RU2324814C2

RU2324814C2 - Method and control of operating mode of telemetering system power generator

Info

Publication number: RU2324814C2
Application number: RU2006100483/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Галкин (RU); Николай Николаевич Галкин; Дмитрий Игоревич Сафонов (RU); Дмитрий Игоревич Сафонов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "НКГЕО"
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2008-05-20
Also published as: RU2006100483A

Abstract

FIELD: mining engineering, oil industry.

SUBSTANCE: invention refers to directional drilling of oil and gas wells, specifically to power generators of well logging equipment connected to bottomhole telemetering systems. Control of operating mode of generator supplying power for telemetering system includes generator mounted over electric separator inside of protective casing equipped from upper side with substitute for drill pipe core mounting. Generator is adjusted in such a way that its turbine is adjusted inside of substitute equipped with control screw sleeve moving axially lower part of which is designed with collar sealed on inner surface of substitute. Upper part of control sleeve is designed with flanges entering recesses of retainer insert. Lower part of inner surface of control sleeve is expanding, and outer surface of retainer insert in turn is furnished with flanges entering recesses of substitute inner surface. Technological result lies in smooth preset adjustment of generator turbine rotary speed to provide rated voltage at generator outputs, improvement of reliability of housing parts included in drill pipe core structure.

EFFECT: smooth adjustment of generator turbine rotary speed to provide rated voltage at generator outputs, improvement of reliability of housing parts included in drill pipe core structure.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к наклонно-налравленному бурению нефтяных и газовых скважин. Конкретно к генераторам питания скважинной аппаратуры, входящей в состав забойных телеметрических систем.The invention relates to directional drilling of oil and gas wells. Specifically to the power generators of the downhole equipment, which is part of the downhole telemetry systems.

Известно устройство регулировки режима работы генератора по патенту РФ 42265, способ и устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы.A device for adjusting the operating mode of a generator according to RF patent 42265 is known, a method and device for adjusting a operating mode of a power generator of a downhole telemetry system device.

Способ регулировки режима работы генератора, включающий генератор и скважинный прибор, установленный внутри электрического разделителя, и заключающийся в перепуске части бурового раствора, отличающийся тем, что часть бурового раствора перепускают из колонны труб в затрубное пространство. Причем часть бурового раствора может перепускаться после генератора или после телеметрической системы. Устройство для регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы содержит размещенный внутри защитного кожуха генератор, установленный за нем электрический разделитель, внутри которого смонтирована скважинная аппаратура и система перепуска бурового раствора, отличающееся тем, что система перепуска бурового раствора выполнена в виде отверстий за генератором или за скважинным прибором. Отверстия системы перепуска бурового раствора направлены под углом вверх. В отверстия установлены гидромониторные твердосплавные или керамические насадки. Гидромониторные насадки установлены расширяющейся частью в сторону затрубного пространства. Часть отверстий под гидромониторные насадки закрыта заглушками. Отверстия под гидромониторные насадки могут иметь различное проходное сечение.A method of adjusting the operating mode of the generator, including the generator and the downhole tool installed inside the electric separator, which consists in bypassing part of the drilling fluid, characterized in that part of the drilling fluid is passed from the pipe string into the annulus. Moreover, part of the drilling fluid may be bypassed after the generator or after the telemetry system. The device for adjusting the operating mode of the power generator of the downhole tool of the telemetry system contains a generator located inside the protective casing, an electric separator installed behind it, inside which the downhole equipment and the mud transfer system are mounted, characterized in that the mud transfer system is made in the form of openings behind the generator or behind the downhole tool. The holes of the mud bypass system are angled upward. In the holes are installed hydromonitor carbide or ceramic nozzles. The hydraulic nozzles are installed with the expanding part in the direction of the annulus. Some of the holes for the hydraulic nozzles are closed with plugs. Holes for hydraulic nozzles may have a different flow area.

Гидромониторные насадки смещены по высоте относительно друг друга. Отверстия закрыты кольцом, выполненным с возможностью поворота, со сквозными отверстиями, расположенными напротив отверстий, предназначенных для перепуска. Недостатками устройства являются:The hydraulic nozzles are offset in height relative to each other. The holes are closed by a ring made with the possibility of rotation, with through holes located opposite the holes intended for bypass. The disadvantages of the device are:

1. Снижение прочности бурильной колонны в месте установки твердосплавных насадок.1. The decrease in the strength of the drill string in the place of installation of carbide tips.

2. Ступенчатая регулировка объема бурового раствора, перепускаемого из колонны труб в затрубное пространство, и, как следствие, ступенчатая регулировка частоты оборотов генератора.2. Stepwise adjustment of the volume of drilling fluid bypassed from the pipe string into the annulus, and, as a result, stepwise adjustment of the generator speed.

3. Повышенное или пониженное напряжение на выводах генератора, связанное с тем, что частота вращения его турбины отличается от номинальной.3. Increased or reduced voltage at the terminals of the generator, due to the fact that the speed of its turbine is different from the nominal.

4. Разрушение стенок скважины буровым раствором, перепущенным через отверстия в бурильной колонне.4. The destruction of the walls of the borehole by the drilling fluid, passed through the holes in the drill string.

Известны способ и устройство для регулировки режима работы генератора по патенту РФ 15585 (прототип). Устройство для регулировки режима работы генератора входит в состав забойной телеметрической системы. Забойная телеметрическая система содержит размещенный внутри кожуха генератор, устройство для его крепления, электрический разделитель и немагнитную вставку, внутри которой смонтирована скважинная аппаратура. Между кожухом генератора и генератором установлена цилиндрическая вставка, образующая перепускной канал, и заслонка. Способ заключается в отводе части бурового раствора через кольцевой перепускной канал. С помощью заслонки открывают либо закрывают перепускной канал. Недостатками устройства являются:A known method and device for adjusting the operating mode of the generator according to the patent of the Russian Federation 15585 (prototype). A device for adjusting the operating mode of the generator is part of the downhole telemetry system. The downhole telemetry system contains a generator located inside the casing, a device for its fastening, an electric splitter and a non-magnetic insert, inside of which the downhole equipment is mounted. A cylindrical insert forming a bypass channel and a shutter are installed between the generator casing and the generator. The method consists in diverting part of the drilling fluid through an annular bypass channel. Using the damper open or close the bypass channel. The disadvantages of the device are:

1. Грубая регулировка, ограничивающаяся положениями "полностью закрыто" или "полностью открыто".1. Coarse adjustment, limited to the provisions of "fully closed" or "fully open".

2. Отсутствие плавной предварительной регулировки скорости вращения турбины генератора для получения номинального напряжения на его выводах.2. The lack of smooth preliminary adjustment of the rotation speed of the generator turbine to obtain the rated voltage at its terminals.

Задачами создания изобретения являются плавная предварительная регулировка скорости вращения турбины генератора для получения номинального напряжения на его выводах, повышение надежности корпусных деталей, входящих в состав колонны бурильных труб.The objectives of the invention are smooth preliminary adjustment of the rotation speed of the generator turbine to obtain the rated voltage at its terminals, increasing the reliability of the body parts that make up the drill pipe string.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что регулировка выполняется за счет изменения проходного сечения в месте расположения турбины генератора. При этом используется устройство регулировки режима работы генератора питания телеметрической системы, которое содержит установленный над электрическим разделителем генератор, размещенный внутри защитного кожуха, с верхней стороны которого установлен переводник для крепления к колонне бурильных труб. Генератор закреплен таким образом, что его турбина располагается внутри переводника, в котором с возможностью осевого перемещения на резьбе установлена регулировочная втулка. Нижняя часть наружной поверхности регулировочной втулки выполнена с кольцевым выступом, уплотненным по внутренней поверхности переводника, а верхняя с выступами, входящими в пазы фиксирующей вставки. Нижняя часть внутренней поверхности регулировочной втулки выполнена расширяющейся. На наружной поверхности фиксирующей вставки в свою очередь выполнены выступы, входящие в пазы на внутренней поверхности переводника. Фиксирующая вставка и гайка закрепляющая ее выполнены с внутренним шестигранником.The solution to these problems was achieved due to the fact that the adjustment is performed by changing the flow area at the location of the generator turbine. In this case, a device is used to adjust the operating mode of the power generator of the telemetry system, which contains a generator mounted above the electric separator, located inside the protective casing, on the upper side of which there is an adapter for fastening to the drill pipe string. The generator is fixed in such a way that its turbine is located inside the sub, in which an adjustment sleeve is mounted on the thread with the possibility of axial movement. The lower part of the outer surface of the adjusting sleeve is made with an annular protrusion sealed on the inner surface of the sub, and the upper part with protrusions included in the grooves of the fixing insert. The lower part of the inner surface of the adjusting sleeve is made expandable. On the outer surface of the locking insert, in turn, protrusions are formed that enter the grooves on the inner surface of the sub. The fixing insert and the nut fixing it are made with an internal hexagon.

Предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, что подтверждается патентными исследованиями и тем, что оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.The proposed technical solution has novelty, industrial applicability and inventive step, which is confirmed by patent research and the fact that it does not explicitly follow from the prior art for a specialist.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1...5, где:The invention is illustrated in the drawings of figures 1 ... 5, where:

На фиг.1 приведено устройство регулировки режима работы генератора питания телеметрической системы при верхнем положении регулировочной втулки.Figure 1 shows the device for adjusting the operating mode of the power generator of the telemetry system with the upper position of the adjusting sleeve.

На фиг.2 - то же, при нижнем положении регулировочной втулки.In Fig.2 - the same, with the lower position of the adjusting sleeve.

На фиг.3 приведен порядок сборки устройства регулировки режима работы генератора питания телеметрической системы.Figure 3 shows the assembly order of the device for adjusting the operating mode of the power generator of the telemetry system.

На фиг.4 приведена фиксирующая вставка.Figure 4 shows the locking insert.

На фиг.5 приведена регулировочная втулка.Figure 5 shows the adjusting sleeve.

Пример реализации способа. При изменении проходного сечения буровой колонны при неизменной производительности буровых насосов изменяется скорость потока бурового раствора. При увеличении площади проходного сечения скорость уменьшается, при уменьшении увеличивается. Изменение скорости бурового раствора приводит к изменению частоты оборотов турбины генератора и изменению напряжения на его выводах. Зная характеристику устройства: частоту оборотов в зависимости от производительности бурового раствора и положения регулировочной втулки, можно предварительно перед спуском колонны бурильных труб установить регулировочную втулку в положение, при котором число оборотов турбины, а также напряжение на выводах генератора соответствуют номинальному.An example implementation of the method. When changing the bore of the drill string at a constant productivity of the mud pumps, the flow rate of the drilling fluid changes. With an increase in the area of the passage section, the velocity decreases, with a decrease it increases. Changing the speed of the drilling fluid leads to a change in the rotational speed of the generator turbine and a change in voltage at its terminals. Knowing the characteristics of the device: the speed depending on the drilling fluid productivity and the position of the adjusting sleeve, you can first set the adjusting sleeve to the position at which the speed of the turbine, as well as the voltage at the generator terminals, before setting the drill string.

Устройство регулировки режима работы генератора питания телеметрической системы, Фиг.1, содержит установленный над электрическим разделителем (не показан) генератор 1 с турбиной 2, размещенный внутри кожуха 3, с верхней стороны которого установлен переводник 4 для крепления к колонне бурильных труб. Генератор 1 закреплен таким образом, что его турбина 2 располагается внутри переводника 4, в котором с возможностью осевого перемещения на резьбе установлена регулировочная втулка 5. Нижняя часть наружной поверхности регулировочной втулки выполнена с кольцевым выступом 6, уплотненным по внутренней поверхности переводника уплотнительным кольцом 7, а верхняя с выступами 8, входящими в пазы 9 фиксирующей вставки 10. Нижняя часть внутренней поверхности регулировочной втулки выполнена расширяющейся. На наружной поверхности фиксирующей вставки в свою очередь выполнены выступы 11, входящие в пазы 12 на внутренней поверхности переводника 4. Фиксирующая вставка 10 закреплена в переводнике гайкой 13. Фиксирующая вставка 10 и гайка 13, закрепляющая ее, выполнены с внутренним шестигранником.The device for adjusting the operating mode of the power generator of the telemetry system, Figure 1, contains a generator 1 mounted above an electric splitter (not shown) with a turbine 2, located inside the casing 3, on the upper side of which there is a sub 4 for fastening to the drill pipe string. The generator 1 is fixed in such a way that its turbine 2 is located inside the sub 4, in which the adjusting sleeve 5 is mounted axially movable on the thread. The lower part of the outer surface of the adjusting sleeve is made with an annular protrusion 6, a sealing ring 7 sealed on the inner surface of the sub, and upper with protrusions 8 included in the grooves 9 of the fixing insert 10. The lower part of the inner surface of the adjusting sleeve is made expandable. On the outer surface of the locking insert, in turn, protrusions 11 are formed, which enter the grooves 12 on the inner surface of the sub 4. The locking insert 10 is fixed in the sub by a nut 13. The fixing insert 10 and the nut 13 fixing it are made with an internal hexagon.

Устройство работает следующим образом. На поверхности определяют характеристику устройства: частоту оборотов в зависимости от производительности бурового раствора и положения регулировочной втулки 5. Так как на буровых используются буровые насосы с различной производительностью, отличаются также режимы промывки скважины для различных забойных двигателей. Перед спуском генератора в составе скважинного прибора телеметрической системы в скважину, зная производительность буровых насосов и характеристику устройства, полученную после испытания устройства на поверхности, необходимо выставить расстояние «L» между торцом переводника 4 и торцом регулировочной втулки 5. Зазор «L» в устройстве регулировки режима работы генератора питания телеметрической системы устанавливают такой, чтобы число оборотов турбины обеспечило номинальное напряжение на выводах генератора. Предварительную настройку выполняют в следующей последовательности. Отворачивают от кожуха 3 генератора переводник 4. Отворачивают гайку 13 и выдвигают фиксирующую вставку 10. Вращая фиксирующую вставку 10 за внутренний шестигранник через пазы 9 и выступы 8, передают вращение регулировочной втулке 5. Регулировочная втулка 5 перемещается внутри переводника 4. При этом меняется проходное сечение в месте расположения турбины генератора. При неизменном расходе и уменьшении площади проходного сечения увеличивается скорость бурового раствора, частота оборотов турбины и напряжение на выводах генератора. При увеличении проходного сечения снижается скорость бурового раствора, частота оборотов турбины и напряжение на выводах генератора. После установки регулировочной втулки 5 на необходимом расстоянии «L» от торца переводника 4 фиксирующая вставка 10 вставляется внутрь переводника 4 таким образом, чтобы выступы 11, выполненные на ее наружной поверхности, вошли в пазы 12 на внутренней поверхности переводника 4. После чего фиксирующая вставка 10 закрепляется гайкой 13 и переводник 4 приворачивается к кожуху 3 генератора. Устройство через переводник 4 крепится к колонне бурильных труб (не показана) и спускается в скважину. Включаются в работу буровые насосы. Буровой раствор, проходя между регулировочной втулкой и турбиной с определенной заранее установленной скоростью, приводит во вращение турбину генератора, при этом генератором вырабатывается номинальное напряжение.The device operates as follows. On the surface, the characteristic of the device is determined: the speed of rotation depending on the drilling fluid productivity and the position of the adjusting sleeve 5. Since drilling pumps with different capacities are used on the drilling, the flushing modes of the well for different downhole motors also differ. Before the generator, as part of the telemetry system downhole device, is launched into the well, knowing the performance of the mud pumps and the device characteristics obtained after testing the device on the surface, it is necessary to set the distance “L” between the end face of the sub 4 and the end face of the adjusting sleeve 5. The clearance “L” in the adjustment device the operating mode of the power generator of the telemetry system is set such that the number of revolutions of the turbine provides a nominal voltage at the terminals of the generator. Presetting is performed in the following sequence. The sub 4 is turned away from the generator casing 3. The nut 13 is unscrewed and the locking insert 10 is pulled out. Rotating the locking insert 10 by the internal hexagon through the grooves 9 and the protrusions 8, transmit the rotation of the adjusting sleeve 5. The adjusting sleeve 5 moves inside the sub 4. This changes the passage section at the location of the generator turbine. With a constant flow rate and a decrease in the area of the flow area, the drilling fluid speed, turbine speed and voltage at the generator terminals increase. With an increase in the flow area, the drilling fluid speed, the turbine speed and the voltage at the generator terminals decrease. After installing the adjusting sleeve 5 at the required distance “L” from the end face of the sub 4, the locking insert 10 is inserted inside the sub 4 so that the protrusions 11 made on its outer surface enter the grooves 12 on the inner surface of the sub 4. After that, the locking insert 10 fixed with a nut 13 and sub 4 is screwed to the casing 3 of the generator. The device through the sub 4 is attached to the drill pipe string (not shown) and goes down into the well. Mud pumps are included in the operation. The drilling fluid, passing between the adjusting sleeve and the turbine with a predetermined predetermined speed, drives the generator turbine, while the generator generates a nominal voltage.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Обеспечить плавную предварительную регулировку частоты оборотов турбины и напряжения на выводах генератора.1. Ensure smooth preliminary adjustment of the turbine speed and voltage at the generator terminals.

2. Обеспечить номинальное напряжение на выводах генератора.2. Provide the rated voltage at the generator terminals.

3. Повысить надежность корпусных деталей, входящих в состав колонны бурильных труб.3. Improve the reliability of the body parts that make up the drill pipe string.

Claims

1. The device for adjusting the operating mode of the power generator of the telemetry system, containing a generator mounted above the electric separator, located inside the protective casing, on the upper side of which there is an adapter for fastening to the drill pipe string, characterized in that the generator is fixed so that its turbine is located inside sub, in which with the possibility of axial movement on the thread, an adjustment sleeve is installed, the lower part of which is made with an annular protrusion, sealed m on the inner surface of the top sub, and the top - with projections belonging to the grooves fixing the insertion, the lower portion of the inner surface of the control sleeve is made expandable, and the outer surface of the locking insert, in turn, the protrusions included in the grooves on the inner surface.

2. The device for adjusting the operating mode of the power generator of the telemetry system according to claim 1, characterized in that the locking insert is fixed in the sub with a nut.

3. The device for adjusting the operating mode of the power generator of the telemetry system according to claim 1 or 2, characterized in that the fixing insert and the nut fixing it in the sub are made with an internal hexagon.