RU2690237C1 - Двойная электрическая бурильная труба - Google Patents
Двойная электрическая бурильная труба Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690237C1 RU2690237C1 RU2018122537A RU2018122537A RU2690237C1 RU 2690237 C1 RU2690237 C1 RU 2690237C1 RU 2018122537 A RU2018122537 A RU 2018122537A RU 2018122537 A RU2018122537 A RU 2018122537A RU 2690237 C1 RU2690237 C1 RU 2690237C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drill pipe
- drilling
- electric drill
- double electric
- metal
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 10
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SZUVGFMDDVSKSI-WIFOCOSTSA-N (1s,2s,3s,5r)-1-(carboxymethyl)-3,5-bis[(4-phenoxyphenyl)methyl-propylcarbamoyl]cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid Chemical compound O=C([C@@H]1[C@@H]([C@](CC(O)=O)([C@H](C(=O)N(CCC)CC=2C=CC(OC=3C=CC=CC=3)=CC=2)C1)C(O)=O)C(O)=O)N(CCC)CC(C=C1)=CC=C1OC1=CC=CC=C1 SZUVGFMDDVSKSI-WIFOCOSTSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229940126543 compound 14 Drugs 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004636 vulcanized rubber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/003—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings with electrically conducting or insulating means
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/023—Arrangements for connecting cables or wirelines to downhole devices
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/046—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like with ribs, pins, or jaws, and complementary grooves or the like, e.g. bayonet catches
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
- H01R13/02—Contact members
- H01R13/10—Sockets for co-operation with pins or blades
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
- H01R13/02—Contact members
- H01R13/22—Contacts for co-operating by abutting
- H01R13/24—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
- H01R24/005—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure requiring successive relative motions to complete the coupling, e.g. bayonet type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R31/00—Coupling parts supported only by co-operation with counterpart
- H01R31/06—Intermediate parts for linking two coupling parts, e.g. adapter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области бурения наклонно-направленных скважин. Технический результат - повышение надежности передачи высокого напряжения забойному электродвигателю и обмен различного рода информационно-измерительных данных между забоем и устьем с высокой скоростью, используя единый электрический канал связи. Двойная электрическая бурильная труба состоит из стандартной бурильной трубы с приварными двухупорными буровыми замками, вставной внутренней трубки с конусными посадочными местами для герметизации межтрубного пространства, в нише которой расположены три жилы силового кабеля, соединенные соответственно с тремя пружинно-прижимными элементами и тремя контактными полосами, вмонтированные во внешние упоры бурового замка, герметизация которого создается за счет уплотнения «металл с металлом». 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области бурения наклонно-направленных скважин. В данном изобретении представлен новый дизайн двойной электрической бурильной трубы с тремя жилами силового кабеля проложенными в межтрубье с пружинно-прижимными элементами и контактными полосами размещенными в двухупорном замковом соединении, предназначенных для надежного токоподвода к электродвигателю и являясь одновременно электрическим каналом связи для передачи скважинных данных с высокой скоростью.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Из существующего уровня техники известны бурильные трубы с кабелем для передачи телеметрического сигнала или как их часто называют «Интеллигентные трубы». Такие трубы позволяют передавать огромный пакет данных в режиме реального времени между скважинным и наземным оборудованием в обоих направлениях. Скорость передачи данных составляет 2.000.000 бит/с, в то время как широко известный гидроимпульсный канал связи способен передавать только 12 бит/с. Скорость передачи данных с помощью электромагнитной телеметрии составляет не более 100 бит/с. Мгновенное обновление скважинных данных на устье позволяет точно оценить литолого-петрофизические свойства горных пород и динамику бурения. Данный тип труб может также использоваться для бурения скважин с отрицательным дифференциальным давлением, когда гидростатическое давление столба жидкости меньше пластового. Рабочим типом флюида для бурения в этом случае являются: пены, аэрированные жидкости и газы, которые улучшают не только коллекторские свойства продуктивного пласта, но и увеличивают механическую скорость проходки скважины. Другим преимуществом таких труб является толерантность к материалам для борьбы с поглощением бурового раствора [Michael J, Jellison, SPE, Grand Prideco, and David R. Hall, IntelliServ: Intelligent Drill Pipe Creates the Drilling Network, SPE paper 80454, 15-17 April 2003, pgs. 1-8].
Буровые трубы для телеметрии являются пассивной линией связи, т.е. не требуют электропитания с устья скважины. Технология заключается в бесконтактной передаче данных с одной индукционной катушки на другую. Выполненная в форме кольца катушка, идеально подходит для резьбового соединения бурового замка и не требует специального ориентирующего устройства. Бесконтактная передача данных через индукционные катушки позволили внедрить данную технологию в двухупорный буровой замок типа «Grant Prideco ХТ57». Двухупорный буровой замок необходим для создания высокого крутящего момента затяжки резьбового соединения. Надежное уплотнение двух торцевых упоров «металл с металлом» обеспечивается за счет гладкости соприкасающихся поверхностей. При скручивании бурового замка индукционная катушка, установленная в пазу внутреннего упора ниппельного конца, сближается с катушкой, размещенной в муфтовом конце другой бурильной трубы. Проходящий сигнал через катушку в виде невысокого переменного тока создает электромагнитное поле. Катушка на отправляющей стороне активирует (индуцирует) ток на принимающей стороне, в результате чего происходит передача данных по электромагнитному полю. Чтобы свести к минимуму потери мощности электромагнитного поля, катушки размещаются как можно ближе друг к другу. Бронированный коаксиальный кабель вставляется в маленького диаметра защитную трубку, выдерживающую высокие давления, и которая размещена вдоль внутренней стенки бурильной трубы. Защитная трубка вставляется в корпуса бурильных замков, являясь мостом для коаксиального кабеля, который соединяет две индукционные катушки. Основная цель защитной трубки - это сохранение прочности коаксиального кабеля при растяжении, вращении и изгибании бурильной трубы, а также герметизации кабеля от бурового раствора [Reeves, М.; Mcpherson, J.; Zaeper, R. and others: High-speed drillstring telemetry network enables new real-time drilling and measurement technologies, IADC/SPE paper 99134, February 21-23, 2006, pgs. 1-6].
Несмотря на все достоинства, бурильные трубы для телеметрии имеют несколько недостатков. Новые бурильные трубы должны быть оборудованы двухупорными буровыми замками с индукционными катушками и соединенными между собой коаксиальным кабелем, проходящим внутри защитной трубки, что в свою очередь способствует резкому удорожанию производства такого типа бурильных труб для направленного бурения.
Высокоскоростная связь бурильных труб для телеметрии между скважинным и наземным оборудованием становится возможной благодаря автономному интерфейсному устройству, или как его часто называют, усилителю сигнала. Каждый усилитель сигнала оснащен встраиваемой литиевой батареей, рассчитанной на питание автономного устройства не более 60 дней. Чтобы обеспечить приемлемое качество передачи данных, усилитель сигнала размещается с интервалом 300-600 метров вдоль бурильной колонны. Ограничение литиевой батареи по температуре и по времени работы является еще одним недостатком бурильных труб для телеметрии. Часто возникающие проблемы с повреждением индукционной катушки при скручивании бурильных труб увеличивают время спуско-подъемных операций (СПО). Кроме того, на буровой площадке требуется постоянное присутствие специально обученного персонала для контроля поверхности индукционной катушки и обеспечения соосности ниппельного конца с муфтой при наращивании. Как показывает практика, метод передачи высокоскоростного потока данных по такому типу бурильных труб применим в случаях с незначительной мощностью продуктивного пласта, где требуется высокоточное соблюдение истинной вертикальной глубины при бурении горизонтальных скважин [Reeves М. Е.; Payne L. М.; Ismayilov A. G. and others: Intelligent drill string field trials demonstrate technology functionality, IADC/SPE paper 92477, February 23-25, 2005, pgs. 1-12].
Из другого уровня техники известна бурильная труба с токоподводом для электробура, предназначенная для передачи высокого напряжения электродвигателю, который приводит в движение долото на забое скважины. Токоподвод представляет собой секционный трех-двухжильный кабель, закрепленный в центре бурильных труб. В случае использования двухжильного кабеля в качестве третьей жилы применяется стальная бурильная колонна. Соединение контактных элементов происходит автоматически при свинчивании бурильных труб, при этом контактный стержень входит в муфту с небольшим натягом. Резиновое тело муфты плотно обжимает стержень, обеспечивая герметичность соединения от проникновения бурового раствора, создавая надежную замкнутую электрическую цепь. Кроме этого, токоподвод используют для двухсторонней связи скважинной и наземной аппаратуры без ограничения по глубине скважины и по скорости передачи данных, а также он служит для питания электрической энергией забойных датчиков. Штепсельные разъемы токоподвода, дают возможность беспрепятственного выполнения СПО, а также кратковременного или постоянного вращения бурильной колонны. Бурильные трубы с токоподводом выпускаются диаметром 114,3 и 139,7 мм с высаженными наружу концами. Трубы изготавливаются из стали групп прочности Д и Е.
К недостаткам можно отнести размещение силового кабеля внутри бурильных труб в среде бурового раствора. Это приводит к невозможности проведения некоторых скважинных операций, например, спуск ловильного инструмента вовнутрь бурильной колонны, внутритрубная перфорация и др. Кроме этого, размещение силового кабеля внутри бурильных труб вызывает дополнительное сопротивление движению бурового раствора. В процессе бурения под воздействием высоких давлений и температур, штепсельные соединения с недостаточной герметичностью вызывают электрические пробои, приводящие к потере связи со скважинным оборудованием [Калинин А. Г. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник университет. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008, стр. 178-184].
Наиболее близким к заявленному техническому решению является дизайн двойной бурильной трубы с токоподводом для электродвигателя с размещенным шинопроводом в межтрубном пространстве и встроенными электрическими контактами в буровые замки. Три медных шинопровода укладываются в нише между внутренним диаметром бурильной трубы и внешним диаметром вставной трубки. Дополнительно в межтрубное пространство устанавливается тоненькая трубочка (байпасная линия) для отвода промывочной жидкости в случае попадания ее в контактную зону. После фиксации жил шинопровода межтрубные пустоты заполняются вулканизированной резиной для прочности конструкции. «Grant Prideco ХТ-М» был взят за основу дизайна бурового замка.
Два прототипа буровых замков были изготовлены и протестированы. Первый прототип бурового замка выполнен с одним внешним упорным торцом и короткой конусной носовой частью. В носовой части выточены канавки для размещения трех электрических контактных колец. В муфтовом конце бурового замка выточено конусное углубление для размещения трех аналогичных внешних медных колец. Далее к этим кольцам припаиваются соответствующие медные шинопроводы, соединенные с другими медными кольцами. Вся электрическая часть размещается в токонепроводящем изоляционном материале. Для предотвращения попадания бурового раствора в контактную зону предусмотрены четыре торцевых уплотнения в виде резиновых колец. Второй прототип выполнен в виде двухупорного замкового соединения с удлиненной цилиндрической носовой частью. В данном соединении отсутствуют резиновые торцевые уплотнения, а герметичность достигается за счет гладких поверхностей «металл с металлом». Данный прототип имеют аналогичное размещение трех медных колец в удлиненной ниппельной и муфтовой части замкового соединения. При скручивании замкового соединения в обоих прототипах медные кольца совпадают друг с другом, создавая непрерывную электрическую цепь. Для герметизации резьбового соединения и создания хорошей изоляции электрическим контактам применяют токонепроводящую густую трубную смазку.
Первый прототип бурового замка был испытаны путем циркуляции 5% соленого раствора под давлением 680 атм. В результате выполнения эксперимента не было обнаружено никаких протечек раствора, влияющих на качество передачи электрического напряжения. Затем были сняты торцевые уплотнения и проведен заново тест под давлением. Прототип прошел успешно тест, хотя в начале эксперимента, были зафиксированы незначительные изменения напряжения. При раскручивании замкового соединения в контактной зоне присутствовали капли воды.
Выполнение испытаний под высоким давлением для второго прототипа - не проводилось. Замковое соединение было скручено от руки без необходимого момента затяжки для двухупорного бурового замка. При циркуляции соляного раствора с небольшим давлением через буровой замок были продемонстрированы преимущества байпасной линии. К преимуществам второго прототипа можно также отнести больший проходной внутренний диаметр за счет удлиненной формы носа и возможности нарезания повторной резьбы.
Данные прототипы, несмотря на положительные экспериментальные данные, не нашли своего коммерческого применения. Кроме этого, из-за невозможности создания надежного прижимного эффекта между контактными элементами происходят значительные потери напряжения в каждом замковом соединении [Paul Lurie, BP Exploration; Philip Head, XL Technology Ltd.; Jackie E. Smith, Weatherford: Smart drilling with Electric Drillstring, SPE/IADC 79886, 19-21 February 2003, pgs. 1-13].
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения - создать надежный токоподвод к забойному электродвигателю и использовать данный электрический канал связи для высокоскоростной коммуникации со скважинными приборами, за счет уложенных в нише между бурильной трубой и внутренней трубкой трех медных жил силового кабеля, к концам которых прикрепляются V-образные пружинно-прижимные элементы и контактные полосы, вмонтированные под углом 120° относительно друг друга, во внешние упоры ниппельного и муфтового концов двухупорного бурового замка с герметичным уплотнением «металл с металлом».
Другая цель изобретения - создать электрическую бурильную трубу с буровыми соединительными замками, которые были бы стандартных габаритных размеров и смогли бы одновременно повысить стойкость к критическим механическим буровым нагрузкам, а также смогли бы удовлетворить оптимальные гидравлические свойства бурового раствора.
Устройство состоит из стандартной бурильной трубы с приварными двухупорными буровыми замками, вставной внутренней трубки с конусными посадочными местами, трех жил силового кабеля, соединенных соответственно с тремя пружинно-прижимными элементами и тремя контактными полосами. Дизайн двухупорных замков с уплотнением «металл с металлом» рассчитан на передачу высокого крутящего момента по бурильной колонне с постоянным вращением при бурении сверхглубоких направленных скважин. Внутренняя трубка, на нижнем конце которой имеется конусный штуцер и на верхнем конце которой расположена конусная гильза с посадочной шайбой, служит для герметизации межтрубного пространства. В кольцевое пространство между бурильной трубой и внутренней трубкой укладываются три жилы изолированного медного кабеля. Для крепления и создания дополнительной жесткости внутренней трубке межтрубные пустоты заполняются заливочным электро-, теплоизоляционным компаундом, при застывании который образует прочную металлопластиковую конструкцию. Чтобы обеспечить надежный токоподвод к электродвигателю во внешних торцевых упорах ниппельной и муфтовой части бурового замка монтируются три пружинно-прижимных элемента и три контактные полосы, размещенные под углом 120°. Контактные элементы и контактные полосы соединяются между собой при помощи жил кабеля. При скручивании бурового замка пружинно-прижимные элементы скользят по внешнему упору муфтового соединения до достижения необходимого крутящего момента. Для того чтобы, обеспечить точное совпадение пружинно-прижимных элементов и контактных полос на теле бурильного замка с наружной стороны сделаны три маркировки, в виде штриховых полосок.
Указанный технический результат достигается тем, что при сборке колонны, между торцами бурильных труб, создается герметичное соединение «металл с металлом», в торце которого размещены контактные элементы для передачи высокого напряжения. Благодаря дизайну двухупорного бурового замка, возможно не только, передать высокий крутящий момент долоту, но также создать надежный электрический контакт для токопод-вода к забойному электродвигателю.
Для более полного понимания настоящего изобретения ниже приведено подробное описание устройства со ссылкой на прилагаемые чертежи.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 изображена двойная электрическая бурильная труба, целиком и продольный разрез.
На фиг. 2 представлено контактное соединение двухупорного бурового замка, продольный разрез.
На фиг. 3 показан вид поперечного сечения двойной электрической бурильной трубы.
На фиг. 4 представлен передний вид ниппельного двухупорного бурового замка.
На фиг. 5 изображен передний вид муфтового двухупорного бурового замка.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 изображена двойная электрическая бурильная труба, состоящая из тела бурильной трубы 1 с приварными ниппельным 2 и муфтовым 3 двухупорными бурильными замками и вставной внутренней трубки 4, трех медных жил кабеля 5, размещенных в межтрубном пространстве, соединенных, соответственно с пружинно-прижимными элементами 6 и контактными полосами 7. Нижний конец внутренней трубки выполнен в виде конусного штуцера 8, а верхний конец имеет верхнюю посадочную шайбу 9 и конусную гильзу 10. Конусный штуцер и конусная гильза входят плотно в посадочные места бурильной трубы, создавая герметическое межтрубное пространство. Внутренняя трубка фиксируется от осевого перемещения внутри бурильной трубы за счет создаваемого усилия от внутреннего упора ниппельного конца на посадочную шайбу во время скручивания замкового соединения.
Во внешнем упорном торце ниппельного бурового замка размещаются пружинно-прижимные контактные элементы под углом 120 градусов относительно друг друга. С другой стороны, во внешнем упорном торце муфтового бурового замка выточены углубления для установки контактных электрических полос. Для соединения контактных элементов между собой, по длине бурового замка с небольшим углом наклона просверлены три отверстия для прокладки трех изолированных медных кабелей. Жилы кабеля, выйдя из отверстий буровых замков, размещаются свободно в нише между бурильной трубой и внутренней трубкой. Для жесткости и фиксации внутренней трубки неподвижно относительно бурильной трубы межтрубное пространство заполняется специальным компаундом, который при застывании создает прочную металлопластиковую конструкцию.
На фиг. 2 представлен двухупорный буровой замок с электрическим контактным соединением в сборе. При свинчивании бурильных труб происходит автоматическое соединение контактных элементов, не требующее специального ориентирующего оборудования. Силовые жилы кабеля 5 с одной стороны припаиваются к контактным полосам 7, а с другой стороны имеют рельефную структуру для возвратно-поступательного движения пружинно-прижимного элемента 6, обеспечивая стабильную непрерывную электрическую цепь. Для удержания контактов в постоянном соприкосновении существует пружинный механизм 11, стремящийся вытолкнуть прижимной элемент наружу. Каждый контактный элемент изготавливается из высокопрочного медного сплава, например металлокерамики, способного выдерживать многоразовые нагрузки при свинчивании и развенчивании бурового замка. Чтобы создать изоляцию контактным элементам в теле бурильной трубы применяют вставки 12 из токонепроводящего кремнийорганического материала или из другого материала. Для герметичности резьбового соединения и создания хорошей изоляции электрическим контактам применяют токонепро-водящую трубную смазку.
На фиг. 3 представлен вид поперечного сечения двойной электрической бурильной трубы. Три медных жилы кабеля 5 укладываются в нише между внутренним диаметром бурильной трубы 1 и вставной трубкой 4 под углом 120 градусов. Выбор толщины кабеля напрямую зависит от потребляемой силы тока электродвигателя, как правило применяют медную жилу площадью сечения 16 и 25 мм2, которые удовлетворяют рабочим характеристикам современных вентильных электродвигателей (ВЭД). Изоляция жил кабеля 13 выполнена из полиэтилена высокой плотности и дополнительной оболочки из термоэласто-пласта, выдерживающая высокую температуру нагрева до 160°С. Для предохранения кабеля и фиксации внутренней трубки неподвижно внутри буровой трубы, межтрубные пустоты заполняются заливочным электро-, теплоизоляционным компаундом 14, который при застывании создает прочную металлопластиковую конструкцию.
На фиг. 4 и фиг. 5 изображены фронтальные виды ниппельного 2 и муфтового 3 концов двухупорного бурового замка. Три V-образных пружинно-прижимных медных элемента 6 расположены под углом 120° относительно друг друга. Наличие внутренней пружины обеспечивает им свободное перемещение вдоль своей оси. Муфтовое замковое соединение оборудовано тремя контактными полосами 7 с V-образными углублениями. При скручивании бурового замка пружинно-прижимные элементы скользят по V-образной выточке контактных полос, создавая непрерывную электрическую цепь. Чтобы обеспечить совпадение контактных элементов при скручивании труб, на наружную часть бурильного замка нанесены штриховые полосы 15 (см. фиг. 1). При совпадении штриховых полос гарантируется непрерывный электрический контакт. Однако следует учесть, что допустимые значения крутящего момента бурильной колонны не должны превышать момента затяжки резьбовых соединений. В противном случае, во время повышенных крутящих моментах и высоком коэффициенте трения при бурении, может произойти «докрепление резьбы», т.е. до-затягивание ее. По этой причине, контактные полосы сделаны с удлиненной площадью возможного соприкосновения по длине окружности, обеспечивая достаточный запас для скольжения пружинно-прижимного элемента. Если вдруг все же происходит «докрепление резьбового соединения», то оно незначительно и лежит в приделах контактной площади элемента.
Приведенные выше подробные описания и чертежи являются иллюстративными и демонстрируют некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения. Должно быть ясно, что можно выполнять модификации и изменения устройства, описанного выше, в широком диапазоне без отхода от объема изобретения.
Особенностью двухупорного замка является конструкция дополнительного внутреннего упора. При затяжке соединения, вначале входят в контакт основные внешние упорные торцы, а при дальнейшем довинчивании замкового соединения с помощью автоматического ключа бурильщика (АКБ), входят в контакт внутренние упорные торцы. Поэтому, в результате наличия дополнительной площади упорного торца достигается возможность передачи высокого крутящего момента по колонне бурильных труб. Данный замок, в зависимости от диаметра, позволяет выдерживать моменты свинчивания до 30% выше, чем стандартные буровые замки (с одним упорным торцом). Данный профиль резьбы совместим с различными типами бурового инструмента.
Кроме этого, при создании дизайна двойной электрической бурильной трубы, исходили из возможности проведения ловильных работ и беспрепятственного спуска геофизических приборов вовнутрь бурильной колонны. Это стало возможным за счет использования одинакового диаметра внутренней трубки по всей бурильной колонне, что также стало благоприятным явлением для снижения турбулентности бурового раствора.
На сегодняшний момент создание и испытание прототипа электрической бурильной трубы в лабораторных условиях обсуждается в международном формате с Китайским Геологическим Университетом в Пекине и китайской компанией «The Sunʹs World Oil and Gas Engineering and Technology Со.». Проведение опытно-промышленных испытаний будут напрямую зависеть от полученного результата экспериментальных данных в лаборатории.
Использование внутренней трубки привело к уменьшению внутреннего диаметра бурильной трубы, а значит и к возрастанию давления на трение в колонне бурильных труб. Поэтому, традиционно применяемые бурильные трубы диаметром 88,9 и 127,0 мм, следует поменять на трубы большего диаметра 114,3 и 139,7 мм с комбинированной высадкой наружных концов. Больший наружный диаметр бурильных труб способствует снижению скручивающих и осевых нагрузок на бурильную колонну, а также повышает механическую скорость проходки за счет увеличения массы труб.
Для бурения горизонтальных скважин с высокой интенсивностью набора кривизны в сложных геологических условиях необходимо использовать трубы группы прочности G105 и S135 с приделом текучести 931 МПа и более. Кроме того, к изготовлению электрических бурильных труб предъявляются дополнительные требования. Например, покрытие внутреннего диаметра трубы защитным слоем, армирование буровых замков износостойкой наплавкой 16, применение удлиненных буровых замков и другие требования.
Перед спуском инструмента на буровой площадке необходимо проводить следующие превентивные меры. На мостках, двойные электрические бурильные трубы подвергаются профилактическому осмотру, проверке работоспособности пружинно-прижимных элементов, наличию идеального состояния поверхности контактных полос и измерению сопротивления изоляции. Трубы с дефектами к бурению не допускаются. При спуске и подъеме контактные элементы следует тщательно промывать и смазывать токонепроводящей смазкой, а также проверять сопротивление изоляции. Вследствие загрязнения электрических контактов - омическое сопротивление изоляции резко снижается. В случае резкого падения сопротивления изоляции спуск инструмента прекращают и выбраковывают трубы с низким значением по изоляции. Если сопротивление изоляции после отвинчивания очередной трубки резко возрастает, то место плохого электрического контакта обнаружено - в отвинченной трубе. Трубу с поврежденными электрическими элементами удаляют с устья буровой.
Claims (7)
1. Двойная электрическая бурильная труба, состоящая из стандартной бурильной трубы с приварными двухупорными буровыми замками, вставной внутренней трубки с конусными посадочными местами для герметизации межтрубного пространства, в нише которой расположены три жилы силового кабеля, соединенные соответственно с тремя пружинно-прижимными элементами и тремя контактными полосами, вмонтированные во внешние упоры бурового замка, герметизация которого создается за счет уплотнения «металл с металлом».
2. Двойная электрическая бурильная труба по п. 1, отличающаяся тем, что за счет встроенных пружин в пружинно-прижимных элементах создается надежный прижимной эффект с поверхностью контактных полос.
3. Двойная электрическая бурильная труба по п. 1, отличающаяся тем, что V-образная форма пружинно-прижимных контактных элементов обеспечивает стабильную электрическую цепь за счет большой площади соприкосновения с контактными полосами.
4. Двойная электрическая бурильная труба по п. 1, отличающаяся тем, что применяются бурильные трубы со стандартными приварными одно- или двухупорными замковыми соединениями, во внешних упорах которых монтируются пружинно-прижимные элементы и контактные полосы.
5. Двойная электрическая бурильная труба по п. 1, отличающаяся тем, что в результате скручивания замковых соединений с необходимым моментом затяжки создается герметическое уплотнение «металл с металлом», не требующее резиновых уплотнений.
6. Двойная электрическая бурильная труба по п. 1, отличающаяся тем, что три жилы силового кабеля круглого сечения изолируются от среды бурового раствора с помощью внутренней трубки, а пустоты межтрубного пространства заполняются электро-, теплоизоляционным компаундом, который при застывании создает прочную металлопластиковую конструкцию.
7. Двойная электрическая бурильная труба по п. 1, отличающаяся тем, что имеет единый токоподвод в виде трех жил силового кабеля для питания электродвигателя и передачи по нему скважинных параметров или устьевых команд в обоих направлениях с высокой скоростью.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122537A RU2690237C1 (ru) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Двойная электрическая бурильная труба |
| CN201910498112.7A CN110397407B (zh) | 2018-06-19 | 2019-06-10 | 一种双台肩导电钻杆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122537A RU2690237C1 (ru) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Двойная электрическая бурильная труба |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690237C1 true RU2690237C1 (ru) | 2019-05-31 |
Family
ID=67037693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018122537A RU2690237C1 (ru) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Двойная электрическая бурильная труба |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110397407B (ru) |
| RU (1) | RU2690237C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU220819U1 (ru) * | 2023-05-16 | 2023-10-04 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Устройство механического и электрического соединения деталей |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113137186A (zh) * | 2020-01-19 | 2021-07-20 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种通用磁耦合钻具的适配器 |
| CN111456644B (zh) * | 2020-04-10 | 2021-12-14 | 杨林 | 一种石油钻杆 |
| CN117307052A (zh) * | 2022-06-20 | 2023-12-29 | 中国石油天然气集团有限公司 | 有缆钻杆及其制作方法 |
| CN117514108A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-06 | 重庆大学 | 一种超声-水力造穴卸压复合致裂增渗系统及应用方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2099047A (en) * | 1981-05-22 | 1982-12-01 | Coal Industry Patents Ltd | Drill pipe sections |
| RU2111352C1 (ru) * | 1996-08-02 | 1998-05-20 | Закрытое акционерное общество "НТ-Курс" | Линия связи для забойных телеметрических систем контроля в процессе бурения |
| GB2375779A (en) * | 2001-03-23 | 2002-11-27 | Schlumberger Holdings | Inductive coupler for a wired pipe joint |
| RU2199006C2 (ru) * | 2001-03-30 | 2003-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром" | Устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин |
| RU2229583C1 (ru) * | 2002-11-29 | 2004-05-27 | Открытое акционерное общество "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" | Секция токоподвода к электробуру |
| RU2384702C2 (ru) * | 2003-10-22 | 2010-03-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Бв | Кабельный коммуникационный канал и система телеметрии для бурильной колонны и способ бурения скважин (варианты) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4121193A (en) * | 1977-06-23 | 1978-10-17 | Shell Oil Company | Kelly and kelly cock assembly for hard-wired telemetry system |
| CN201100098Y (zh) * | 2007-08-22 | 2008-08-13 | 上海海隆石油管材研究所 | 曲面对接双台肩高抗扭钻杆接头 |
| CN201513136U (zh) * | 2009-09-27 | 2010-06-23 | 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 | 一种双台肩钻杆接头 |
| CN102337844B (zh) * | 2011-09-15 | 2014-03-19 | 中煤科工集团重庆研究院 | 定向钻进信号传输钻杆 |
| CN103758507B (zh) * | 2014-02-19 | 2017-02-15 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种钻杆的信号传输结构及方法 |
| CN107939303A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-04-20 | 江阴德玛斯特钻具有限公司 | 高强度安全型钻杆 |
-
2018
- 2018-06-19 RU RU2018122537A patent/RU2690237C1/ru active
-
2019
- 2019-06-10 CN CN201910498112.7A patent/CN110397407B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2099047A (en) * | 1981-05-22 | 1982-12-01 | Coal Industry Patents Ltd | Drill pipe sections |
| RU2111352C1 (ru) * | 1996-08-02 | 1998-05-20 | Закрытое акционерное общество "НТ-Курс" | Линия связи для забойных телеметрических систем контроля в процессе бурения |
| GB2375779A (en) * | 2001-03-23 | 2002-11-27 | Schlumberger Holdings | Inductive coupler for a wired pipe joint |
| RU2199006C2 (ru) * | 2001-03-30 | 2003-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром" | Устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин |
| RU2229583C1 (ru) * | 2002-11-29 | 2004-05-27 | Открытое акционерное общество "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" | Секция токоподвода к электробуру |
| RU2384702C2 (ru) * | 2003-10-22 | 2010-03-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Бв | Кабельный коммуникационный канал и система телеметрии для бурильной колонны и способ бурения скважин (варианты) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU220819U1 (ru) * | 2023-05-16 | 2023-10-04 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Устройство механического и электрического соединения деталей |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110397407A (zh) | 2019-11-01 |
| CN110397407B (zh) | 2020-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2690237C1 (ru) | Двойная электрическая бурильная труба | |
| US10767422B2 (en) | Pipe joint having coupled adapter | |
| US8648733B2 (en) | Electromagnetic telemetry assembly with protected antenna | |
| CA2249300C (en) | Electrically insulative threaded connection | |
| US7605715B2 (en) | Electromagnetic wellbore telemetry system for tubular strings | |
| EP2295707B1 (en) | Wired drill pipe connection for single shouldered application and BHA elements | |
| US20050115717A1 (en) | Improved Downhole Tool Liner | |
| CN100513743C (zh) | 近钻头测井数据过马达有线传输装置 | |
| EP3502408A1 (en) | Wired drill pipe having conductive end connections | |
| US7093654B2 (en) | Downhole component with a pressure equalization passageway | |
| US6634427B1 (en) | Drill string section with internal passage | |
| CN212272167U (zh) | 一种随钻井漏预测及漏点测量短节 | |
| US10273761B2 (en) | Axial retention connection for a downhole tool | |
| US9097068B2 (en) | Pressure compensation device for thread connections | |
| CN111648763A (zh) | 一种随钻井漏预测及漏点测量短节 | |
| US11643882B2 (en) | Tubular string with load distribution sleeve for tubular string connection | |
| US11821265B2 (en) | Drill pipe with fluted gun drilled passageway | |
| US20220074274A1 (en) | Hardened groove for inductive channel | |
| Coquat et al. | High-temperature geothermal cableheads | |
| GB2458577A (en) | Device for monitoring a drilling or coring operation |