RU2105880C1

RU2105880C1 - Down-hole telemetric system

Info

Publication number: RU2105880C1
Application number: RU94042363A
Authority: RU
Inventors: В.П. Чупров; А.А. Бикинеев
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1998-02-27
Also published as: RU94042363A

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: this relates to mining industry geophysics, and particularly to measuring down-hole parameters in process of drilling bore-holes. Components of telemetric system are drilling string, body, power supply unit, measuring modules, transmitting device modules, electric divider, and bottom-hole motor. Diameters of body of measuring modules and power supply unit are less than inner diameter of drilling string. Length of modules L is equal to

Description

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения забойных параметров в процессе бурения скважин и передачи их на поверхность по электромагнитному каналу связи. The proposal relates to the field of field geophysics and is intended to measure downhole parameters during drilling and transmitting them to the surface via an electromagnetic communication channel.

Известна забойная телеметрическая система ЗИС-4 с электромагнитным каналом связи, предназначенная для измерения угла наклона азимута скважин, ориентации и частоты вращения забойного двигателя [1]
Недостатком этой системы является большая металлоемкость, невозможность включения в компоновку забойной аппаратуры датчиков измерения геофизических параметров пород.Known downhole telemetry system ZIS-4 with an electromagnetic communication channel, designed to measure the angle of inclination of the azimuth of the wells, the orientation and speed of the downhole motor [1]
The disadvantage of this system is the large metal consumption, the inability to include sensors for measuring geophysical parameters of rocks in the layout of the downhole equipment.

Известна также система измерения забойных параметров в процессе бурения (MWD) фирмы Geoservices с электромагнитным каналом связи [2] Датчики этой системы позволяют измерять зенитный угол, азимут, угол ориентации компоновок, температуру, давление, а также получать данные гамма-каротажа и электрокаротажа. Система выпускается трех типоразмеров по диаметру скважинного прибора, имеет разъемы, позволяющие транспортировать ее узлы длиной до 6 м. A well-known system for measuring downhole parameters during drilling (MWD) by Geoservices with an electromagnetic communication channel [2] The sensors of this system allow you to measure the zenith angle, azimuth, orientation angle of the layouts, temperature, pressure, as well as obtain gamma-ray and electric logging data. The system is available in three sizes according to the diameter of the downhole tool, has connectors that allow its nodes to be transported up to 6 m in length.

Недостатком телесистемы фирмы Geoservices является большая жесткость конструкции, которая не позволяет бурить скважины с радиусом траектории меньше 70 м, а также тяжелый корпус (до 0,5 тонны), который требует специально оборудованных транспортных средств, и не может транспортироваться обыкновенными пассажирскими транспортными средствами, что резко ограничивает возможности применения и повышает стоимость эксплуатации телесистем, особенно в труднодоступных районах проведения буровых работ. The disadvantage of the Geoservices telesystem is the high rigidity of the structure, which does not allow drilling wells with a radius of the trajectory of less than 70 m, as well as a heavy body (up to 0.5 tons), which requires specially equipped vehicles, and cannot be transported by ordinary passenger vehicles, which sharply limits the possibilities of application and increases the cost of operating telesystems, especially in remote areas of drilling operations.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является телеметрическая система "Забой", имеющая модульную компоновку и содержащая модули технологических, геофизических и инклинометрических преобразователей, турбогенератор, модуль передающего устройства, электрический разделитель [3] Однако телесистема "Забой" также не позволяет бурить скважины с радиусом кривизны меньше 70 м, так как корпус телесистемы не выдерживает деформаций, возникающих под действием изгибающих нагрузок. The closest in technical essence and the achieved result is the Zamet telemetry system, which has a modular layout and contains the modules of technological, geophysical and inclinometric transducers, a turbogenerator, a transmitter module, an electric splitter [3] However, the Zaba telemetry system also does not allow drilling wells with the radius of curvature is less than 70 m, since the body of the television system does not withstand deformations arising under the action of bending loads.

Кроме того, электрический разделитель телесистемы "Забой" выполнен в виде отдельного элемента компоновки совместно с модулем управления и связи и помещен в верхней части системы, поэтому для обеспечения канала связи при бурении непосредственно изо-обсадной колонны требуется обеспечить расположение разделителя ниже башмака обсадной колонны. То есть необходимо безориентированное бурение дополнительных 10 м ниже башмака колонны с целью выхода разделителя телесистемы в открытый ствол, что снижает технико-экономические показатели бурения горизонтальных скважин. In addition, the electric separator of the Zaboy television system is made as a separate layout element together with the control and communication module and is placed at the top of the system, therefore, to ensure the communication channel when drilling directly from the casing string, it is necessary to ensure the location of the separator below the casing shoe. That is, it is necessary to orientate an additional 10 m below the shoe of the column in order to exit the telesystem splitter into the open hole, which reduces the technical and economic performance of horizontal wells.

Предполагаемое изобретение решает задачу повышения надежности проводки и исследования скважин с малым радиусом кривизны, в частности скважин малого диаметра, а также обеспечение возможности извлечения измерительных блоков в случаях прихвата бурового инструмента. The alleged invention solves the problem of improving the reliability of wiring and research wells with a small radius of curvature, in particular wells of small diameter, as well as providing the ability to extract measuring units in cases of sticking of a drilling tool.

Поставленная задача решается описываемой телеметрической системой, включающей бурильную колонну, корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель и забойный двигатель. The problem is solved by the described telemetry system, including a drill string, a housing, a power supply, measuring modules, a transmitter module, an electric splitter and a downhole motor.

Новым является то, что диаметры корпуса измерительных модулей и блока питания выполнены меньше внутреннего диаметра бурильной колонны, длина модулей l выполнена равной соотношению

где R минимальный радиус траектории скважины; h половина разности внутреннего диаметра бурильной трубы и наружного диаметра корпуса измерительных модулей, а электрический разделитель выполнен в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом блок питания, измерительные и передающие модули соединены между собой гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями, причем в качестве связей между модулями могут быть использованы гибкие в радиальном направлении металлические трубы диаметром меньше диаметра корпуса модулей. Внутри труб размещены электрические провода, осуществляющие электрическую связь между модулями, у основания модулей установлены центраторы. Кроме того, электрический контакт с низом бурильной колонны выполнен скользящим.New is that the diameters of the housing of the measuring modules and the power unit are made smaller than the inner diameter of the drill string, the length of the modules l is made equal to the ratio

where R is the minimum radius of the well trajectory; h half the difference between the inner diameter of the drill pipe and the outer diameter of the housing of the measuring modules, and the electrical splitter is made in the form of a separate sub mounted directly above the downhole motor, while the power supply, measuring and transmitting modules are interconnected flexible in the radial direction and rigid in the longitudinal direction connections, and as connections between the modules can be used flexible in the radial direction of metal pipes with a diameter less than the diameter to rpusa modules. Inside the pipes there are electrical wires that carry out electrical communication between the modules, centralizers are installed at the base of the modules. In addition, the electrical contact with the bottom of the drill string is made sliding.

Представленные рисунки поясняют суть предложения, где на фиг. 1 изображена предлагаемая забойная телеметрическая система при работе в скважинных условиях; на фиг. 2 положение модулей и гибких связей в бурильной трубе при минимальном радиусе искривления траектории ствола скважины. The presented drawings explain the essence of the proposal, where in FIG. 1 shows the proposed downhole telemetry system when working in downhole conditions; in FIG. 2 the position of the modules and flexible connections in the drill pipe with a minimum radius of curvature of the wellbore trajectory.

Забойная телеметрическая система содержит блок питания (турбогенератор) 1, модуль управления и связи (передающее устройство) 2, модуль инклинометрии 3, штанговый электрический разделитель 4, подвижный электрический контакт 5 с низом бурильной колонны, соединенные между собой гибкими связями 6. The downhole telemetry system contains a power supply unit (turbogenerator) 1, a control and communication module (transmitting device) 2, an inclinometry module 3, a rod electric splitter 4, a movable electric contact 5 with the bottom of the drill string, interconnected by flexible connections 6.

Между модулем инклинометрии 3 и штанговым электрическим разделителем 4 или модулем передающего устройства 2 устанавливается измерительный модуль геофизических параметров (на фиг. не показан). Between the inclinometry module 3 and the rod electric separator 4 or the module of the transmitting device 2, a measuring module of geophysical parameters is installed (not shown in Fig.).

Все модули размещены внутри стандартной легкосплавной бурильной трубы 7, отцентрированы с помощью подвижных центраторов 8 и зафиксированы в специальном переводнике 9. На легкосплавную трубу 7 навернут колонный электрический разделитель 10, выполненный в виде переводника с возможностью размещения внутри его подвижного электрического контакта 5, ниже навернуты забойный двигатель 11 и долото 12. Забойная телеметрическая система спускается в скважину на бурильных трубах 13, минимальный внутренний диаметр которых больше наружного диаметра корпуса модулей. Наземное оборудование 14 обеспечивает прием и выдачу информации о забойных параметрах. All modules are placed inside a standard alloy drill pipe 7, centered by means of movable centralizers 8 and fixed in a special sub 9. A column electric separator 10 is screwed onto the alloy pipe 7, made in the form of an adapter with the possibility of placement inside its movable electric contact 5, the bottomhole screw is screwed down the engine 11 and the chisel 12. The downhole telemetry system is lowered into the well on drill pipes 13, the minimum inner diameter of which is larger than the outer diameter of the core baleen modules. Ground equipment 14 provides reception and issuance of information about downhole parameters.

На фиг. 2 показано положение модулей и гибких связей внутри легкосплавной бурильной трубы при максимальном искривлении ствола скважины, поясняющее выбор оптимальной длины корпуса модулей при заданном наружном диаметре модулей. Из фиг. 2 видно, что компоновка системы конструктивно выполнена таким образом, что исключает деформации корпусных деталей модулей под действием изгибающих нагрузок. Изгибающие нагрузки воспринимаются гибкими в радиальном направлении и жесткими в продольном направлении связями. Поэтому гибкие связи целесообразно изготавливать из тонкостенных металлических труб, диаметр которых меньше диаметра корпусных деталей. Например, при бурении скважины с использованием легкосплавных бурильных труб диаметром 108 мм с внутренним диаметром в месте расположения приборов 90 мм при диаметре корпуса модулей 54 мм и минимальной радиусе траектории ствола R=12 м длина l модулей должна быть не более:

где

тогда

Таким образом, с целью исключения изгибающих нагрузок на корпус модулей, их длина при данных условиях не должна превышать 1314 мм.In FIG. Figure 2 shows the position of the modules and flexible couplings inside the alloy drill pipe at the maximum borehole curvature, explaining the choice of the optimal length of the module casing for a given outer diameter of the modules. From FIG. 2 shows that the layout of the system is structurally designed in such a way that eliminates the deformation of the housing parts of the modules under the action of bending loads. Bending loads are perceived as flexible in the radial direction and rigid in the longitudinal direction of the bonds. Therefore, it is advisable to make flexible connections from thin-walled metal pipes whose diameter is less than the diameter of the body parts. For example, when drilling a well using light-alloy drill pipes with a diameter of 108 mm with an inner diameter of 90 mm at the location of the instruments with a diameter of 54 mm for the module body and a minimum bore radius of R = 12 m, the length l of the modules should be no more than:

Where

then

Thus, in order to eliminate bending loads on the module case, their length under these conditions should not exceed 1314 mm.

Сборка забойной телеметрической системы осуществляется следующим образом. На забойный двигатель 11 с навернутым долотом 12 наворачивают колонный электрический разделитель 10, немагнитную стандартную бурильную трубу 7, специальный переводник 9. Внутрь немагнитной трубы последовательной спускают штанговый электрический разделитель 4, модули системы и турбогенератор, соединенные между собой гибкими связями с центраторами, генератор 1 пространственно фиксируется в специальном переводнике 9. Подбором длины гибких связей подвижный контакт 5 размещается в корпусе колонного разделителя 10 так, чтобы он обеспечил контакт с нижней частью колонны. Далее на бурильных трубах системы спускается на забой скважины. Assembly downhole telemetry system is as follows. A columnar electric separator 10, a non-magnetic standard drill pipe 7, a special sub 9 are screwed onto the downhole motor 11 with a screwed-up bit 12, a rod electric separator 4, system modules and a turbogenerator connected by flexible connections with centralizers are lowered sequentially inside the non-magnetic pipe, generator 1 is spatially fixed in a special sub 9. By selecting the length of the flexible connections, the movable contact 5 is placed in the housing of the column separator 10 so that it provides contact t with the bottom of the column. Further, on the drill pipes of the system, it descends to the bottom of the well.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

После спуска инструмента на забой скважины осуществляется прокачка бурового насоса, при этом включается в работу турбогенератор, обеспечивая питание модулей системы и передачу сигнала на поверхность. Обеспечение получения информации с забоя скважины осуществляется по одному из известных принципов передачи сигнала по электромагнитному каналу связи, например, подобной телеметрической системе "Забой" (прототип). After the tool is lowered to the bottom of the well, the mud pump is pumped, while the turbogenerator is switched on, providing power to the system modules and transmitting the signal to the surface. The provision of information from the bottom of the well is carried out according to one of the known principles of signal transmission through an electromagnetic communication channel, for example, a similar telemetry system "Face" (prototype).

Преимущества предложенной забойной телеметрической системы вытекают из конструктивных особенностей его компоновки, а именно из расположения колонного электрического разделителя в непосредственной близости от забойного двигателя. Наличие подвижного контакта и сборных гибких связей позволяет использовать для бурения любые стандартные немагнитные легкосплавные трубы независимо от их длинновых размеров. Модульная компоновка системы при необходимости позволяет устанавливать блок инклинометров максимально близко к забойному двигателю, тем самым сокращая расстояние до получения информации о забойных параметрах траектории ствола скважины в процессе бурения. The advantages of the proposed downhole telemetry system arise from the design features of its layout, namely from the location of the columned electrical separator in the immediate vicinity of the downhole motor. The presence of a movable contact and prefabricated flexible connections allows you to use any standard non-magnetic alloy pipes for drilling, regardless of their long sizes. The modular arrangement of the system, if necessary, allows you to install the inclinometer unit as close to the downhole motor, thereby reducing the distance to obtaining information about the downhole parameters of the wellbore trajectory during drilling.

Claims

1. A downhole telemetry system, including a drill string, a housing, a power supply, measuring modules, a transmitter module, an electrical splitter and a downhole motor, characterized in that the diameters of the housing of the measuring modules and the power supply are smaller than the inner diameter of the drill string, the length of the modules l is made equal to the ratio

where R is the minimum radius of the well trajectory;
h half the difference between the inner diameter of the drill pipe and the outer diameter of the housing of the measuring modules,
and the electric splitter is made in the form of a separate sub installed directly above the downhole motor, while the power supply, measuring and transmitting modules are interconnected by flexible in the radial direction and rigid in the longitudinal direction of the connections.

2. The system according to claim 1, characterized in that, as the connections between the modules, radially flexible metal pipes with a diameter smaller than the diameter of the module casing are used, centralizers are located on the pipes at the base of the modules and electrical wires are installed inside the pipes for electrical communication between modules.

3. The system according to claims 1 and 2, characterized in that the electrical contact with the bottom of the drill string is made sliding.