RU2784085C1

RU2784085C1 - Near-bit module

Info

Publication number: RU2784085C1
Application number: RU2022112826A
Authority: RU
Inventors: Игорь Минович Малых; Юлий Вадимович Прокопьев; Юрий Всеволодович Торопов
Original assignee: Акционерное общество "Комита"
Filing date: 2022-05-12
Publication date: 2022-11-23

Abstract

FIELD: near-bit modules.

SUBSTANCE: invention relates to near-bit module. The near-bit module contains a housing with a central flushing channel, a device fixed in it for transmitting measurement signals from a well, electrically connected to a power source, as well as to measuring sensors, while the power source, sensors are placed in sealed cavities of the housing. The signal transmission device is hydroacoustic in the form of a piezoacoustic emitter located in the central flushing channel with the possibility of transmitting an acoustic signal through the drilling fluid. The sensors are electrically connected to a switch that transmits electrical signals to the encoder of the transmitter, which generates encoded electrical signals to excite the acoustic emitter. Sealed cavities are made in the form of depressions on the outer surface of the body. The cavities are sealed with an external cylindrical sleeve and sealing rings installed in the annular grooves of the body. The emitter is located inside the body flown by the drilling fluid, having a radial blind hole, in which a part of the commutation sealed bushing is installed, the other part of which is located in the radial through channel of the housing. In the through hole of the sleeve there are electrical conductors for connecting the emitter with the power source and with the transmitter encoder.

EFFECT: increasing the reliability and service life of the device when operating in various geological environments.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области промысловой геофизики, а именно к устройствам для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения и передачи их на поверхность.The invention relates to field geophysics, namely to devices for measuring geophysical and technological parameters during drilling and transferring them to the surface.

Известен наддолотный модуль, содержащий корпус с центральным промывочным каналом, закрепленное в нем устройство для передачи сигналов измерения из скважины, связанное электрически с источником питания, а также с измерительными датчиками, при этом источник питания, датчики размещены в герметичных полостях корпуса (патент RU2591997, кл. E21B 47/017, опуб., 20.07.2016).Known bit module containing a housing with a central flushing channel, a device fixed in it for transmitting measurement signals from a well, electrically connected to a power source, as well as to measuring sensors, while the power source, the sensors are placed in sealed cavities of the housing (patent RU2591997, class E21B 47/017, pub., 07/20/2016).

В известном модуле устройство для передачи сигналов измерений имеет электромагнитный канал связи. Недостаток известного устройства заключается ограниченной дальности действия (из-за свойств геологического разреза), причем имеется существенная зависимость дальности действия от материала бурильных труб. Кроме того, известное устройство не может быть использовано для проведения исследований в море и в соленосных отложениях. В процессе эксплуатации известного наддолотного модуля слой из изоляционного материала, который представляет собой сплошное покрытие, нанесенное на корпус прибора, подвергаясь разрушительному воздействию динамических нагрузок во время бурения, растрескивается, происходит его отслаивание от корпуса, при этом электрическая изоляция центрального электрода нарушается, и устройство выходит из строя.In the known module, the device for transmitting measurement signals has an electromagnetic communication channel. The disadvantage of the known device lies in the limited range (due to the properties of the geological section), and there is a significant dependence of the range on the material of the drill pipes. In addition, the known device cannot be used for research in the sea and in saline deposits. During the operation of the well-known over-the-bit module, a layer of insulating material, which is a continuous coating applied to the body of the device, is subjected to the destructive effect of dynamic loads during drilling, cracks, it peels off from the body, while the electrical insulation of the central electrode is broken, and the device goes out. out of service.

Указанный недостаток снижает надежность устройства и уменьшает ресурс работы модуля.This disadvantage reduces the reliability of the device and reduces the service life of the module.

Технической проблемой является создание модуля без ограничений его использования в разных средах, в том числе в море и соленосных отложениях, при обеспечении повышенной эксплуатационной надежности, позволяющей увеличить срок эксплуатации.The technical problem is the creation of a module without restrictions on its use in different environments, including the sea and saline deposits, while providing increased operational reliability, which allows to increase the service life.

Технический результат заключается в повышении срока эксплуатации устройства за счет повышения его надежности, при эксплуатации в различных геологических средах без ограничений.The technical result is to increase the service life of the device by increasing its reliability, when operating in various geological environments without restrictions.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что наддолотный модуль содержит корпус с центральным промывочным каналом, закрепленное в нем устройство для передачи сигналов измерения из скважины, связанное электрически с источником питания, а также с измерительными датчиками, при этом источник питания и датчики размещены в герметичных полостях корпуса, при этом устройство для передачи сигналов выполнено гидроакустическим в виде пьезоакустического излучателя, расположенного в центральном промывочном канале с возможностью передачи акустического сигнала по буровому раствору, датчики электрически связаны с коммутатором, передающим электрические сигналы на кодировщик передатчика, формирующего закодированные электрические сигналы для возбуждения акустического излучателя, а герметичные полости выполнены в виде углублений на наружной поверхности корпуса, загерметизированных при помощи наружной цилиндрической втулки и уплотнительных колец, установленных в кольцевых канавках корпуса, при этом излучатель расположен внутри тела, обтекаемое буровым раствором, имеющего радиальное глухое отверстие, в котором установлена часть коммутационной герметизированной втулки, другая часть которой расположена в радиальном сквозном канале корпуса, а в сквозном отверстии втулки расположены электрические проводники связи излучателя с источником питания и с кодировщиком передатчика.The problem is solved, and the technical result is achieved in that the near-bit module contains a body with a central flushing channel, a device fixed in it for transmitting measurement signals from the well, electrically connected to the power source, as well as to the measuring sensors, while the power source and sensors are placed in sealed cavities of the body, while the device for transmitting signals is made hydroacoustic in the form of a piezoacoustic emitter located in the central flushing channel with the possibility of transmitting an acoustic signal through the drilling fluid, the sensors are electrically connected to a switch that transmits electrical signals to the encoder of the transmitter, which generates encoded electrical signals for excitation acoustic emitter, and the sealed cavities are made in the form of recesses on the outer surface of the housing, sealed with an external cylindrical sleeve and sealing rings installed in the annular grooves of the housing , while the emitter is located inside the body, streamlined with drilling fluid, having a radial blind hole, in which part of the sealed switching sleeve is installed, the other part of which is located in the radial through channel of the housing, and in the through hole of the sleeve there are electrical conductors for connecting the emitter with the power source and with transmitter encoder.

Технический результат достигается также тем, что тело, обтекаемое буровым раствором, может быть выполнено в виде цилиндрического основания с центральным выступом, диаметр которого меньше диаметра основания, при этом цилиндрическое основание установлено в посадочном отверстии корпуса, в цилиндрическом основании выполнены сквозные осевые каналы для прохода бурового раствора, глухое радиальное отверстие, в котором расположена коммутационная втулка, выполнено в цилиндрической поверхности основания, а излучатель расположен в полости центрального выступа.The technical result is also achieved by the fact that the body flown by the drilling fluid can be made in the form of a cylindrical base with a central protrusion, the diameter of which is less than the diameter of the base, while the cylindrical base is installed in the bore of the body, in the cylindrical base there are through axial channels for the passage of the drilling solution, a blind radial hole, in which the switching sleeve is located, is made in the cylindrical surface of the base, and the emitter is located in the cavity of the central protrusion.

Технический результат достигается также тем, что цилиндрическое основание одним своим плоским торцом может контактировать с упором корпуса, а другой ее плоский торец поджат упорной втулкой со сквозным отверстием, зафиксированной относительно корпуса.The technical result is also achieved by the fact that the cylindrical base with one of its flat ends can contact the housing stop, and its other flat end is pressed by a thrust sleeve with a through hole fixed relative to the housing.

Изобретение поясняется при помощи чертежа, на котором показан продольный разрез наддолотного модуля.The invention is illustrated with the help of the drawing, which shows a longitudinal section of the bit module.

Описываемый наддолотный модуль содержит корпус 1 с центральным промывочным каналом 2. В канале 2 установлено и закреплено гидроакустическое устройство 3 для передачи сигналов, выполненное в виде пьезоакустического излучателя. В герметичных полостях 4 корпуса 1 размещены датчики 5, измеряющие температуру, углы отклонения, гамма-фон, силы на долоте и т.п.Датчики 5 электрически связаны с коммутатором 6, передающим электрические сигналы на кодировщик передатчика, формирующего закодированные электрические сигналы для возбуждения акустического излучателя 7. Герметичные полости 4 выполнены в виде углублений на наружной поверхности корпуса 1. Полости 4 загерметизированы при помощи наружной цилиндрической втулки 8 и уплотнительных колец 9, установленных в кольцевых канавках корпуса 1.The above bit module contains a housing 1 with a central flushing channel 2. A hydroacoustic device 3 for signal transmission, made in the form of a piezoacoustic radiator, is installed and fixed in the channel 2. In the sealed cavities 4 of the body 1, sensors 5 are placed that measure temperature, deflection angles, gamma background, forces on the bit, etc. The sensors 5 are electrically connected to the switch 6, which transmits electrical signals to the transmitter encoder, which generates encoded electrical signals to excite acoustic emitter 7. Sealed cavities 4 are made in the form of recesses on the outer surface of the body 1. The cavities 4 are sealed with an outer cylindrical sleeve 8 and sealing rings 9 installed in the annular grooves of the body 1.

Излучатель 7 расположен внутри тела, обтекаемое буровым раствором 10, имеющего радиальное глухое отверстие 11, в котором установлена часть коммутационной герметизированной втулки 12. Другая часть втулки 12 расположена в радиальном сквозном канале 13 корпуса 1. В сквозном отверстии втулки 12 расположены электрические проводники (на чертеже не показаны) связи излучателя 7 с источником питания 14 и с кодировщиком передатчика.The emitter 7 is located inside the body, streamlined with drilling mud 10, having a radial blind hole 11, in which part of the switching sealed sleeve 12 is installed. not shown) connection of the emitter 7 with the power supply 14 and with the encoder of the transmitter.

Тело, обтекаемое буровым раствором 10 выполнено в виде цилиндрического основания 15 с центральным выступом 16, диаметр которого меньше диаметра основания 15. Цилиндрическое основание 15 установлено в посадочном отверстии 16 корпуса 1. В цилиндрическом основании 15 выполнены сквозные осевые каналы 17 для прохода буровой жидкости. Глухое радиальное отверстие 11 выполнено в цилиндрической поверхности основания 15, а излучатель 7 расположен в полости 18 центрального выступа 16.The body streamlined with drilling fluid 10 is made in the form of a cylindrical base 15 with a central protrusion 16, the diameter of which is less than the diameter of the base 15. The cylindrical base 15 is installed in the bore 16 of the housing 1. In the cylindrical base 15, through axial channels 17 are made for the passage of drilling fluid. A blind radial hole 11 is made in the cylindrical surface of the base 15, and the emitter 7 is located in the cavity 18 of the central protrusion 16.

Цилиндрическое основание 15 одним своим плоским торцом контактирует с упором 19 корпуса 1, а другой ее плоский торец поджат упорной втулкой 20 со сквозным отверстием 21, зафиксированной относительно корпуса 1. Фиксация упорной втулки 20 осуществлена за счет ее выполнения в виде резьбовой гайки.Cylindrical base 15 is in contact with stop 19 of body 1 with one of its flat ends, and its other flat end is pressed by stop sleeve 20 with a through hole 21 fixed relative to body 1. Stop sleeve 20 is fixed due to its execution in the form of a threaded nut.

Описываемое устройство используется следующим образом. Корпус 1 наддолотного модуля установлен непосредственно над долотом и соединен с приводным валом забойного двигателя.The described device is used as follows. Body 1 of the bit module is mounted directly above the bit and connected to the downhole motor drive shaft.

Датчики, распложенные в корпусе 1 измеряют необходимые параметры (температуру, углы отклонения, гамма-фон и т.п.), передают их на коммутатор 6, с которого информация приходит на кодировщик передатчика, формирующего электрические сигналы для возбуждения акустического излучателя 7. Излучатель 7 передает закодированную акустическую информацию непосредственно в буровой раствор, проходящий центральному промывочному каналу 2, по которому акустические импульсы проходят до приемно-обрабатывающего устройства, сопряженного с забойной телеметрической системой ЗТС (акустического приемника, декодировщика и коммутатора, не показанных на чертеже). ЗТС по собственному каналу связи передает полученную информацию на наземную станцию.The sensors located in the housing 1 measure the necessary parameters (temperature, deviation angles, gamma background, etc.), transmit them to the switch 6, from which the information comes to the encoder of the transmitter that generates electrical signals to excite the acoustic emitter 7. Emitter 7 transmits the encoded acoustic information directly into the drilling fluid passing through the central flushing channel 2, through which the acoustic pulses pass to the receiving-processing device associated with the downhole telemetry system 3TS (acoustic receiver, decoder and switch, not shown in the drawing). ZTS transmits the received information to the ground station via its own communication channel.

Излучатель и приемник канала выполнены акустически согласованными со средой передачи, термо-баро-абразиво- и вибростойкими.The emitter and receiver of the channel are made acoustically matched to the transmission medium, thermal-pressure-abrasive and vibration resistant.

Рабочий частотный диапазон и специальное ПО обеспечивают надежную связь в условиях высокого уровня акустического шума-работы долота, вала забойного двигателя, а также кавитационного шума бурового раствора.The operating frequency range and special software provide reliable communication in conditions of high acoustic noise level - the operation of the bit, the downhole motor shaft, as well as the cavitation noise of the drilling fluid.

Выполнение устройства передачи сигналов гидроакустическим позволяет отказаться от использования электрических проводников, изоляция которых не является надежной и устойчивой к абразивному воздействию. Низкая надежность изоляции не позволяет использовать такие устройства при проведении исследований в море и в соленосных отложениях. Передача сигнала по буровому раствору обеспечивает надежную передачу сигналов в любых условиях эксплуатации.The implementation of the signal transmission device hydroacoustic allows you to abandon the use of electrical conductors, the insulation of which is not reliable and resistant to abrasion. The low reliability of isolation does not allow the use of such devices for research in the sea and in saline deposits. Mud signal transmission ensures reliable signal transmission in all operating conditions.

Использование втулки 8 позволяет в течение всего срока эксплуатации обеспечить надежность герметизации полостей 4, в которых размещены все электрические элементы и источник питания 14.The use of the sleeve 8 makes it possible to ensure the reliability of the sealing of the cavities 4 during the entire period of operation, in which all the electrical elements and the power source 14 are located.

Использование коммутационной втулки 12 обеспечивает целостность электрических проводников, расположенных в ее сквозном отверстии при возможных подвижках элементов внутри корпуса 1, а ее герметизация, например, при помощи уплотнительных колец, расположенных в наружных канавках втулки 12, обеспечивает надежность работы электрических элементов при возможных деформациях корпуса 1.The use of the connecting sleeve 12 ensures the integrity of the electrical conductors located in its through hole with possible movements of the elements inside the housing 1, and its sealing, for example, using sealing rings located in the outer grooves of the sleeve 12, ensures the reliability of the operation of electrical elements with possible deformations of the housing 1 .

Тело, обтекаемое буровым раствором 10 снижает сопротивление потоку бурового раствора, уменьшая износ поверхностей и обеспечивая требуемый ресурс изделия.The body 10 streamlined with drilling fluid reduces the resistance to the flow of drilling fluid, reducing surface wear and providing the required product life.

Выполнение тела, обтекаемое буровым раствором 10, в виде цилиндрического основания 15 с центральным выступом 16 упрощает установку тела, обтекаемого буровым раствором 10, в требуемое положение внутри промывочного канала 2 с точки зрения минимального сопротивления потоку, а установка в упор 19 обеспечивает совпадение отверстий 11 и 13 при каждой смене устройства передачи сигналов. Поджатие упорной втулкой 20 обеспечивает надежность фиксации устройства передачи сигналов и предотвращает искажение акустических сигналов при возможных перемещениях устройства во время его эксплуатации.The execution of the body flown by the drilling fluid 10 in the form of a cylindrical base 15 with a central protrusion 16 simplifies the installation of the body flown by the drilling fluid 10 to the desired position inside the flushing channel 2 in terms of minimum flow resistance, and the installation in the stop 19 ensures the coincidence of the holes 11 and 13 every time you change the signaling device. Preloading with thrust sleeve 20 ensures reliable fixation of the signal transmission device and prevents distortion of acoustic signals during possible movements of the device during its operation.

Таким образом, использование описанного модуля позволяет обеспечить его эксплуатацию без ограничений его использования в разных средах, в том числе в море и соленосных отложениях, а также обеспечить повышенную эксплуатационную надежность, позволяющую увеличить срок эксплуатации.Thus, the use of the described module makes it possible to ensure its operation without restrictions on its use in various environments, including the sea and saline deposits, as well as to ensure increased operational reliability, which allows to increase the service life.

Claims

1. A near-bit module containing a housing with a central flushing channel, a device fixed in it for transmitting measurement signals from a well, electrically connected to a power source, as well as to measuring sensors, while the power source, sensors are placed in sealed cavities of the housing, characterized in that that the device for transmitting signals is made hydroacoustic in the form of a piezoacoustic emitter located in the central flushing channel with the possibility of transmitting an acoustic signal through the drilling mud, the sensors are electrically connected to a switch that transmits electrical signals to the encoder of the transmitter that generates encoded electrical signals to excite the acoustic emitter, and sealed the cavities are made in the form of recesses on the outer surface of the housing, sealed with an external cylindrical sleeve and sealing rings installed in the annular grooves of the housing, while the emitter is located inside the body, streamlined with drilling mud, having a radial blind hole, in which a part of the sealed switching bushing is installed, the other part of which is located in the radial through channel of the body, and in the through hole of the bushing there are electrical conductors for connecting the emitter with the power source and with the transmitter encoder.

2. The module according to claim 1, characterized in that the body flown by the drilling fluid is made in the form of a cylindrical base with a central protrusion, the diameter of which is less than the diameter of the base, while the cylindrical base is installed in the bore of the housing, through axial channels are made in the cylindrical base for the passage of drilling fluid, a blind radial hole in which the switching sleeve is located is made in the cylindrical surface of the base, and the emitter is located in the cavity of the central protrusion.

3. The module according to claim 2, characterized in that the cylindrical base with one of its flat ends is in contact with the body stop, and its other flat end is pressed by a thrust sleeve with a through hole fixed relative to the body.