Устройство для передачи информации по гидравлическому каналу Советский патент 1981 года по МПК E21B47/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО ГИДРАВЛИЧЕСКОМУ КАНАЛУ

Изобретение относится к области измерений на расстоянии и может быть использовано для контроля физических параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство, основанное на передаче информации по гидравлическому каналу. В устройстве используется цементировочная пробка, которая, достигнув башмака обсадной колонны, перекрывает промывочный канал. Резкое повышение давления нагнетания свидетельствует о том, что весь цемент из колонны вытеснен в затрубное пространство 1.

Недостаток такого устройства состоит в том, что его информация ограничивается только двумя сигналами «Открыто - «Закрыто и не позволяет судить о других параметрах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, в котором информация передается сигналами в виде гидравлических импульсов, частота которых, например, пропорицональна величине осевой нагрузки на долото.

В этом устройстве долото давит на поршень в гидроцилиндре. Возникающее гидравлическое давление передается на торец сильфона, состоящего из двух камер, соединенных между собой дросселирующим отверстием. Через камеры проходит щток, взаимодействующий с запорным клапаном, включающим в действие на один возвратнопоступательный цикл поршневую систему исполнительного клапана, В течение этого цикла происходит кратковременное закрытие основного проходногоканала, сопровождающееся повышением давления. Кратковременное повышение давления служит сигна10лом на поверхность. Одновременно происходит вытеснение жидкости в нижнюю камеру сильфона. Таким образом, цикл заканчивается возвращением механизма в исходное положение.

Период времени до включения механиз15ма на выполнение следующего цикла зависит от осевой нагрузки на долото. При больщей нагрузке происходит более быстрый переток жидкости через дросселирующие отверстие из нижней камеры в верхнюю и бо20лее быстрое открытие щтоком запорного клапана, включающего механизм исполнительного клапана на следующий цикл. Частота повторения циклов, регистрируемая на поверхности в виде гидроимпульсов, служит мерой осевой нагрузки на долото.

Энергия для осуществления возвратнопоступательного движения в устройстве приобретается из энергии нагнетания бурового раствора, для чего имеются две ступени дросселирования бурового раствора, обеспечивающие необходимый перепад давлений. Одна ступень в зоне исполнительного клапана, другая - над долотом 2.

Недостатком известного устройства является наличие ступеней дросселирован, приводящее к постоянной потере давления.

Кроме того, ввиду наличия в буровом растворе крупных частиц возможно засорение дросселирующих отверстий, что приводит не только к искажению показаний устройства, но и к осложнениям процесса бурения. С другой стороны возможен абразивный износ дросселирующих отверстий, что тоже приводит к нарушению показаний устройства и к сокращению срока его службы.

Цель изобретения - повышение точности передачи информации на поверхность.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено якорем, подвешенным на оси, причем одна сторона якоря выступает в гидравлический канал, а другая имеет упор в шток при смещении последнего из исходного положения.

На фиг. 1 показано устройство в исходном положении; на фиг. 2 - то же, в процессе замера величины перемещения; на фиг. 3-то же, в процессе передачи информации; на фиг. 4 - разложение сил, действующих на якорь.

Устройство снабжено выдвижным щупом 1, выполненным в виде щтока подпружиненного поршня 2, последний расположен в гидроцилиндре 3, снабженном дросселирующим отверстием 4 и обратным клапаном 5. Шток 6 своей верхней частью служит фиксатором подпружиненному клапану 7, перекрывающему гидравлический канал 8. При этом связь между штоком и клапаном осуществляется через качающийся якорь 9.

В данном примере устройства предназначено для передачи информации об осевом усилии на долото 10, по которому судят о величине сжатия пружины 11 и, соответственно, величине входа долота в корпус устройства.

Устройство может входить в компановку бурильной колонны. В процессе нагнетания бурового раствора клапан 7 отжимается потоком бурового раствора и не препятствует нормальному движению жидкости (фиг. 1).

Работа устройства происходит следующим образом.

Перед осуществлением замера кратковременно прекращают нагнетание бурового раствора и приподнимают бурильную колонну. Под действием пружины клапан 7, отклоняя якорь 9, входит в канал 8. После

этого колонну опускают и приводят в состояние, при котором намерены определить осевое усилие на долото. Под действием осевого усилия пружина 11 сжимается, а щуп 1, отжатый долотом 10, поднимает поршень

2, вытесняя жидкость из гидроцилиндра 3 через обратный клапан 5 (фиг. 2).

Таким образом, щупом 1 производят замер величины перемещения долота 10, что соответствует величине сжатия пружины или усилию .на долото.

- Для передачи результатов замера бурильную колонну приподнимают и возобновляют нагнетание бурового раствора (фиг. 3). Однако клапан посредством штока 6 и якоря 9 фиксируется от перемещения вниз и,

перекрывая канал 8, препятствует нормальной циркуляции бурового раствора. На поверхности это проявляется повышенным давлением нагнетания. .Момент снятия нагрузки с долота служит началом передачи на поверхность информации и является сигналом

начала отсчета времени. После отхода долота 10 от щупа 1 поршень 2 под действием пружинь начинает перемещаться вниз. При этом через дросселирующее отверстие 4 происходит медленное заполнение поршневой

5 зоны гидроцилиндра 3. В момент освобождения якоря 9 штоком 6 клапан 7 резко открывает канал 8, возобновляя нормальную циркуляцию бурового раствора. Этот момент на поверхности регистрируется по резкому падению давления нагнетания и служит

0 сигналом об окончании отсчета времени.

Время, которое потребовалось для возвращения порщня 2 в исходное положение, свидетельствует о величине перемещения щупа 1, т.е. о величине осевого усилия на долото 10.

Фиксация клапана 7 штоком 6 через промежуточное звено (якорь 9) позволяет снизить усилие, действующее на шток 6 (фиг. 4) и тем самым повысить чувствительность устройства, так как сила Р, действующая на

0 клапан, воспринимается осью якоря в виде реакции и почти полностью компенсируется, а на шток действует только сравнительно небольшая сила.

Устройство, благодаря применению для передачи информации более удобных сигналов «Открыто, «Закрыто, сопровождающихся стабильным подъемом или сбросом давления нагнетания, исключает вл1 яние|ПОмех, вызванных обычной пульсацией бурового раствора. В то же время применение

0 этого вида сигналов значительно упрощает конструкцию устройства ,

Предлагаемое устройство позволит осуществлять контроль различных параметров в процессе бурения и, благодаря своей универсальности, в совокупности с относительно простыми преобразователями откроет возможность замерять не только линейные величины, но, как пбказали предварительные работы, и такие параметры как перепад дав