобства сборки, торцы всех втулок снабжены элементами, образующими лабиринтное уплотнение в поджатом состоянии, причем на бурильной трубе с одной стороны имеется уступ с диаметром, превышающим диаметр измерительной части, а с другой стороны башмак, поджимающий втулки, наружный диаметр которого равен диаметру уступа. Ремонтопригодность известного зонда обеспечивается тем, что измерительная часть зонда расположена в проточке корпуса зонда и корпус ее выполнен составным из диэлектрических втулок, часть которых армирована металлическими электродами, в диэлектрических втулках выполнены отверстия под измерительные электроды. Диэлектрические втулки можно достаточно легко заменить при повреждениях.

Недостаток известного зонда заключается в его ограниченных эксплуатационных возможностях - он не имеет элементов определения положения зонда, блока обработки измеренных сигналов и т.п.

Известен электронный зонд серии MARK (фирма Digital Control Inc. (США), описанный в ст. Наговицына А.Л. «Как минимизировать отказы. Неисправности электронных зондов для установок горизонтально направленного бурения: причины и следствия» в журнале "ВодаMagazine" №9(49), сентябрь 2011 г., стр.28-30, и выбранный в качестве прототипа (см. Приложение к заявке)).

Известный зонд монтируется в головке бура и состоит из блока питания в металлическом корпусе и сопряженного с последним пластмассового корпуса, в котором размещены измерительный блок, включающий в себя датчик наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик крена ("часов"), импульсный стабилизатор, а также блок обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока, и антенное устройство в виде антенного драйвера с ферритовой антенной. Все перечисленные элементы, помещенные в пластиковый корпус, залиты влагостойким компаундом. Пластиковый корпус обеспечивает свободное распространение силовых линий переменного магнитного поля, однако не имеет необходимой прочности. Буровая головка имеет участок с продольными сквозными щелями для беспрепятственного выхода магнитных силовых линий.

В процессе бурения происходит изменение характеристик породы, которое может вызвать разогрев буровой головки, ее сжатие с последующим механическим повреждением зонда и даже проникновение бурового раствора к элементам электронного блока, что нарушает работоспособность зонда.

Недостатками известного зонда являются его невысокая надежность, обусловленная низкой прочностью корпуса и недостаточной защищенностью элементов электронного блока.

Задачей является повышение надежности зонда.

Поставленная задача решается тем, что в электронном зонде для буровых головок установок горизонтально направленного бурения, содержащем металлический отсек электропитания и сопряженный с ним пластиковый корпус, в котором размещены и залиты влагостойким компаундом измерительный блок, включающий в себя датчик наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик крена, импульсный стабилизатор, а также блок обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока, и магнитная антенна. СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, пластиковый корпус выполнен из многослойного стеклопластика, внутренние слои которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, внешние слои выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию, магнитная антенна и измерительный блок имеют многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие, а микроконтроллерный блок - покрытие из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны.

При этом сердечник магнитной антенны может быть выполнен в виде двух или более последовательно соединенных стержней или колец из ферромагнитного материала.

Кроме того, торцы соседних стержней или колец сердечника магнитной антенны могут иметь конусообразную форму и быть вклеены друг в друга посредством эластичного компаунда с высокой магнитной проницаемостью.

Изготовление пластикового корпуса зонда из многослойного стеклопластика с разной ориентацией стеклонитей во внутренних и внешних слоях существенно увеличивает прочность корпуса, уменьшая возможность его механического повреждения, а именно - образования сквозных трещин, что в совокупности с выполнением основных узлов электронного блока (измерительного блока и магнитной антенны) с нанесенным на них многослойным высокоадгезивным к ним влагоустойчивым покрытием, а блока обработки сигналов - с покрытием лаком с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны перед размещением всех их в корпусе и последующей заливкой влагостойким компаундом обеспечивает надежную герметизацию упомянутых узлов и, как следствие, высокую надежность работы электронного зонда, а также допускает их возможную замену при ремонте.

Технический результат - упрочнение корпуса, надежная герметизация основных узлов.

Заявляемое техническое решение обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение пластикового корпуса из многослойного стеклопластика, внутренние слои которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, внешние слои выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию, выполнение магнитной антенны и измерительного блока с многослойным высокоадгезивным к ним влагостойким покрытием, а микроконтроллерного блока - с покрытием лаком с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными существенными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый зонд соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый зонд может найти широкое применение в технике горизонтального бурения, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг.1 - общий вид электронного зонда;

- фиг.2 - вид пластикового корпуса в разрезе;

- фиг.3 - конструкция магнитной антенны.

Заявляемый электронный зонд (фиг.1) содержит металлический отсек 1 электропитания и сопряженный с ним пластиковый корпус 2, в котором размещены и залиты влагостойким компаундом измерительный блок 3, а также блок 4 обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока и магнитная антенна 5. При этом измерительный блок 3 включает в себя датчик 6 наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик 7 крена и импульсный стабилизатор 8.

Пластиковый корпус 2 выполнен из многослойного стеклопластика, внутренние слои 9 которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, а внешние слои 10 выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию (фиг.2). Магнитная антенна 5 и измерительный блок 3 имеют многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие 11, а микроконтроллерный блок 4 - покрытие 12 из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока 3 и магнитной антенны 5, и залиты при сборке влагостойким компаундом 13. Магнитная антенна 5 состоит из нескольких стержней 14, вклеенных друг в друга посредством эластичного компаунда 15 с высокой магнитной проницаемостью, и катушки-соленоида 16 (фиг.3). При этом торцы соседних стержней 14 или колец сердечника магнитной антенны 5 имеют, в частности, конусообразную форму.

Зонд собирают следующим образом. На измерительный блок 3 и магнитную антенну 5 наносят многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие 11, а на микроконтроллерный блок 4 обработки сигналов - покрытие 12 из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока 3 и магнитной антенны 5. Затем эти узлы помещают в пластиковый корпус 2, предварительно сопряженный (соединенный) с металлическим корпусом 1, в котором размещен узел электропитания (на чертежах не показан), где размещают их заданным образом и заливают влагостойким компаундом 13.

Прочная конструкция корпуса 2 зонда в процессе прохождения буровой головкой горных пород достаточно хорошо переносит механическое воздействие и не претерпевает значительных нарушений целостности корпуса. Наличие многослойного покрытия 11 на таких функционально важных узлах зонда, как измерительный блок 3 и магнитная антенна 5, и покрытия 12 на блоке 4 обработки сигналов даже в случае возможного нарушения целостности корпуса обеспечивает сохранение работоспособности перечисленных узлов.

В сравнении с прототипом заявляемый зонд является более надежным в эксплуатации в плане сохранения безотказности работы, увеличения срока его службы и обеспечения возможности ремонта.

Изобретение относится к оборудованию для контроля рабочих параметров при бурении и может быть использовано для выполнения электрокаротажных работ как в горизонтально, так и в вертикально направленном бурении, а также в наклонно-направленных и разветвленно-горизонтальных скважинах в процессе бурения. Техническим результатом является повышение надежности зонда за счет упрочнения корпуса и надежной герметизации основных электронных узлов. Предложен электронный зонд, содержащий металлический отсек 1 электропитания и сопряженный с ним пластиковый корпус 2, в котором размещены и залиты влагостойким компаундом измерительный блок 3, а также блок 4 обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока и магнитная антенна 5. При этом измерительный блок 3 включает в себя датчик 6 наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик 7 крена и импульсный стабилизатор 8. Пластиковый корпус 2 выполнен из многослойного стеклопластика, внутренние слои которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, а внешние слои выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию. Магнитная антенна 5 и измерительный блок 3 имеют многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие 11, а микроконтроллерный блок 4 - покрытие 12 из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока 3 и магнитной антенны 5, и залиты при сборке влагостойким компаундом 13. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронный зонд для буровых головок установок горизонтально направленного бурения, содержащий металлический отсек электропитания и сопряженный с ним пластиковый корпус, в котором размещены и залиты компаундом измерительный блок, включающий в себя датчик наклона продольной оси по отношению к горизонту, датчик крена, импульсный стабилизатор, а также блок обработки сигналов в виде микроконтроллерного блока, и магнитная антенна, отличающийся тем, что пластиковый корпус выполнен из многослойного стеклопластика, внутренние слои которого выполнены из стеклонитей, имеющих продольную и ортогональную ориентацию в структуре корпуса, внешние слои выполнены из стеклонитей, имеющих диагональную ориентацию, магнитная антенна и измерительный блок имеют многослойное высокоадгезивное к ним влагостойкое покрытие, а микроконтроллерный блок - покрытие из лака с низкой адгезивной способностью к влагостойкому покрытию измерительного блока и магнитной антенны.

2. Электронный зонд по п.1, отличающийся тем, что сердечник магнитной антенны выполнен в виде двух или более последовательно соединенных стержней или колец из ферромагнитного материала.

3. Электронный зонд по п.1, отличающийся тем, что торцы соседних стержней или колец сердечника магнитной антенны имеют конусообразную форму и вклеены друг в друга посредством эластичного компаунда с высокой магнитной проницаемостью.