Наддолотный модуль Российский патент 2024 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения непосредственно вблизи долота.

Известен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, электрически изолированный от корпуса центральный электрод, расположенный между изоляторами, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электрические платы, при этом фиксация изолятора, расположенного в муфтовой части корпуса, выполнена в виде сопрягаемых выступов и пазов, изготовленных в этом изоляторе, муфтовой части корпуса и гильзе центрального электрода, а другой изолятор центрального электрода, расположенный в противоположной от муфтовой части корпуса, установлен на резьбе с левым направлением (патент на изобретение RU 2509209, МПК E21B 47/12, заявлен 21.08.2012 г., опубликован 10.03.2014 г.).

Также известен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, электрически изолированный от корпуса центральный электрод, расположенный между изоляторами, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электрические платы, при этом изоляция центрального электрода от корпуса выполнена в виде отдельных колец из электроизоляционного материала, расположенных в проточках на поверхности корпуса со стороны его герметичной части, в непосредственной близости к посадочным местам уплотнительных элементов, и в местах выемок с электрическими платами в корпусе, при этом сопрягаемые детали корпуса и центрального электрода установлены с зазором, увеличенным на высоту выступа электроизоляционных колец над поверхностью корпуса, а для обеспечения регламентируемого номинального размера зазора для сопрягаемых деталей в местах установки уплотнительных элементов, электроизоляционные кольца выступают над поверхностью корпуса на величину, необходимую для достижения указанного номинального зазора, при этом размер отдельных электроизоляционных колец в местах выемок с электрическими платами в корпусе выбран в соответствии с размерами мест для расположения упомянутых выемок (патент на изобретение RU 2591997, МПК E21B 47/017, заявлен 25.02.2015 г., опубликован 20.07.2016 г.).

Также известен наддолотный модуль содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электронные платы и источник питания, при этом корпус образован из ниппельной и муфтовой частей, соединенных между собой конической винтовой поверхностью, в зазоре которого между резьбовыми поверхностями сопрягаемых частей размещен электроизоляционный материал, на части наружной цилиндрической поверхности по длине корпуса и во внутреннем канале ниппельной части корпуса размещены изоляторы, а также защитная гильза, установленная на наружной поверхности муфтовой части корпуса в зоне расположения электронных плат, соединенных электрическим проводом с ниппельной частью корпуса, при этом муфтовая часть снабжена замковой резьбой для соединения с долотом, а ниппельная часть снабжена замковой резьбой для соединения с валом забойного двигателя (патент на изобретение RU 2633884, МПК E21B 47/00, заявлен 24.02.2016 г., опубликован 29.08.2017 Г.).

Также известен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным отверстием, образованный из муфтовой и ниппельной частей, разделенных конической резьбовой поверхностью через электроизоляционный материал, и размещенные в выемках герметичной части корпуса электронные платы, закрытые с наружной стороны защитным кожухом, при этом источник питания размещен в отдельном корпусе и установлен в проточной части наддолотного модуля, корпус источника питания состоит из двух частей, соединенных по конической резьбовой поверхности с электроизоляционным материалом в зазоре резьбы, одна из частей корпуса источника питания соединена с герметичной частью корпуса наддолотного модуля, в которой размещены электронные платы, а другая часть корпуса источника питания соединена с нижней частью наддолотного модуля, (патент на изобретение RU 2732163, МПК E21B 47/12, заявлен 19.12.2019 г., опубликован 14.09.20 г.).

Все известные устройства содержат одну или несколько печатных плат, к которым подключены датчики и батарея питания. Во время работы все платы и датчики подключены к батарее питания, даже при остановках бурения, что влечет за собой постоянное потребление энергии и сокращает время использования батареи.

Задачей заявляемого изобретения является продление срока использования одного комплекта батарей за счет уменьшения энергопотребления электронных модулей.

Поставленная задача решается за счет того, наддолотный модуль, характеризующийся тем, что содержит корпус с центральным промывочным отверстием, и герметичными отсеками, в одном из которых внутри расположена батарея питания, а в других функционально законченные унифицированные модули, каждый из которых выполнен с возможностью измерять и записывать в память свой параметр физической величины и включает электронную плату, которая в свою очередь состоит из датчика физических величин, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера с памятью, схемы интерфейса связи и схемы питания, при этом вход датчика

физической величины соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с входом микроконтроллера с памятью, выход которого соединен с входом схемы интерфейса связи, а схема питания своим входом соединена с батареей, а выходами, соответственно, с входами датчика физической величины, аналого-цифрового преобразователя и схемы интерфейса связи, причем каждый из унифицированных модулей выполнен с возможностью его программирования, как в качестве ведомого, так и в качестве ведущего модуля с переводом ведомых в режим пониженного энергопотребления.

Каждый электронный блок имеет законченную унифицированную и герметично расположенную конструкцию. Каждый блок отделен от других герметичной перегородкой. Электрическое соединение блоков друг к другу и к батарее питания осуществляется посредством герметичных соединителей, например, типа СН-70 производства АО «Соединитель», расположенных в стенках герметичных отсеков. За счет унифицированной, малопотребляющей схемотехники соединение осуществляется только двумя контактами, плюс батареи питания и однопроводный интерфейс. Минус батареи питания соединен с корпусом наддолотного модуля. Унифицированные блоки реализованы в форм-факторе автономности и самодостаточности, включающие в себя все необходимые компоненты для автономной работы.

Подключение датчиков физических величин осуществляется либо на аналоговые входы, либо на цифровые в зависимости от типа датчика. При необходимости в наддолотный модуль может быть добавлен дополнительный датчик физической величины, для этого достаточно сделать в корпусе дополнительное посадочное место, установить датчик и унифицированный модуль, подключить датчик к модулю, а модуль подключить к двум герметичным соединителям отсека. Также, при необходимости, можно исключить из наддолотного модуля любой датчик физической величины, просто не устанавливая его и унифицированный модуль в отсек. Исключение или отказ датчика с унифицированным модулем никак не повлияет на работу всей системы в целом, остальные модули будут работать в штатном режиме.

Программирование типа величины, коэффициентов и режимов работы модуля осуществляется с персонального компьютера при конфигурировании наддолотного модуля посредством однопроводного интерфейса. Один из унифицированных модулей, конфигурируется как ведущий, остальные как ведомые.

На фигуре 1 представлен унифицированный модуль с использованием следующих обозначений:

1 - измерительный датчик;

2 - аналого-цифровой преобразователь;

3 - микроконтроллер с памятью;

4 - схема интерфейса связи;

5 - схема питания.

При подключении батареи к выводу «+БАТ» схема питания 5 формирует необходимые напряжения на микроконтроллер с памятью 3 и схема интерфейса связи 4.

Если унифицированный модуль раннее был запрограммирован как ведущий, то микроконтроллер с памятью 3 включает измерительный датчик 1 и аналого-цифровой преобразователь 2, считывает значение физической величины с измерительного датчика 1 посредством аналого-цифрового преобразователя 2 и сравнивает измеренное значение с запрограммированным ранее порогом. Если измеренное значение меньше запрограммированного порога, то микроконтроллер с памятью 3 отключает измерительный датчик 1 и аналого-цифровой преобразователь 2 от батареи питания посредством схемы питания 5, и переводит шину интерфейса «ИНТ» в логический уровень «0» посредством схемы интерфейса связи 4, переводя тем самым все ведомые модули в режим пониженного энергопотребления (режим «сон»). Если измеренное значение не меньше запрограммированного порога, то микроконтроллер с памятью 3 записывает свою память измеренное значение физической величины, переводит шину интерфейса «ИНТ» в логический уровень «1» посредством схемы интерфейса связи 4 и засыпает на время, запрограммированное ранее как интервал измерения. Далее после просыпания микроконтроллер с памятью 3 замеряет и сравнивает значение и алгоритм, описанный выше, повторяется.

Если унифицированный модуль раннее был запрограммирован как ведомый, то микроконтроллер с памятью 3 посредством схемы интерфейса связи 4 анализирует уровень напряжения на шине интерфейса «ИНТ» и при наличии логического уровня «0» переходит в режим пониженного энергопотребления (режим «сон»). Если на шине интерфейса «ИНТ» присутствует логический уровень «1», то микроконтроллер с памятью 3 включает измерительный датчик 1 и аналого-цифровой преобразователь 2, считывает значение физической величины с измерительного датчика 1 посредством аналого-цифрового преобразователя 2, записывает с свою память измеренное значение физической величины, выключает измерительный датчик 1 и аналого-цифровой преобразователь 2 и засыпает на время, запрограммированное ранее как интервал измерения. Далее после просыпания микроконтроллер с памятью 3 просыпается, анализирует уровень напряжения на шине интерфейса «ИНТ», если присутствует уровень «1», то микроконтроллер с памятью 3 включает измерительный датчик 1 и аналого-цифровой преобразователь 2, замеряет и записывает в память измеренное значение физической величины, выключает измерительный датчик 1 и аналого-цифровой преобразователь 2 и засыпает. Если при просыпании микроконтроллера с памятью 3 на шине интерфейса присутствует логический уровень «0», то микроконтроллер 5 засыпает без измерения и записи физической величины.

Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу достижения минимально возможного энергопотребления от батарей во время использования наддолотного модуля по назначению.

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения непосредственно вблизи долота. Заявлен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием и герметичными отсеками, в одном из которых внутри расположена батарея питания, а в других функционально законченные унифицированные модули, каждый из которых выполнен с возможностью измерять и записывать в память свой параметр физической величины и включает электронную плату, которая в свою очередь состоит из датчика физических величин, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера с памятью, схемы интерфейса связи и схемы питания. При этом вход датчика физической величины соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с входом микроконтроллера с памятью, выход которого соединен с входом схемы интерфейса связи, а схема питания своим входом соединена с батареей, а выходами соответственно с входами датчика физической величины, аналого-цифрового преобразователя и схемы интерфейса связи. Каждый из унифицированных модулей выполнен с возможностью его программирования, как в качестве ведомого, так и в качестве ведущего модуля с переводом ведомых в режим пониженного энергопотребления. Техническим результатом является снижение энергопотребления при использовании наддолотного модуля по назначению. 1 ил.

Наддолотный модуль, характеризующийся тем, что содержит корпус с центральным промывочным отверстием и герметичными отсеками, в одном из которых внутри расположена батарея питания, а в других функционально законченные унифицированные модули, каждый из которых выполнен с возможностью измерять и записывать в память свой параметр физической величины и включает электронную плату, которая в свою очередь состоит из датчика физических величин, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера с памятью, схемы интерфейса связи и схемы питания, при этом вход датчика физической величины соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с входом микроконтроллера с памятью, выход которого соединен с входом схемы интерфейса связи, а схема питания своим входом соединена с батареей, а выходами, соответственно, с входами датчика физической величины, аналого-цифрового преобразователя и схемы интерфейса связи, причем каждый из унифицированных модулей выполнен с возможностью его программирования, как в качестве ведомого, так и в качестве ведущего модуля с переводом ведомых в режим пониженного энергопотребления.