RU2744061C1 - Downhole telemetry device - Google Patents

Downhole telemetry device Download PDF

Info

Publication number
RU2744061C1
RU2744061C1 RU2020123184A RU2020123184A RU2744061C1 RU 2744061 C1 RU2744061 C1 RU 2744061C1 RU 2020123184 A RU2020123184 A RU 2020123184A RU 2020123184 A RU2020123184 A RU 2020123184A RU 2744061 C1 RU2744061 C1 RU 2744061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
recess
core
electronic unit
insulating material
housing
Prior art date
Application number
RU2020123184A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Юрьевич Дмитрюков
Рустам Мидхатович Исмагилов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО"
Priority to RU2020123184A priority Critical patent/RU2744061C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744061C1 publication Critical patent/RU2744061C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B47/13—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 by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/16—Toroidal transformers

Abstract

FIELD: geophysics.SUBSTANCE: invention relates to exploration and commercial geophysics and is intended for measuring geophysical and technological parameters in the process of drilling and exploring the downholes. The device contains a body made of electrically conductive material with a central hole for the passage of the washing liquid, with threads for installation in the drill string, in the sealed compartments of which sensors, electronic components and a power source are located. In the body cavity to the outside and coaxially mounted toroidal core made of material of high magnetic permeability and winding, the ends of which are connected to the electronic unit, the remaining space of the recess is filled with insulating material.EFFECT: increased reliability of the device and the provision of two-way exchange of telemetric information.8 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области разведочной и промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения и исследования скважин.The proposed device relates to the field of exploration and field geophysics and is designed to measure geophysical and technological parameters in the process of drilling and exploration of wells.

Известны скважинные телеметрические устройства, содержащие корпус с электрическим разделителем колонны для передачи информации на поверхность земли. (Пат. РФ №2509209, Ε21В 47/12; пат. РФ №2305182, Е21В 47/12). В указанных устройствах имеется разделитель буровой колонны, имеющий две проводящие части, соединенные между собой через слой электроизоляционного материала, и устройство передачи, соединённое с обеими проводящими частями разделителя. Устройство передачи формирует сигнал в виде изменяющейся во времени разности потенциалов между частями разделителя, что приводит к возбуждению электрического тока, текущего по буровой колонне и окружающей ее горной породе. Сигнал принимается на поверхности с помощью набора электродов и чувствительного приемника.Known downhole telemetry devices containing a housing with an electric column separator for transmitting information to the surface of the earth. (RF Pat. No. 2509209, 21B 47/12; RF Pat. No. 2305182, E21B 47/12). These devices have a drill string separator having two conductive parts connected to each other through a layer of electrically insulating material, and a transmission device connected to both conductive parts of the separator. The transmission device generates a signal in the form of a time-varying potential difference between the parts of the separator, which leads to the excitation of an electric current flowing through the drill string and the surrounding rock. The signal is received on the surface using a set of electrodes and a sensitive receiver.

Известен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным отверстием, выполненный из двух соединенных между собой частей с размещенным между ними слоем электроизоляционного материала. В герметично закрытых выемках корпуса размещены электронный блок и источник питания. (Пат. РФ №2633884, Е21В 47/00 - прототип). Корпус этого устройства состоит из двух частей, соединенных между собой через слой электроизоляционного материала. Электронный блок соединен с этими двумя проводящими частями и формирует на них изменяющуюся во времени разность потенциалов. Изолированные одна от другой части создают электрический диполь, и в буровой колонне, которая электрически соединена с устройством, возбуждается продольный электрический ток. Сигнал устройства принимается телеметрической системой. Недостатком этого устройства является необходимость изготовления изоляционного слоя, который должен обладать значительной прочностью, поскольку на него приходится вся рабочая нагрузка. Это усложняет изготовление устройства и уменьшает механическую прочность.Known supra-bit module containing a housing with a central flushing hole, made of two interconnected parts with a layer of electrical insulating material placed between them. An electronic unit and a power source are located in the hermetically sealed recesses of the housing. (Patent RF No. 2633884, E21B 47/00 - prototype). The body of this device consists of two parts connected to each other through a layer of electrical insulating material. The electronic unit is connected to these two conductive parts and forms a time-varying potential difference across them. The isolated parts create an electric dipole, and a longitudinal electric current is excited in the drill string, which is electrically connected to the device. The signal from the device is received by the telemetry system. The disadvantage of this device is the need to manufacture an insulating layer, which must have significant strength, since it carries the entire working load. This complicates the manufacture of the device and reduces the mechanical strength.

Предлагаемое устройство имеет повышенную надежность за счет использования цельного металлического корпуса и обеспечивает двусторонний обмен телеметрической информацией в процессе бурения с другим аналогичным устройством или телеметрической системой.The proposed device has increased reliability due to the use of a one-piece metal body and provides a two-way exchange of telemetry information during drilling with another similar device or telemetry system.

Скважинное телеметрическое устройство содержит корпус из электропроводящего материала с центральным отверстием для прохода промывочной жидкости, с соединительными резьбами для установки в буровую колонну. В герметичных отсеках корпуса размещены электронный блок и источник питания. В выемке корпуса снаружи и соосно с ним установлен тороидальный сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью с обмоткой, концы которой подсоединены к электронному блоку, остающееся пространство выемки заполнено электроизоляционным материалом.The downhole telemetry device contains a housing made of electrically conductive material with a central hole for the passage of the drilling fluid, with connecting threads for installation in the drill string. The electronic unit and the power supply are located in the sealed compartments of the case. A toroidal core made of a material with high magnetic permeability with a winding, the ends of which are connected to the electronic unit, is installed in the recess of the housing outside and coaxially with it, the remaining space of the recess is filled with an electrical insulating material.

На соединительную резьбу со стороны выемки с сердечником может быть установлен переводник.A sub can be installed on the connecting thread from the side of the recess with the core.

Герметичная крышка отсеков с электронным блоком и источником питания может быть выполнена в виде цилиндрической гильзы с уплотнительными элементами, а вокруг выемки с сердечником размещено кольцо, выполненное из электроизоляционного материала.The sealed cover of the compartments with the electronic unit and the power supply can be made in the form of a cylindrical sleeve with sealing elements, and a ring made of electrically insulating material is placed around the recess with the core.

Гильза может закрывать выемку с сердечником, при этом выше гильзы и выемки и соосно с ней размещена изолирующая прокладка.The sleeve can cover the recess with the core, while an insulating gasket is located above the sleeve and the recess and coaxially with it.

На сердечнике могут быть размещены дополнительные обмотки, а между обмоткой или обмотками и электронным блоком может быть введено коммутационное устройство.Additional windings can be placed on the core, and a switching device can be inserted between the winding or windings and the electronic unit.

В корпусе может быть выполнено герметично закрывающееся отверстие с разъемом для соединения электронного блока с наземным оборудованием (на рисунке не показано).A hermetically sealed opening with a connector for connecting the electronic unit with ground equipment can be made in the housing (not shown in the figure).

Скважинное телеметрическое устройство может быть выполнено как часть вала забойного двигателя.The downhole telemetry device can be made as part of the downhole motor shaft.

На рис. 1, 2 приведено практическое исполнение скважинного телеметрического устройства в виде наддолотного модуля. Корпус 1 содержит конические резьбы 2. Снаружи корпуса 1 сделаны отсеки 3, в которых размещены электронный блок и источник питания (на рисунке не изображены). По краям отсеков 3 установлены уплотнительные элементы 4 так, чтобы при установке на корпус 1 гильзы 5 образовывалось бы герметичное пространство отсеков 3. На одном из концов корпуса 1 выполнена выемка, снаружи и соосно с корпусом 1 установлен тороидальный сердечник 6 с обмотками, которые через гермоввод 7 подсоединены к электронному блоку и блоку питания. Выемка с тороидальным сердечником 6 заполнена электроизоляционным материалом 8. Заполнение выполнено так, чтобы оно не препятствовало снятию и установке на корпус 1 гильзы 5. Выемка закрыта кольцом 9 из электроизоляционного материала. Сверху выемки установлен переводник 1.In fig. Figures 1, 2 show a practical implementation of a downhole telemetry device in the form of a near-bit module. The body 1 contains tapered threads 2. Outside the body 1, compartments 3 are made, in which the electronic unit and the power supply are located (not shown in the figure). Sealing elements 4 are installed along the edges of the compartments 3 so that when installed on the body 1 of the sleeve 5, a sealed space of the compartments would be formed 3. At one of the ends of the body 1, a recess is made, outside and coaxially with the body 1, a toroidal core 6 with windings is installed, which through a pressure seal 7 are connected to the electronic unit and the power supply. The recess with a toroidal core 6 is filled with electrical insulating material 8. The filling is made so that it does not interfere with the removal and installation of the sleeve 5 on the body 1. The recess is closed by a ring 9 made of electrical insulating material. Sub 1 is installed on top of the recess.

Для герметизации отсеков 3, расположенных по периметру корпуса 1, на внешнюю поверхность корпуса 1 надевают металлическую гильзу 5. Продолжением гильзы 5 служит кольцо 9 из электроизоляционного материала, предназначенное для защиты материала 8, заполняющего выемку, от воздействия внешней среды. Для этой же цели введен переводник 10. Кроме того, кольцо 9 исключает протекание тока вне тороидального сердечника 6.To seal the compartments 3 located around the perimeter of the body 1, a metal sleeve 5 is put on the outer surface of the body 1. The sleeve 5 is continued by a ring 9 made of electrical insulating material, designed to protect the material 8 filling the recess from the external environment. For the same purpose, a sub 10 is introduced. In addition, the ring 9 excludes the flow of current outside the toroidal core 6.

На рис. 2 приведено исполнение устройства по п. 4 формулы, по которому для повышения надежности защиты от воздействия внешней среды гильза 5 продлена до торца корпуса 1, перекрывая тем самым выемку с сердечником 6 и электроизоляционным материалом 8. Для исключения протекания части тока передачи вне сердечника 6 введена прокладка 11, выполненная из электроизоляционного материала.In fig. 2 shows the execution of the device according to claim 4 of the formula, according to which, to increase the reliability of protection from the external environment, the sleeve 5 is extended to the end of the body 1, thereby overlapping the recess with the core 6 and electrical insulating material 8. To exclude the flow of a part of the transmission current outside the core 6 gasket 11 made of electrical insulating material.

Устройство устанавливают в буровую колонну с помощью резьб 2 таким образом, чтобы корпус 1 имел электрический контакт с буровой колонной. Передача информации осуществляется следующим образом. Электронный блок формирует сигнал для передачи, усиливает его и передает в обмотку тороидального сердечника 6. Это приводит к возбуждению в нем переменного магнитного поля, что, в свою очередь, возбуждает в корпусе 1 устройства переменный ток, текущий в продольном направлении. Этот ток течет по колонне и принимается другим устройством, аналогичным описываемому, или скважинной телеметрической системой, имеющей электрический разделитель буровой колонны.The device is installed in the drill string using the threads 2 so that the housing 1 has electrical contact with the drill string. The transfer of information is carried out as follows. The electronic unit generates a signal for transmission, amplifies it and transmits it to the winding of the toroidal core 6. This leads to the excitation of an alternating magnetic field in it, which, in turn, excites an alternating current flowing in the longitudinal direction in the body 1 of the device. This current flows through the string and is received by another device, similar to the one described, or by a downhole telemetry system having an electrical separator for the drill string.

Прием информации осуществляется следующим образом. Ток, текущий по буровой колонне и корпусу 1 в продольном направлении, протекает сквозь сердечник 6 и возбуждает в нем переменное магнитное поле. Это поле возбуждает ток в обмотке сердечника, который усиливается и детектируется электронным блоком, преобразующим его в полезную информацию.Reception of information is carried out as follows. The current flowing along the drill string and body 1 in the longitudinal direction flows through the core 6 and excites an alternating magnetic field in it. This field excites a current in the winding of the core, which is amplified and detected by the electronic unit, which converts it into useful information.

Для улучшения коэффициента связи со средой распространения сигнала и для повышения адаптации к изменению внешних условий передачи сигнала введены дополнительные обмотки, размещенные на сердечнике 6, требуемое количество которых и количество витков в них устанавливают опытным путем в процессе эксплуатации устройства.To improve the coupling coefficient with the signal propagation medium and to increase adaptation to changes in the external conditions of signal transmission, additional windings are introduced, placed on the core 6, the required number of which and the number of turns in them are set empirically during the operation of the device.

Для избирательного подключения электронного блока к обмоткам сердечника 6 в состав электронного блока можно ввести коммутационное устройство, подключающее необходимые концы обмоток к узлам электронного блока.To selectively connect the electronic unit to the windings of the core 6, a switching device can be introduced into the electronic unit, which connects the necessary ends of the windings to the nodes of the electronic unit.

При включении устройства нужно снять гильзу 5, осуществить необходимые подключения и снова надеть гильзу. Выполнение этих операций занимает определенное время и требует соответствующей подготовки обслуживающего персонала. Для повышения оперативности при использовании устройства в состав устройства введено дополнительное герметично закрытое отверстие, соединяющее отсек с электронным блоком с внешней поверхностью устройства.When turning on the device, you need to remove the sleeve 5, make the necessary connections and put on the sleeve again. These operations take a certain amount of time and require appropriate training of the operating personnel. To increase the efficiency when using the device, an additional hermetically sealed opening is introduced into the device, which connects the compartment with the electronic unit to the outer surface of the device.

Для снижения нагрузки на вал забойного двигателя устройство может быть выполнено как неотъемлемая часть его шпинделя. При этом исключается одна резьба 2, а прочие узлы выполняются аналогично основному варианту устройства.To reduce the load on the downhole motor shaft, the device can be made as an integral part of its spindle. In this case, one thread 2 is excluded, and other nodes are made similarly to the basic version of the device.

Использование предложенного устройства позволяет значительно повысить надежность работы системы в жестких условиях процесса бурения за счет изменения принципа передачи информации.The use of the proposed device can significantly improve the reliability of the system in the harsh conditions of the drilling process by changing the principle of information transmission.

Claims (8)

1. Скважинное телеметрическое устройство, содержащее корпус из электропроводящего материала с центральным отверстием для прохода промывочной жидкости, с резьбами для установки в буровую колонну, в герметичных отсеках которого размещены датчики, электронные блоки и источник питания, отличающееся тем, что в выемке корпуса снаружи и соосно с ним установлен тороидальный сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью с обмоткой, концы которой подсоединены к электронному блоку, остающееся пространство выемки заполнено электроизоляционным материалом.1. Downhole telemetry device containing a housing made of an electrically conductive material with a central hole for the passage of the drilling fluid, with threads for installation in a drill string, in the sealed compartments of which sensors, electronic units and a power source are located, characterized in that in the housing recess outside and coaxially a toroidal core made of a material with high magnetic permeability with a winding, the ends of which are connected to the electronic unit, is installed with it, the remaining space of the recess is filled with an electrically insulating material. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на соединительную резьбу со стороны выемки с сердечником установлен переводник.2. The device according to claim 1, characterized in that a sub is installed on the connecting thread from the side of the recess with the core. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вокруг отсеков с электронными платами и источником питания установлена цилиндрическая гильза с уплотнительными элементами, а вокруг выемки с сердечником размещено кольцо, выполненное из электроизоляционного материала.3. The device according to claim 1, characterized in that a cylindrical sleeve with sealing elements is installed around the compartments with electronic boards and a power source, and a ring made of electrical insulating material is placed around the recess with the core. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гильза закрывает выемку с сердечником, а поверх выемки с сердечником размещена электроизолирующая прокладка.4. The device according to claim 1, characterized in that the sleeve covers the recess with the core, and an electrically insulating gasket is placed over the recess with the core. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на сердечнике размещены дополнительные обмотки.5. The device according to claim 1, characterized in that additional windings are placed on the core. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между обмотками и электронным блоком введено коммутационное устройство.6. The device according to claim 1, characterized in that a switching device is introduced between the windings and the electronic unit. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус содержит герметично закрывающееся отверстие с разъемом для соединения электронного блока и наземного оборудования.7. The device according to claim 1, characterized in that the housing contains a hermetically sealed opening with a connector for connecting the electronic unit and ground equipment. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено как часть вала забойного двигателя.8. The device according to claim. 1, characterized in that it is made as part of the shaft of the downhole motor.
RU2020123184A 2020-07-07 2020-07-07 Downhole telemetry device RU2744061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123184A RU2744061C1 (en) 2020-07-07 2020-07-07 Downhole telemetry device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123184A RU2744061C1 (en) 2020-07-07 2020-07-07 Downhole telemetry device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744061C1 true RU2744061C1 (en) 2021-03-02

Family

ID=74857660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020123184A RU2744061C1 (en) 2020-07-07 2020-07-07 Downhole telemetry device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744061C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578675A (en) * 1982-09-30 1986-03-25 Macleod Laboratories, Inc. Apparatus and method for logging wells while drilling
US4725837A (en) * 1981-01-30 1988-02-16 Tele-Drill, Inc. Toroidal coupled telemetry apparatus
US6507260B1 (en) * 2000-04-27 2003-01-14 Echelon Corporation Electrical transformer for use with twisted pair
US8519865B2 (en) * 2005-05-21 2013-08-27 Schlumberger Technology Corporation Downhole coils
RU2633884C2 (en) * 2016-02-24 2017-10-19 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические комплексы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТК") Near-bit module (versions)
RU185396U1 (en) * 2017-02-22 2018-12-04 Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" RECEIVER AND TRANSMITTER FOR WELL EQUIPMENT

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4725837A (en) * 1981-01-30 1988-02-16 Tele-Drill, Inc. Toroidal coupled telemetry apparatus
US4578675A (en) * 1982-09-30 1986-03-25 Macleod Laboratories, Inc. Apparatus and method for logging wells while drilling
US6507260B1 (en) * 2000-04-27 2003-01-14 Echelon Corporation Electrical transformer for use with twisted pair
US8519865B2 (en) * 2005-05-21 2013-08-27 Schlumberger Technology Corporation Downhole coils
RU2633884C2 (en) * 2016-02-24 2017-10-19 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические комплексы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТК") Near-bit module (versions)
RU185396U1 (en) * 2017-02-22 2018-12-04 Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" RECEIVER AND TRANSMITTER FOR WELL EQUIPMENT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2398112C2 (en) Combined downhole tool for measurement of side specific resistance and specific resistance of propagation
CA2412388C (en) Electromagnetic power and communication link particularly adapted for drill collar mounted sensor systems
US20210381364A1 (en) Apparatuses and methods for sensing temperature along a wellbore using semiconductor elements
CN1975106B (en) Wireless electromagnetic telemetry system and method for bottomhole assembly
US4160970A (en) Electromagnetic wave telemetry system for transmitting downhole parameters to locations thereabove
RU2359120C2 (en) Methods, device and systems for receiving of information about geological formation by means of sensors, installed on casing pipe in borehole
EP3418488B1 (en) Transmitting data across electrically insulating gaps in a drill string
EP1062753B1 (en) Borehole transmission system using impedance modulation
JPH0213695A (en) Electric signal transmitter for well hole
RU2744061C1 (en) Downhole telemetry device
US9644433B2 (en) Electronic frame having conductive and bypass paths for electrical inputs for use with coupled conduit segments
AU767959B2 (en) Drill string telemetry with insulator between receiver and transmitter
RU2229733C2 (en) Geophysical telemetring system to transmit hole data
NO20160016A1 (en) Wireless transmission of well formation information
RU2801378C1 (en) Cableless system for monitoring downhole parameters (versions)
AU2019290985B2 (en) Downhole transfer system
CN110763736B (en) Non-conductive mud is along with boring resistivity formation of image measuring device
RU2537717C2 (en) Method for data transfer from well via electromagnetic communication line and device to this end
GB2402148A (en) A sensor system in a wall of a drill collar
JP2001273580A (en) In-drilling pipe remote measurement transmitter, in- drilling pipe remote measuring method, and its system