СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ ВБЛИЗИ ОТ ДОЛОТА Российский патент 2019 года по МПК E21B47/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области бурения.

Уровень техники

В области бурения нефтяных скважин технология бурения направленных скважин является важной технологией для повышения коэффициента извлечения нефти и стабилизации объемов добычи нефти, в частности по отношению к сложным нефтегазовым залежам, при этом скорость проходки и управление траекторией ствола скважины непосредственно являются ключевыми факторами, ограничивающими снижение себестоимости бурения и добычи, а точные данные в отношении пласта и пребывания долота, полученные измерениями в процессе бурения, имеют ключевое значение в повышении скорости проходки и управлении траекторией ствола скважины, поэтому для получения хорошего результата при бурении залежей технология направления и отслеживания характера породы становится незаменимой ключевой технологией в разработке направленных скважин. Технология геонавигации в случае направленных скважин на основании фактических сведений о геологических характеристиках подземных пластов направлена на определение траектории ствола скважины и управление ею, а также точное управление буровым инструментом для попадания в целевой горизонт. В зависимости от предпочтительного целевого горизонта при бурении направленных скважин, т. е. эффективного пласта, ключевая технология заключается в управлении траекторией ствола скважины для обеспечения прохождения долота в эффективном пласте и предотвращении по возможности бурения пропластка.

Согласно обычному способу измерения в процессе бурения традиционные приборы для измерения в процессе бурения установлены в верхней части двигателя и расстояние до места измерения от нижней торцевой поверхности двигательной системы в большинстве случаев составляет более чем 10 м; в процессе бурения из-за большого расстояния до долота и отсутствия возможности получения в реальном времени точно измеренных данных о положении долота в пласте часто происходит попадание долотом в нефтегазовые залежи, особенно в тонкие нефтегазовые залежи.

Чтобы обычным способом измерения в процессе бурения вблизи от долота можно было преодолеть недостаток, когда невозможно точно измерить данные о положении долота в пласте в реальном времени, в нижней части двигательной системы устанавливают переводник для измерения в процессе бурения вблизи от долота, который непосредственно соединен с долотом, чтобы можно было осуществлять измерения вблизи от долота, но из-за наличия переводника для измерения в процессе бурения увеличивается расстояние между долотом и точкой перегиба двигателя, поэтому снижается управляемость долота и увеличиваются сила трения и крутящий момент буровых инструментов в забое, а также вибрации долота во время работы. Поскольку изменения, вызванные тем, что при использовании обычного способа в процессе бурения вблизи от долота за счет добавления переводника для измерения в процессе бурения вблизи от долота увеличивается конструкция бурового инструмента в нижней части, приводят к изменению механических характеристик, в результате чего снижается способность отклонения бурового инструмента, и способности управления траекторией ствола скважины буровым инструментом недостаточно, то часто из-за запоздалого управления траекторией ствола скважины выправление искривления происходит слишком долго. Удары, возникающие от вибрации во время работы долота в забое скважины, усиливают повреждения долота и других буровых инструментов. Кроме того, при беспроводной передаче информации в виде данных, измеренных традиционным способом в процессе бурения вблизи от долота, приемному устройству сигналы, передаваемые посредством беспроводной связи, обязательно проходят препятствие в виде системы винтового забойного двигателя, при этом расстояние передачи большое, и стабильность и надежность передачи сигнала плохие.

Суть изобретения

Основная цель настоящего изобретения заключается в решении существующих в области бурения вышеизложенных проблем путем предоставления системы измерения в процессе бурения вблизи от долота, которая способна измерять данные о пласте вблизи от долота и, таким образом, способна более точно получать в реальном времени данные о пребывании долота в пласте и параметры траектории ствола скважины, чтобы повысить скорость проходки долотом, сохранить высокую способность управления направлением бурового инструмента, повысить управляемость траектории ствола скважины, повысить коэффициент извлечения и снизить стоимость бурения.

Цель настоящего изобретения достигается путем осуществления следующего технического решения:

Система измерения в процессе бурения вблизи от долота, содержащая двигательную систему, систему измерения и передачи, беспроводную систему приема и немагнитный переводник, при этом указанная двигательная система состоит из внешнего корпуса и внутренней вращающейся части; указанный немагнитный переводник установлен над указанной двигательной системой, и между немагнитным переводником и двигательной системой предусмотрено непосредственное соединение, или соединение посредством бурового инструмента, или соединение посредством переводника; при этом внутри внутренней вращающейся части указанной двигательной системы выполнены отверстия; указанная система измерения и передачи содержит измерительное устройство для сбора и измерения данных, устройство отправки данных для отправки данных из измерительного устройства беспроводной системе приема, передающее устройство для передачи данных из измерительного устройства устройству отправки данных и источник питания для снабжения измерительного устройства и устройства отправки данных электроэнергией, при этом измерительное устройство и передающее устройство системы измерения и передачи установлены в отверстиях внутренней вращающейся части указанной двигательной системы; при этом измерительное устройство установлено не более чем на 1/3 ниже указанной двигательной системы и расстояние от нижней торцевой поверхности двигательной системы находится в пределах 2 м; устройство отправки данных системы измерения и передачи установлено в верхней части внутренней вращающейся части двигательной системы и проходит в немагнитную внутреннюю полость, при этом система измерения и передачи неподвижна относительно вращающейся части указанной двигательной системы и выполнена с возможностью совместного вращения с вращающейся частью относительно внешнего корпуса двигательной системы; в немагнитном переводнике установлено беспроводное приемное устройство беспроводной системы приема, которое неподвижно относительно немагнитного переводника; во время работы двигательной системы происходят вращение системы измерения и передачи относительно беспроводной системы приема и беспроводная передача сигналов посредством беспроводного приемного устройства и устройства отправки данных.

В качестве альтернативы указанное измерительное устройство установлено на расстоянии не более чем 1,5 м от нижней торцевой поверхности двигательной системы. Также в качестве альтернативы указанное измерительное устройство установлено на расстоянии не более чем 1 м от нижней торцевой поверхности двигательной системы.

В качестве альтернативы указанная двигательная система представляет собой систему винтового забойного двигателя. Система винтового забойного двигателя может обеспечивать высокие крутящий момент и скорость вращения, обладает хорошей способностью навигации в процессе бурения и является отличным двигательным устройством для направленного бурения. При этом конструкция системы винтового забойного двигателя компактная, подходит для направленных скважин и вспомогательных скважин, в сочетании с системой измерения в процессе бурения может точно производить искривление, ориентирование и выправление отклонений, что может повысить качество строительства и уменьшить стоимость бурения.

Также в качестве альтернативы вращающаяся часть системы винтового забойного двигателя содержит по меньшей мере приводной вал, гибкий вал и ротор винтового двигателя, при этом указанное измерительное устройство установлено во внутренней части приводного вала указанной системы винтового забойного двигателя, является неподвижным относительно приводного вала и выполнено с возможностью совместного вращения с приводным валом. Приводной вал системы винтового забойного двигателя непосредственно соединен с долотом, измерительное устройство расположено близко к долоту и может более точно измерять в реальном времени данные пребывания долота в пласте. Измерительное устройство установлено внутри приводного вала, нет увеличения расстояния между долотом и точкой перегиба двигателя, поэтому повышается управляемость направлением долота и уменьшаются сила трения и крутящий момент буровых инструментов в забое из-за добавления переводника (инструмента) между долотом и двигателем, а также можно снизить степень вибрации долота во время работы. Следовательно, обеспечивается высокая способность сохранения отклонения и выпрямления отклонений, обеспечивается качество траектории ствола скважины, снижается стоимость бурения, повышается коэффициент извлечения, уменьшается сопротивление передачи нагрузки на долото с повышением эффективности бурения и снижается сила ударов, вызываемых вибрацией долота в забое, в результате чего снижается степень повреждения долота и других буровых инструментов из-за вызываемых вибрацией ударов.

Также в качестве альтернативы указанное устройство отправки данных установлено в верхней части указанного ротора винтового двигателя, является неподвижным относительно ротора винтового двигателя и выполнено с возможностью совместного вращения с ротором винтового двигателя. Устройство отправки данных установлено в верхней части указанного ротора винтового двигателя, чтобы устройство отправки данных было рядом с приемным устройством беспроводной системы приема; передача сигналов между устройством отправки данных и приемным устройством происходит беспрепятственно, и вся система измерения и передачи вращается вместе с долотом, что позволяет эффективно защитить систему измерения и передачи.

В качестве альтернативы источник питания указанной системы измерения и передачи установлен в отверстии внутренней вращающейся части указанной двигательной системы и расположен между измерительным устройством и устройством отправки данных, относительно ближе к устройству отправки данных. Источник питания обеспечивает надежное снабжение системы измерения и передачи энергией, что обеспечивает беспрерывную и стабильную работу системы измерения и передачи.

В качестве альтернативы указанное измерительное устройство содержит датчик гамма-излучения в азимутальном направлении и датчик искривления скважины, при этом указанный датчик гамма-излучения в азимутальном направлении собирает данные о гамма-излучении в азимутальном направлении, а указанный датчик искривления скважины измеряет данные об искривлении скважины. В процессе наклонно-направленного бурения данные о гамма-излучении в азимутальном направлении и данные об искривлении скважины при пребывании долота в пласте являются ключевыми и наиболее важными основными данными для бурения. Они непосредственно определяют качество траектории ствола скважины и скорость проходки, поэтому влияют на коэффициент извлечения и стоимость бурения.

В качестве альтернативы между указанными двигательной системой и немагнитным переводником предусмотрен узел предотвращения падения, при этом указанный узел предотвращения падения содержит соединительный элемент для предотвращения падения и колпак для предотвращения падения; в центре указанного колпака для предотвращения падения выполнено сквозное отверстие, проходящее в осевом направлении, он установлен в верхней части внутренней вращающейся части двигательной системы и закреплен на ней; устройство отправки данных указанной системы измерения и передачи установлено через сквозное отверстие в центре колпака для предотвращения падения во внутренней полости немагнитного соединительного элемента для предотвращения падения; нижняя часть указанного соединительного элемента для предотвращения падения соединена с внешним корпусом указанной двигательной системы, а верхняя часть соединена с немагнитным переводником; на внутренней стенке нижней части предусмотрен ограничительный заплечик; на внешней стенке верхней части указанного колпака для предотвращения падения предусмотрен фланец, при этом указанный ограничительный заплечик предназначен для обеспечения опоры указанному фланцу при отрыве корпуса в нижней части. Узел предотвращения падения может предотвращать падение оторвавшегося корпуса буровой системы в забой и возникновение расходов на проведение ловильных работ в скважине, поэтому можно снизить риски при бурении и повысить безопасность и надежность настоящего изобретения.

В качестве альтернативы немагнитный переводник представляет собой немагнитную утяжеленную бурильную трубу и при непосредственном соединении немагнитного переводника с двигательной системой устройство отправки данных системы измерения и передачи проходит во внутреннюю полость немагнитной утяжеленной бурильной трубы. Согласно изобретению между устройством отправки данных и приемным устройством происходит беспроводная передача сигналов, а магнитный переводник будет мешать стабильной и надежной беспроводной передаче сигналов и влиять на нее. Кроме того, немагнитная утяжеленная бурильная труба может быть частью бурильной колонны, обладает эффектом выпрямления и не влияет на качество беспроводной передачи сигналов.

Указанный основной вариант осуществления и дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения можно свободно комбинировать для получения множества вариантов осуществления, все из которых являются вариантами осуществления, которые можно применять и на которые можно заявлять правовую защиту на основании настоящего изобретения; согласно настоящему изобретению допускается свободное комбинирование вариантов осуществления и других вариантов осуществления (если они не противоречат друг другу). После ознакомления с настоящим изобретением специалисты в данной области техники на основании уровня техники и имеющихся знаний смогут предложить много комбинаций, которые принадлежат к вариантам осуществления заявленного изобретения, не являющимся исчерпывающими.

Положительные эффекты настоящего изобретения: система измерения в процессе бурения вблизи от долота согласно настоящему изобретению благодаря измерительному устройству, установленному вблизи от долота в двигательной системе, в процессе бурения долотом может измерять в реальном времени данные пребывания долота в пласте и параметры траектории ствола скважины, а также стабильно и надежно передавать в реальном времени измеренные данные приемному устройству беспроводной системы приема. Система измерения в процессе бурения расположена внутри двигательной системы и может сохранять высокую способность отклонения и выпрямления отклонений бурового инструмента.

По сравнению с традиционными способами измерения в процессе бурения, согласно настоящему изобретению место измерения находится на расстоянии не более чем 2 м (даже ближе, например не более чем 1,5 м и 1 м) до нижней торцевой поверхности двигательной системы и вблизи от долота; в процессе бурения можно точно измерить в реальном времени данные пребывания долота в пласте, и, таким образом, эффективно предотвращать попадание в нефтегазовые залежи, в частности в тонкие нефтегазовые залежи, и значительно повысить скорость проходки нефтеносного пласта и избежать задержки описания траектории ствола скважины.

По сравнению с традиционными способами измерения в процессе бурения вблизи от долота, согласно настоящему изобретению измерительное устройство установлено между долотом и точкой перегиба, расстояние между долотом и точкой перегиба не изменяется (между долотом и мотором не требуется размещение какого-либо переводника или инструмента, и расстояние между долотом, двигателем и точкой перегиба не увеличивается); в результате повышается управляемость долота, уменьшается сила трения и крутящий момент из-за буровых инструментов в забое по причине наличия переводника (инструмента) между долотом и двигателем и увеличения бурового инструмента в забое, и можно снизить степень вибрации долота в процессе работы. Следовательно, обеспечивается высокая способность сохранения отклонения и выпрямления отклонений, обеспечивается качество траектории ствола скважины, снижается стоимость бурения и повышается коэффициент извлечения; уменьшается сопротивление передачи нагрузки на долото с повышением эффективности бурения и снижается сила ударов, вызываемых вибрацией долота в забое, в результате чего снижается степень повреждения долота и других буровых инструментов из-за вызываемых вибрацией ударов. С другой стороны, по сравнению с традиционными способами измерения в процессе бурения вблизи от долота, согласно настоящему изобретению при беспроводной передаче информации в виде данных приемному устройству системы приема беспроводным сигналам не нужно проходить через систему винтового забойного двигателя, и они непосредственно проходят через передающее устройство системы измерения и передачи (проводная передача) к устройству отправки данных вблизи от приемного устройства беспроводной системы приема, а потом передаются на приемное устройство по беспроводной связи; при этом расстояние беспроводной передачи данных сильно сокращается и нет помех в канале передачи, поэтому повышается стабильность и надежность передачи сигналов.

Конструкция системы измерения в процессе бурения вблизи от долота согласно настоящему изобретению компактная, система измерения и передачи установлена в двигательной системе, и при условии отсутствия изменений в конструкции колонны решается проблема, связанная с точным получением в реальном времени данных пребывания долота в пласте и параметров траектории ствола скважины, и, таким образом, повышается скорость проходки, сохраняется высокая способность управления направлением бурового инструмента, повышается управляемость траектории ствола скважины, повышается коэффициент извлечения и уменьшается стоимость бурения. Кроме того, чтобы между устройством отправки данных системы измерения и передачи и приемным устройством системы приема без помех осуществлялась передача данных на близком расстоянии, измерение и передача измеренных данных происходят на близком расстоянии, и стабильность и надежность передачи сигналов усиливается. Согласно настоящему изобретению измерительное устройство расположено вблизи от долота, и чем ближе измерительное устройство к долоту, тем точнее могут быть измерены данные пребывания долота в пласте и параметры траектории ствола скважины в режиме реального времени, и тем выше скорость проходки и коэффициент извлечения.

Описание прилагаемых графических материалов

Фиг. 1 — схематическое изображение конструкции варианта осуществления № 1 настоящего изобретения;

фиг. 2 — схематическое изображение приводного вала в сборе системы измерения в процессе бурения вблизи от долота согласно варианту осуществления № 3 настоящего изобретения;

фиг. 3 — схематическое изображение карданного вала в сборе системы измерения в процессе бурения вблизи от долота согласно варианту осуществления № 4 настоящего изобретения;

фиг. 4 — схематическое изображение двигателя в сборе системы измерения в процессе бурения вблизи от долота согласно варианту осуществления № 5 настоящего изобретения;

фиг. 5 — схематическое изображение узла предотвращения падения системы измерения в процессе бурения вблизи от долота согласно варианту осуществления № 6 настоящего изобретения.

Конкретный способ осуществления

Ниже настоящее изобретение описано посредством неограничительных вариантов осуществления.

Вариант осуществления № 1

На фиг. 1. показана система 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота, содержащая двигательную систему 20, систему 6 измерения и передачи, беспроводную систему 5 приема и немагнитный переводник 7. Указанная двигательная система 20 состоит из внешнего корпуса и внутренней вращающейся части; указанный немагнитный переводник 7 установлен над двигательной системой 20, и между немагнитным переводником 7 и двигательной системой 20 предусмотрено непосредственное соединение, или соединение посредством бурового инструмента, или соединение посредством переводника; внутри внутренней вращающейся части указанной двигательной системы 20 выполнены отверстия; указанная система 6 измерения и передачи содержит измерительное устройство 61 для сбора и измерения данных, устройство 64 отправки данных для отправки данных из измерительного устройства 61 беспроводной системе 5 приема, передающее устройство 62 для передачи данных из измерительного устройства 61 устройству 64 отправки данных и источник 63 питания для снабжения измерительного устройства 61 и устройства 64 отправки данных электроэнергией, при этом измерительное устройство 61 и передающее устройство 62 системы 6 измерения и передачи установлены в отверстиях внутренней вращающейся части указанной двигательной системы 20, при этом измерительное устройство 61 установлено не более чем на 1/3 ниже указанной двигательной системы 20, и расстояние от нижней торцевой поверхности двигательной системы 20 находится в пределах 2 м; устройство 64 отправки данных системы 6 измерения и передачи установлено в верхней части внутренней вращающейся части двигательной системы 20 и проходит в немагнитную внутреннюю полость, при этом система 6 измерения и передачи неподвижна относительно вращающейся части указанной двигательной системы 20 и выполнена с возможностью совместного вращения с вращающейся частью относительно внешнего корпуса двигательной системы 20; в немагнитном переводнике 7 установлено беспроводное приемное устройство 51 беспроводной системы 5 приема, которое неподвижно относительно немагнитного переводника 7; во время работы двигательной системы 20 происходят вращение системы 6 измерения и передачи относительно беспроводной системы 5 приема и беспроводная передача сигналов посредством беспроводного приемного устройства 51 беспроводной системы 5 приема и устройства 61 отправки данных системы 6 измерения и передачи.

В качестве альтернативы указанное измерительное устройство 61 установлено на расстоянии не более чем 1,5 м от нижней торцевой поверхности двигательной системы 20. Также в качестве альтернативы указанное измерительное устройство 61 установлено на расстоянии не более чем 1 м от нижней торцевой поверхности двигательной системы 20.

В качестве альтернативы указанная двигательная система 20 представляет собой систему винтового забойного двигателя. В качестве альтернативы вращающаяся часть системы винтового забойного двигателя содержит по меньшей мере приводной вал 11, карданный вал 22 и ротор 32 винтового двигателя, при этом указанное измерительное устройство 61 установлено во внутренней части приводного вала 11 указанной системы винтового забойного двигателя, неподвижно относительно приводного вала 11 и выполнено с возможностью совместного вращения с приводным валом 11.

В качестве альтернативы указанное устройство 64 отправки данных установлено в верхней части ротора 32 винтового двигателя, неподвижно относительно ротора 32 винтового двигателя и выполнено с возможностью совместного вращения с ротором 32 винтового двигателя.

В качестве альтернативы источник 63 питания указанной системы 6 измерения и передачи установлен в отверстии внутренней вращающейся части указанной двигательной системы 20, расположен между измерительным устройством 61 и устройством 64 отправки данных, относительно ближе к устройству 64 отправки данных, и снабжает измерительное устройство 61 и устройство 64 отправки данных электроэнергией.

В качестве альтернативы указанное измерительное устройство 61 содержит датчик гамма-излучения в азимутальном направлении и датчик искривления скважины, при этом указанный датчик гамма-излучения в азимутальном направлении собирает данные о гамма-излучении в азимутальном направлении, а указанный датчик искривления скважины измеряет данные об искривлении скважины.

В качестве альтернативы немагнитный переводник 7 представляет собой немагнитную утяжеленную бурильную трубу. Если немагнитный переводник 7 непосредственно соединен с двигательной системой 20, то устройство 64 отправки данных системы 6 измерения и передачи проходит во внутреннюю полость немагнитной утяжеленной бурильной трубы.

Вариант осуществления № 2

Система 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота в основном похожа на вариант осуществления № 1 и отличается тем, что содержит двигательную систему 20, систему 6 измерения и передачи, беспроводную систему 5 приема и немагнитный переводник 7. При этом указанный немагнитный переводник 7 представляет собой немагнитную утяжеленную бурильную трубу, а указанная двигательная система 20 представляет собой систему винтового забойного двигателя, которая, как показано на фиг. 1, состоит из приводного вала 1 в сборе, карданного вала 2 в сборе, двигателя 3 в сборе и узла 4 предотвращения падения. Вышеуказанные части состоят из корпуса и внутренней выполненной с возможностью вращения части, при этом их корпусы последовательно соединены посредством резьбы и образуют внешний корпус двигательной системы 20, а их внутренние выполненные с возможностью вращения части последовательно соединены посредством резьбы и образуют внутреннюю вращающуюся часть двигательной системы 20; во внутренней вращающейся части предусмотрено сквозное отверстие и она не только предназначена для передачи долоту усилия для дробления горных пород, но и служит опорным элементом для системы 6 измерения и передачи. Немагнитная утяжеленная бурильная труба посредством резьбы соединена с верхней частью внешнего корпуса двигательной системы 20.

Вариант осуществления № 3

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1 и 2 и отличается тем, что, как показано на фиг. 2, приводной вал 1 в сборе системы винтового забойного двигателя (двигательной системы 20) системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота содержит приводной вал 11, блок 12 подшипника, корпус 13 приводного вала и опорное кольцо 14, при этом верхняя часть приводного вала 11 соединена посредством резьбы с карданным валом 2 в сборе, а нижняя часть соединена посредством резьбы с долотом; каждая часть в виде шейки вала расположена в блоке 12 подшипника (в блоке радиального подшипника и упорного подшипника); основной функцией приводного вала является передача на долото нагрузки, скорости вращения и крутящего момента; во внутреннем сквозном отверстии установлено измерительное устройство 61 (элемент для измерения искривления скважины и гамма-излучения в азимутальном направлении). Корпус 13 приводного вала соединен с корпусом 24 карданного вала посредством резьбы в верхней части и представляет собой часть внешнего корпуса двигательной системы 20, при этом его основной функцией является передача на долото нагрузки вниз и защита внутреннего оборудования. Блок 12 подшипника установлен между приводным валом 11 и корпусом 13 приводного вала; его основной функцией является передача радиальной и осевой нагрузок, действующих на приводной вал 1 в сборе, и обеспечение передачи крутящего момента приводного вала 11. Опорное кольцо 14 установлено во внутреннем отверстии приводного вала 11, вблизи от нижней торцевой поверхности приводного вала 11, и его функцией является стабилизация измерительного устройства 61 (элемента для измерения искривления скважины и гамма-излучения в азимутальном направлении) для предотвращения раскачивания измерительного устройства 61 (элемента для измерения искривления скважины и гамма-излучения в азимутальном направлении) или столкновения с приводным валом 11.

Вариант осуществления № 4

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1–3 и отличается тем, что, как показано на фиг. 3, карданный вал 2 в сборе системы винтового забойного двигателя (двигательной системы 20) этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота содержит соединительный элемент 21 для направления потока, гибкий вал 22, соединительный элемент 23 ротора и корпус 24 карданного вала, при этом соединительный элемент 21 для направления потока установлен в корпусе 24 карданного вала, нижняя часть соединительного элемента 21 для направления потока соединена с приводным валом 11 посредством резьбы и его основной функцией является передача крутящего момента и скорости вращения на приводной вал 11. В боковой стенке соединительного элемента 21 для направления потока предусмотрен канал для глинистого раствора, проходящий до внутреннего отверстия внутри него, для подачи глинистого раствора во внутреннее отверстие приводного вала 11. Верхняя часть и нижняя часть гибкого вала 22 соединены с нижней частью соединительного элемента 23 ротора и верхней частью соединительного элемента 21 для направления потока соответственно и закреплены заклепочным соединением. Кроме того, соединительный элемент 21 для направления потока, гибкий вал 22 и соединительный элемент 23 ротора снабжены сквозными отверстиями, сообщающимися друг с другом, которые применяются в качестве канала системы 6 измерения и передачи. Корпус 24 карданного вала в нижней части резьбой соединен с корпусом 13 приводного вала, в верхней части резьбой соединен со статором 31 винтового двигателя и представляет собой часть внешнего корпуса двигательной системы 20. Основной функцией карданного вала 2 в сборе является превращение эксцентрического движения ротора 32 винтового двигателя в соосное вращение и передача в направлении вниз крутящего момента и скорости вращения. А также обеспечение канала и защиты для передающего устройства 62 системы 6 измерения и передачи.

Вариант осуществления № 5

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1–4 и отличается тем, что, как показано на фиг. 4, двигатель 3 в сборе системы винтового забойного двигателя (двигательной системы 20) этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота содержит статор 31 винтового двигателя и ротор 32 винтового двигателя; нижняя часть статора 31 винтового двигателя соединена с верхней частью корпуса 24 карданного вала посредством резьбы, верхняя часть соединена с соединительным элементом 41 для предотвращения падения в узле 4 предотвращения падения, и, таким образом, статор 31 винтового двигателя представляет собой часть внешнего корпуса двигательной системы. Внутренняя стенка статора 31 винтового двигателя представляет собой резиновую втулку с определенными пространственно-геометрическими параметрами, и статор 31 винтового двигателя и расположенный в нем ротор 32 винтового двигателя образуют двигатель 3 в сборе. Ротор 32 винтового двигателя имеет спиральную поверхность с определенными пространственно-геометрическими параметрами и с резиновой втулкой внутренней стенки статора 31 винтового двигателя образует сопряженную пару; под действием силы бурового раствора ротор 32 винтового двигателя в статоре 31 винтового двигателя совершает планетарное движение для передачи скорости вращения и крутящего момента. Ротор 32 винтового двигателя в нижней части резьбой соединен с соединительным элементом 23 ротора карданного вала 2 в сборе, и ротор 32 винтового двигателя может посредством соединительного элемента 23 ротора передавать скорость вращения на выходе и крутящий момент на гибкий вал 22. Верхняя часть ротора 32 винтового двигателя по наружному диаметру соединена посредством резьбы с колпаком 42 для предотвращения падения в узле 4 предотвращения падения, а по внутреннему диаметру верхняя часть соединена с устройством 64 отправки данных системы 6 измерения и передачи. Ротор 32 винтового двигателя представляет собой полую конструкцию, в которой установлены передающее устройство 62 и источник 63 питания системы 6 измерения и передачи.

Вариант осуществления № 6

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1–5 и отличается тем, что, как показано на фиг. 5, узел 4 предотвращения падения системы винтового забойного двигателя (двигательной системы 20) этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота содержит соединительный элемент 41 для предотвращения падения и колпак 42 для предотвращения падения. При этом нижняя часть соединительного элемента 41 для предотвращения падения посредством резьбы соединена со статором 31 винтового двигателя, а верхняя часть посредством резьбы соединена с немагнитной утяжеленной бурильной трубой 7, и тем самым образуется часть внешнего корпуса двигательной системы 20. Во внутренней полости указанного соединительного элемента 41 для предотвращения падения установлено устройство 64 отправки данных системы 6 измерения и передачи, поэтому его материал и функции идентичны материалу и функциям немагнитной утяжеленной бурильной трубы 7. В центре указанного колпака 42 для предотвращения падения предусмотрено сквозное отверстие, проходящее в осевом направлении, нижняя часть посредством резьбы соединена с ротором 32 винтового двигателя, и тем самым образуется внутренняя вращающаяся часть двигательной системы 20. На наружной стенке верхней части колпака 42 для предотвращения падения предусмотрен фланец; на внутренней стенке нижней части соединительного элемента 41 для предотвращения падения предусмотрен ограничительный заплечик; наружный диаметр фланца колпака 42 для предотвращения падения больше, чем внутренний диаметр ограничительного заплечика соединительного элемента 41 для предотвращения падения; при отрыве корпуса в нижней части фланец фиксируется в месте ограничительного заплечика для ограничения в осевом направлении, при этом можно вынимать буровой инструмент в нижней части.

Вариант осуществления № 7

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1–6 и отличается тем, что, как показано на фиг. 1, система 6 измерения и передачи этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота содержит измерительное устройство 61, передающее устройство 62, источник 63 питания и устройство 64 отправки данных. При этом измерительное устройство 61 представляет собой элемент для измерения искривления скважины/гамма-излучения в азимутальном направлении и установлено в приводном вале 11 системы винтового забойного двигателя (двигательной системы 20), и расстояние от нижней торцевой поверхности системы винтового забойного двигателя составляет не более чем 1 м. Измерительное устройство 61 (элемент для измерения искривления скважины/гамма-излучения в азимутальном направлении) содержит датчик гамма-излучения в азимутальном направлении, электронный модуль обработки данных о гамма-излучении в азимутальном направлении, датчик искривления скважины, электронный модуль обработки данных об искривлении скважины и зонд, при этом зонд установлен на опорном кольце 14 внутри приводного вала 11 и зафиксирован относительно него. В нижней части зонда предусмотрено отверстие, верхняя часть соединена с передающим устройством 62 посредством резьбы для защиты датчиков и электронных модулей внутри и применения в качестве соединительного элемента источника питания для измерительного устройства 61 (элемента для измерения искривления скважины/гамма-излучения в азимутальном направлении). Датчик гамма-излучения в азимутальном направлении, электронный модуль обработки данных о гамма-излучении в азимутальном направлении, датчик искривления скважины и электронный модуль обработки данных об искривлении скважины последовательно установлены в зонде; датчик гамма-излучения в азимутальном направлении представляет собой датчик для измерения естественного гамма-излучения пласта, при этом собранные им данные передаются на электронный модуль обработки данных о гамма-излучении в азимутальном направлении для обработки; электронный модуль обработки данных о гамма-излучении в азимутальном направлении состоит из разных электронных элементов и печатных плат и в основном применяется для обработки данных о гамма-излучении пласта в азимутальном направлении, полученных от датчика гамма-излучения в азимутальном направлении; датчик искривления скважины и электронный модуль обработки данных об искривлении скважины применяются для измерения и оценки данных об искривлении скважины, при этом данные об искривлении скважины, измеренные датчиком искривления скважины, включают угол искривления скважины и азимутальный угол искривления скважины.

Устройство 64 отправки данных системы 6 измерения и передачи установлено в верхней части ротора 32 винтового двигателя системы винтового забойного двигателя, входит во внутреннюю полость соединительного элемента 41 для предотвращения падения в узле 4 предотвращения падения через сквозное отверстие в центре колпака 42 для предотвращения падения, при этом его нижняя часть соединена с источником 63 питания посредством резьбы, и оно применяется для беспроводной передачи данных об искривлении скважины и гамма-излучении в азимутальном направлении, измеренных вблизи от долота, на приемное устройство 51 беспроводной системы 5 приема.

Нижняя часть передающего устройства 62 системы 6 измерения и передачи соединена с зондом посредством резьбы, верхняя часть соединена с источником 63 питания посредством резьбы, и для передачи информации в виде измеренных данных и подачи электроэнергии в систему 6 измерения и передачи предусмотрен канал; система 6 измерения и передачи расположена в сквозном отверстии внутренней вращающейся части, которая состоит из приводного вала 1 в сборе, карданного вала 2 в сборе и двигателя 3 в сборе, неподвижна относительно вращающейся части двигательной системы 20 и выполнена с возможностью совместного вращения с вращающейся частью относительно внешнего корпуса двигательной системы 20.

Нижняя часть источника 63 питания системы 6 измерения и передачи соединена посредством резьбы с передающим устройством 62, а его верхняя часть соединена посредством резьбы с устройством 64 отправки данных, при этом он расположен относительно ближе к устройству 64 отправки данных и снабжает измерительное устройство 61 и устройство 64 отправки данных электроэнергией.

Вариант осуществления № 8

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1–7 и отличается тем, что, как показано на фиг. 1, немагнитный переводник 7 (немагнитная утяжеленная бурильная труба) этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота установлен между узлом 4 предотвращения падения и подсоединенной к верхней части бурильной колонной, его нижняя часть соединена посредством резьбы с соединительным элементом 41 для предотвращения падения в узле 4 предотвращения падения, а верхняя часть соединена посредством резьбы с бурильной колонной. Устройство 64 отправки данных указанной системы 6 измерения и передачи и приемное устройство 51 беспроводной системы 5 приема установлены внутри немагнитной утяжеленной бурильной трубы 7, но для соединительного элемента 41 для предотвращения падения в узле 4 предотвращения падения можно не использовать немагнитный материал.

Вариант осуществления № 9

Этот вариант осуществления в основном похож на варианты осуществления 1–7 и отличается тем, что немагнитный переводник 7 (немагнитная утяжеленная бурильная труба) этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота установлен между двигательной системой 20 и подсоединенной к верхней части бурильной колонной (без узла 4 предотвращения падения), при этом его нижняя часть соединена посредством резьбы со статором 31 винтового двигателя в двигателе 3 в сборе, а верхняя часть посредством резьбы соединена с бурильной колонной. Устройство 64 отправки данных указанной системы 6 измерения и передачи и приемное устройство 51 беспроводной системы 5 приема установлены внутри немагнитной утяжеленной бурильной трубы 7.

Вариант осуществления № 10

Этот вариант осуществления в основном похож на вариант осуществления 1–9 и отличается тем, что, как показано на фиг. 1, беспроводное приемное устройство 51 беспроводной системы 5 приема этой системы 10 измерения в процессе бурения вблизи от долота установлено в немагнитной утяжеленной бурильной трубе 7, которая соединена с верхней частью узла 4 предотвращения падения, и неподвижно относительно немагнитной утяжеленной бурильной трубы 7; во время работы двигательной системы 20 система 6 измерения и передачи вращается относительно беспроводного приемного устройства 51, и беспроводное приемное устройство 51 беспроводной системы 5 приема и устройство 61 отправки данных системы 6 измерения и передачи передают сигналы посредством беспроводной передачи. Беспроводное приемное устройство 51 передает полученную информацию в виде измеренных данных на поверхность.

Выше рассмотрены лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые не предназначены для ограничения настоящего изобретения, и любые изменения, эквивалентные замены и модернизации, выполненные без отступления от идеи и принципов настоящего изобретения, должны входить в объем защиты настоящего изобретения.

В настоящем изобретении раскрыта система измерения в процессе бурения вблизи от долота, содержащая двигательную систему, систему измерения и передачи, беспроводную систему приема и немагнитный переводник, при этом указанная система измерения и передачи установлена внутри двигательной системы и устройство отправки данных указанной системы измерения и передачи и приемное устройство беспроводной системы приема установлены в немагнитной внутренней полости. В процессе бурения долотом можно более точно измерять в реальном времени параметры гамма-излучения в азимутальном направлении и искривления скважины при пребывании долота в пласте и передавать их беспроводной системе приема в реальном времени посредством беспроводной передачи. По сравнению с обычными процедурами измерения в процессе бурения измерения указанной системой измерения в процессе бурения вблизи от долота осуществляются к долоту ближе, без запаздывания описания траектории ствола скважины и измерений гамма-излучения в пласте, и, таким образом, значительно повышается скорость проходки. По сравнению с обычными процедурами измерения в процессе бурения вблизи от долота указанная система измерения в процессе бурения вблизи от долота лучше в отношении возможности управления траекторией ствола скважины (угла отклонения выпрямления ствола скважины) и более точно описывает геологические параметры. Поэтому значительно повышается скорость проходки пласта и нет запаздывания описания траектории ствола скважины, что уменьшает стоимость бурения и повышает коэффициент извлечения. 9 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Система измерения в процессе бурения вблизи от долота, содержащая двигательную систему, систему измерения и передачи, беспроводную систему приема и немагнитный переводник, при этом указанная двигательная система состоит из внешнего корпуса и внутренней вращающейся части; указанный немагнитный переводник установлен над указанной двигательной системой, и между немагнитным переводником и двигательной системой предусмотрено непосредственное соединение, или соединение посредством бурового инструмента, или соединение посредством переводника, отличающаяся тем, что внутри внутренней вращающейся части указанной двигательной системы выполнены отверстия; указанная система измерения и передачи содержит измерительное устройство для сбора и измерения данных, устройство отправки данных для отправки данных из измерительного устройства беспроводной системе приема, передающее устройство для передачи данных из измерительного устройства устройству отправки данных и источник питания для снабжения измерительного устройства и устройства отправки данных электроэнергией, при этом измерительное устройство и передающее устройство системы измерения и передачи установлены в отверстиях внутренней вращающейся части указанной двигательной системы; при этом измерительное устройство установлено не более чем на 1/3 ниже указанной двигательной системы и расстояние от нижней торцевой поверхности двигательной системы находится в пределах 2 м; устройство отправки данных системы измерения и передачи установлено в верхней части внутренней вращающейся части двигательной системы и проходит в немагнитную внутреннюю полость, при этом система измерения и передачи является неподвижной относительно вращающейся части указанной двигательной системы и выполнена с возможностью совместного вращения с вращающейся частью относительно внешнего корпуса двигательной системы; в немагнитном переводнике установлено беспроводное приемное устройство беспроводной системы приема, которое является неподвижным относительно немагнитного переводника; во время работы двигательной системы происходят вращение системы измерения и передачи относительно беспроводной системы приема и беспроводная передача сигналов посредством беспроводного приемного устройства и устройства отправки данных.

2.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 1, отличающаяся тем, что указанное измерительное устройство установлено на расстоянии не более чем 1,5 м от нижней торцевой поверхности двигательной системы.

3.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 2, отличающаяся тем, что указанное измерительное устройство установлено на расстоянии не более чем 1 м от нижней торцевой поверхности двигательной системы.

4.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по пп. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что указанная двигательная система представляет собой систему винтового забойного двигателя.

5.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 4, отличающаяся тем, что вращающаяся часть системы винтового забойного двигателя содержит по меньшей мере приводной вал, гибкий вал и ротор винтового двигателя, при этом указанное измерительное устройство установлено во внутренней части приводного вала указанной системы винтового забойного двигателя, является неподвижным относительно приводного вала и выполнено с возможностью совместного вращения с приводным валом.

6.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 5, отличающаяся тем, что указанное устройство отправки данных установлено в верхней части указанного ротора винтового двигателя, является неподвижным относительно ротора винтового двигателя и выполнено с возможностью совместного вращения с ротором винтового двигателя.

7.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 1, отличающаяся тем, что источник питания указанной системы измерения и передачи установлен в отверстии внутренней вращающейся части указанной двигательной системы и расположен между измерительным устройством и устройством отправки данных, относительно ближе к устройству отправки данных.

8.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 1, отличающаяся тем, что указанное измерительное устройство содержит датчик гамма-излучения в азимутальном направлении и датчик искривления скважины, при этом указанный датчик гамма-излучения в азимутальном направлении собирает данные о гамма-излучении в азимутальном направлении, а указанный датчик искривления скважины измеряет данные об искривлении скважины.

9.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 1, отличающаяся тем, что между указанными двигательной системой и немагнитным переводником предусмотрен узел предотвращения падения, при этом указанный узел предотвращения падения содержит соединительный элемент для предотвращения падения и колпак для предотвращения падения; в центре указанного колпака для предотвращения падения выполнено сквозное отверстие, проходящее в осевом направлении, он установлен в верхней части внутренней вращающейся части двигательной системы и закреплен на ней; устройство отправки данных указанной системы измерения и передачи установлено через сквозное отверстие в центре колпака для предотвращения падения во внутренней полости немагнитного соединительного элемента для предотвращения падения; нижняя часть указанного соединительного элемента для предотвращения падения соединена с внешним корпусом указанной двигательной системы, а верхняя часть соединена с немагнитным переводником; на внутренней стенке нижней части предусмотрен ограничительный заплечик; на внешней стенке верхней части указанного колпака для предотвращения падения предусмотрен фланец, при этом указанный ограничительный заплечик предназначен для обеспечения опоры указанному фланцу при отрыве корпуса в нижней части.

10.     Система измерения в процессе бурения вблизи от долота по п. 1, отличающаяся тем, что немагнитный переводник представляет собой немагнитную утяжеленную бурильную трубу и при непосредственном соединении немагнитного переводника с двигательной системой устройство отправки данных системы измерения и передачи проходит во внутреннюю полость немагнитной утяжеленной бурильной трубы.