RU2200836C1

RU2200836C1 - Technique of manufacture of electric divider of drill pipe string

Info

Publication number: RU2200836C1
Application number: RU2001118601A
Authority: RU
Inventors: А.М. Кшнякин; В.А. Преснухин
Original assignee: Кшнякин Алексей Михайлович; Преснухин Владимир Александрович
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: geophysical investigations in holes. SUBSTANCE: invention is related to manufacture of electric divider of drill pipe string used as communication channel to transmit bottom-hole information. Technique includes winding of polymer composite material on threaded connection, screwing of subs along thread through polymer composite material and winding of polymer composite material over outer surface of sub. Winding on threaded connection is carried out in two stages. As result of first stage polymer composite material is formed with simultaneous polymerization, on completion of second stage package is formed over surface of thread by way of preforming. Then package is cooled , subs are screwed, cylindrical package of prepreg is formed over inner surface of subs and binder is polymerized. Layer of phenol- rubber coat can be applied to surfaces of subs prior to winding. Finely dispersed filling agent can be added into polymer binder. Prepreg layers are cut obliquely with regard to direction of base of reinforcing material. Additional separating layers of sealing glass-filled material, for instance, of phenol-rubber adhesive tape, are brought into package of polymer composite material. Prepreg package for inner sheath of divider is assembled from individual layers which width is smaller than circumference length of inner hole of divider. Package of layers of inner sheath is assembled on elastic mandrel and formation is carried out by way of gradual rise of temperature in mandrel with simultaneous growth of temperature. Erosion-resisting coat is deposited on all surfaces of divider. EFFECT: enhanced reliability of connection of sub with insulator, prolonged service life of electric divider. 7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при изготовлении электрического разделителя буровой колонны, использующейся в качестве канала связи при передаче забойной информации. The invention relates to geophysical surveys of wells and can be used in the manufacture of an electric separator of a drill string, used as a communication channel for transmitting downhole information.

Известен способ изготовления электрического разделителя послойной намоткой слоев стеклопластика на один из переводников и последующим закреплением через электроизолирующий слой стеклопластика ответного переводника с использованием конструктивных способов фиксации разделителя от отворачивания (авт. свид. СССР 1016494, МКИ Е 21 В 47/12). There is a method of manufacturing an electrical separator by layer-wound winding of fiberglass layers on one of the sub and then securing a reciprocal sub through an electrically insulating fiberglass layer using structural methods of fixing the separator from turning away (ed. Certificate. USSR 1016494, MKI E 21 V 47/12).

Разделители, изготовленные известным способом, имеют большую толщину электроизоляционного материала, что при значительных знакопеременных нагрузках в процессе работы приводит к появлению микротрещин в связующем, резкому увеличению влагопоглощения и снижению электрического сопротивления. Separators made in a known manner have a large thickness of electrical insulating material, which, with significant alternating loads during operation, leads to microcracks in the binder, a sharp increase in moisture absorption and a decrease in electrical resistance.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления электрического разделителя буровой колонны, содержащего нижний и верхний металлические переводники, собираемые в целое по резьбовому соединению через изоляционную прокладку из полимерного композиционного материала (Молчанов А. А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М., "Недра", 1983, с.55). Closest to the proposed method is a method of manufacturing an electric separator of a drill string containing lower and upper metal sub, assembled integrally by a threaded connection through an insulating strip of polymer composite material (A. Molchanov. Measurement of geophysical and technological parameters during well drilling. M ., "The bowels", 1983, p.55).

Недостатком известного способа является возможность разворачивания резьбового соединения, приводящего к разрушению изоляционного материала, и, как следствие, низкий ресурс разделителя при эксплуатации за счет влагонасыщения и снижения электрического сопротивления. The disadvantage of this method is the ability to deploy a threaded connection, leading to the destruction of the insulating material, and, as a result, the low resource of the separator during operation due to moisture saturation and lower electrical resistance.

Целью изобретения является повышение надежности соединения переводника с изолятором и повышение ресурса его эксплуатации. The aim of the invention is to increase the reliability of the connection of the sub with the insulator and increase the resource of its operation.

Указанная цель достигается тем, что при изготовлении электрического разделителя используют многослойный диэлектрический полимерный композиционный материал, состоящий из слоев фенольно-каучукового покрытия, нанесенного на металлические элементы разделителя, стеклопластикового разделительного слоя, содержащего мелкодисперсный наполнитель, снижающий пористость и влагопоглощение стеклопластика, а также защитные стеклопластиковые оболочки внутри и снаружи резьбового соединения с разделительными герметичными слоями стеклонаполненного фенол-каучука, причем внутреннюю оболочку приформовывают к внутренней поверхности разделителя с помощью эластичной раздуваемой оправки. This goal is achieved by the fact that in the manufacture of the electric separator, a multilayer dielectric polymer composite material is used, consisting of layers of a phenolic-rubber coating applied to the metal elements of the separator, a fiberglass separation layer containing a finely divided filler, which reduces the porosity and moisture absorption of fiberglass, as well as protective fiberglass shells inside and outside of a threaded connection with a sealed dividing layers of glass phenol rubber, and the inner shell is molded to the inner surface of the separator using an elastic inflatable mandrel.

На чертеже показан электрический разделитель буровой колонны. The drawing shows an electrical splitter drill string.

Электрический разделитель буровой колонны состоит из нижнего 1 и верхнего 2 металлических переводников, собираемых по резьбовому соединению 3. С наружной стороны зона резьбового соединения защищена стеклопластиковой оболочкой 4, с внутренней - стеклопластиковой оболочкой 5. The drill string electric separator consists of the lower 1 and upper 2 metal sub, assembled by a threaded connection 3. On the outside, the threaded connection zone is protected by a fiberglass sheath 4, with an inner fiberglass sheath 5.

Способ изготовления электрического разделителя заключается в следующем. A method of manufacturing an electrical splitter is as follows.

Нижний 1 и верхний 2 переводники подвергают пескоструйной обработке, обезжиривают, после чего на них наносят слой фенольно-каучукового покрытия (клея ВК-32-200, ВК-3 и др.) и проводят его полимеризацию. Готовят препрег стеклопластика на основе связующего ЭДТ-69 (ЭДТ-10 или др.) без использования растворителя. В связующее перед пропиткой добавляют мелкодисперсный наполнитель, например микросферы "Аэросил", в количестве 2-5 об.%. Содержание связующего в препреге должно составлять не менее 35%. Для исключения образования гофр препрег раскраивают под углом 45^o к основе и наматывают на ниппель два-три слоя. С помощью контактного или автоклавного формования препрег обжимают по поверхности резьбы и полимеризуют связующее. Проводят механическую зачистку облоя на поверхности резьбы и ее подгонку по ответной детали.The lower 1 and upper 2 sub are sandblasted, degreased, and then a layer of phenolic-rubber coating (glue VK-32-200, VK-3, etc.) is applied to them and polymerized. Prepreg fiberglass based on a binder EDT-69 (EDT-10 or others) is prepared without the use of a solvent. Finely dispersed filler, for example, Aerosil microspheres, in an amount of 2-5 vol.% Is added to the binder before impregnation. The binder content in the prepreg should be at least 35%. To exclude the formation of corrugations, the prepreg is cut at an angle of 45 ^° to the base and two or three layers are wound on the nipple. Using contact or autoclave molding, the prepreg is crimped over the surface of the thread and the binder is polymerized. A mechanical cleaning of the flake on the surface of the thread is carried out and its adjustment to the reciprocal part.

Затем на поверхность резьбового соединения 3 переводника 2 наматывают еще два-три слоя препрега и таблетируют его (т.е. обжимают без повышения температуры). Перед сворачиванием с переводником 1 резьбовое соединение охлаждают до температуры -5 - 0^oС для фиксации препрега. Резьбовое соединение затягивают.Then, another two or three layers of the prepreg are wound on the surface of the threaded connection 3 of sub 2 and tabletted (i.e., crimped without raising the temperature). Before folding with a sub 1, the threaded connection is cooled to a temperature of -5 - 0 ^o C to fix the prepreg. The threaded connection is tightened.

На следующем этапе формируют внутреннюю оболочку 5. На эластичной оправке, выполненной, например, из резины, собирают пакет слоев препрега. Ширина каждого слоя составляет от одного до полутора диаметров внутреннего отверстия разделителя. При сборке пакета слои располагают так, чтобы их стыки были смещены по окружности оправки относительно друг друга. После укладки каждых пяти-шести слоев и в конце сборки проводят таблетирование пакета. На наружную поверхность пакета укладывают герметизирующий слой стеклонаполненной фенольно-каучуковой пленки шириной 100-150 мм. Подготовленный пакет вместе с эластичной оправкой вставляют внутрь разделителя. Разделитель помещают в печь и постепенно нагревают до температуры полимеризации связующего, одновременно повышая давление внутри оправки до 0,2-0,5 МПа. При этом пакет слоев препрега размягчается и расширяется до достижения поверхности переводников разделителя. Проводят полимеризацию связующего в резьбовом соединении и во внутренней оболочке. In the next step, the inner shell 5 is formed. On a flexible mandrel made, for example, of rubber, a package of prepreg layers is collected. The width of each layer is from one to one and a half diameters of the inner hole of the separator. When assembling the package, the layers are positioned so that their joints are offset around the circumference of the mandrel relative to each other. After laying every five to six layers and at the end of the assembly, the package is tabletted. A sealing layer of a glass-filled phenol-rubber film 100-150 mm wide is laid on the outer surface of the bag. The prepared bag along with the elastic mandrel is inserted into the separator. The separator is placed in a furnace and gradually heated to the polymerization temperature of the binder, while increasing the pressure inside the mandrel to 0.2-0.5 MPa. In this case, the package of prepreg layers softens and expands to reach the surface of the separator sub. The binder is polymerized in a threaded joint and in the inner shell.

Затем на наружную поверхность 4 разделителя наматывают слои препрега и герметизирующий слой стеклонаполненной фенольно-каучуковой пленки и полимеризуют их. После полимеризации на наружную оболочку и на все поверхности разделителя может быть нанесен жертвенный слой стеклопластика типа ВСП-9 методом "сухой" или "мокрой" намотки и поверхностный декоративный или эрозионно-стойкий слой. Then, prepreg layers and a sealing layer of a glass-filled phenol-rubber film are wound on the outer surface 4 of the separator and polymerized. After polymerization, a sacrificial layer of fiberglass type VSP-9 by the method of "dry" or "wet" winding and a surface decorative or erosion-resistant layer can be applied to the outer shell and to all surfaces of the separator.

Использование многослойного полимерного композиционного материала, формируемого в три этапа, позволяет повысить надежность соединения переводника с изолятором. Фенольно-каучуковая пленка, входящая в состав полимерного композиционного материала, обеспечивает высокую адгезию стеклопластика к металлу. Мелкодисперсный наполнитель снижает пористость и влагопоглощение стеклопластика. Все это в целом повышает ресурс эксплуатации разделителя. The use of a multilayer polymer composite material, formed in three stages, improves the reliability of the connection of the sub with the insulator. Phenolic-rubber film, which is part of the polymer composite material, provides high adhesion of fiberglass to metal. Fine filler reduces the porosity and moisture absorption of fiberglass. All this as a whole increases the life of the separator.

Описанный способ был опробован при изготовлении электрических разделителей диаметром 110, 150 и 172 мм, прошедших успешные испытания при бурении скважин глубиной до 5000 м. The described method was tested in the manufacture of electrical dividers with a diameter of 110, 150 and 172 mm, which passed successful tests when drilling wells up to 5000 m in depth.

Claims

1. A method of manufacturing an electric separator of a drill string, including winding onto a threaded connection of a polymer composite material, winding the sub on the thread through the polymer composite material and winding the polymer composite material on the outer surface of the sub, characterized in that the winding on the threaded connection is carried out sequentially in two stages, after the first winding stage, the polymer composite material is formed with simultaneous polymerization, after orogo - forming on the thread surface of the package through its tabletting, then the package is cooled, rolled subs, priformovyvayut on the inner surface of the cylindrical package of the prepreg and produce polymerization of the binder.

2. The method according to p. 1, characterized in that on the surface of the sub before winding a layer of phenolic-rubber coating such as adhesive film VK-32-200, VK-3, etc. is applied.

3. The method according to p. 1, characterized in that a finely dispersed filler, for example, Aerosil, is added to the polymer binder.

4. The method according to p. 1, characterized in that the prepreg layers are cut obliquely to the direction of the base of the reinforcing material.

5. The method according to p. 1, characterized in that the additional polymer layers are introduced into the package of the polymer composite material from a sealed glass-filled material, for example, a phenolic-rubber adhesive film.

6. The method according to p. 1, characterized in that the prepreg package forming the inner shell of the separator is assembled from separate layers, the width of which is less than the circumference of the inner hole of the separator.

7. The method according to p. 1, characterized in that the package of layers of the inner shell of the separator is collected on an elastic mandrel, and molding is carried out by gradually increasing the pressure in the mandrel while increasing the temperature.

8. The method according to p. 1, characterized in that the erosion-resistant coating is applied to all surfaces of the separator.