RU2111352C1 - Communication line of well-bottom monitoring telemetric system in course of drilling process - Google Patents

Abstract

FIELD: communication lines as telemetric means for transmitting of information signals from well bottom to surface. SUBSTANCE: communication line has wire communication channel built in drill pipes. Wire communication channel is connected with electric contact communication members located on joint pin and box of drill pipes on which centralizers are mounted. Centralizer of drill pipe pin has spring engageable with members of electric contact communication made in form of collet brushes and installed in the same place. Electric contact communication members installed in drill pipe box are made in form of rings and rest on end face of own centralizer with the help of stop nut. Wire communication channel is connected with nut for adjusting its length. Such a design of communication line allows transmission of information in turbine and rotary drilling with use of drill pipes with diameter from 73 mm and above with no field changes. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к телеметрическим средствам передачи информационных сигналов с забоя скважины на поверхность. The invention relates to telemetric means for transmitting information signals from the bottom of the well to the surface.

С развитием буровой техники встала проблема точной и надежной передачи информации с забоя на поверхность и с поверхности на забой. With the development of drilling equipment, the problem arose of the accurate and reliable transmission of information from the bottom to the surface and from the surface to the bottom.

Системы с электромагнитным каналом связи по породе и с передачей информации по столбу промывочной жидкости не нашли широкого практического применения в связи с их сложностью, т.к. для них требуется установка в бурильной колонне турбогенератора с торцевым уплотнителем вала и аккумуляторного источника питания, работающего в ограниченном интервале температуры и требующего в связи с этим охлаждения. Systems with an electromagnetic channel of communication over the rock and with the transmission of information through a column of washing liquid have not found wide practical application due to their complexity, because they require the installation of a turbogenerator with a shaft end seal and a battery pack operating in a limited temperature range and requiring cooling in the drill string.

Проводная же система связи обеспечивает высокую скорость измерения параметров в реальном масштабе времени и она нечувствительна к характеристикам породы и бурового раствора, а также позволяет между скважиной и наземной частями осуществить двустороннюю связь в процессе бурения. Поэтому наиболее активно развиваются телеметрические системы с проводным каналом связи, в особенности с началом развития электрооборудования. The wired communication system provides a high speed measurement of parameters in real time and it is insensitive to the characteristics of the rock and drilling fluid, and also allows two-way communication between the well and the ground parts during drilling. Therefore, the most actively developing telemetry systems with a wired communication channel, especially with the beginning of the development of electrical equipment.

Технические трудности возникают при реализации проводного канала связи для турбинного и роторного бурения. Распространенный вариант, в котором кабель проходит через боковое отверстие в специальном переводнике, установленном в верхней части бурильной колонны, показал низкую надежность из-за частого повреждения кабеля и невозможности роторного бурения. Technical difficulties arise when implementing a wired communication channel for turbine and rotary drilling. A common version, in which the cable passes through the side hole in a special sub located in the upper part of the drill string, showed low reliability due to frequent cable damage and the impossibility of rotary drilling.

Это побудило к разработке бурильных труб, в которых заранее встроена кабельная секция, а контакт осуществляется при свинчивании секций труб. This prompted the development of drill pipes in which the cable section is built in advance, and contact is made when screwing the pipe sections.

Известны системы передачи электрической энергии и информационных сигналов в колонне стыкующихся труб, содержащей электрические проводники, расположенные вдоль тела труб, и элементы бесконтактной связи, расположенные на ниппеле и муфте замка стыкующихся труб (см., например, патент РФ N 2040691 кл. E 21 B 47/12 опубл. 1995, или патент США N 4806928 кл. G 01 1/00 опубл. 1989, или патент [1]. Known transmission systems of electrical energy and information signals in a string of mating pipes containing electrical conductors located along the body of the pipes, and contactless elements located on the nipple and lock coupling of the mating pipes (see, for example, RF patent N 2040691 class E 21 B 47/12 publ. 1995, or US patent N 4806928 C. G 01 1/00 publ. 1989, or patent [1].

Указанные системы передач требуют доработки бурильных труб, т.е. они не могут быть использованы при бурении стандартными трубами. These transmission systems require the completion of drill pipes, i.e. they cannot be used when drilling with standard pipes.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является система фирмы "Шелл девелопмент", созданная на базе проводного канала связи, встроенного в бурильные трубы. Основа ее - специальные бурильные трубы, в которых проводник является составной частью трубы, а замковое соединение одновременно выполняет и функцию электрического разъема. В сопрягаемых поверхностях замка имеются изолированные втулки, контактные кольца которых связаны с проводником, проходящим внутри бурильной трубы. При свинчивании труб благодаря контактным кольцам замков обеспечивается электрическое соединение [2]. The closest technical solution to the declared one is the Shell Development system, created on the basis of a wired communication channel built into the drill pipes. It is based on special drill pipes, in which the conductor is an integral part of the pipe, and the interlock simultaneously performs the function of an electrical connector. In the mating surfaces of the lock there are insulated bushings, the contact rings of which are connected to the conductor passing inside the drill pipe. When making up pipes, the contact rings of the locks provide an electrical connection [2].

Эта система, как и предыдущая требует специальных бурильных труб. This system, like the previous one, requires special drill pipes.

Целью изобретения является создание унифицированной кабельной системы передачи информации при турбинном и роторном бурении с применением бурильных труб с диаметром от 73 мм и более без какой-либо их доработки. The aim of the invention is the creation of a unified cable system for transmitting information during turbine and rotary drilling using drill pipes with a diameter of 73 mm or more without any modification.

Поставленная цель достигается тем, что линия связи для забойных телеметрических систем контроля в процессе бурения, содержащая проводной канала связи, встроенный в бурильные трубы и соединенный с элементами контактной электрической связи размещенными на ниппельной и муфтовой частях бурильных труб, снабжена центраторами, установленными в муфтовой и ниппельной частях бурильных труб, пружиной и регулировочной и упорной гайками, при этом на ниппельной части бурильных труб элементы контактной электрической связи выполнены в виде цанговых щеток, а на муфтовой - в виде колец, причем элементы контактной электрической связи ниппельной и муфтовой частей бурильных труб размещены в соответствующих центраторах, причем в центраторе ниппельной части бурильных труб установлена пружина с возможностью взаимодействия с элементами контактной электрической связи ниппельной части бурильных труб, элементы контактной электрической связи муфтовой части бурильных труб с помощью упорной гайки опирается на торец своего центратора, а проводной канал связи соединен с регулировочной майкой. This goal is achieved by the fact that the communication line for downhole telemetric monitoring systems during drilling, containing a wired communication channel embedded in the drill pipe and connected to contact electrical communication elements located on the nipple and coupling parts of the drill pipe, is equipped with centralizers installed in the coupling and nipple parts of the drill pipe, spring and adjusting and thrust nuts, while on the nipple part of the drill pipe contact electrical communication elements are made in the form of a collet brushes, and on the coupling - in the form of rings, and the contact electric elements of the nipple and sleeve parts of the drill pipes are placed in the respective centralizers, and a spring is installed in the centralizer of the nipple part of the drill pipes to interact with the elements of the contact electric elements of the drill pipe parts, contact elements the electric connection of the coupling part of the drill pipe with the help of a thrust nut rests on the end face of its centralizer, and the wired communication channel is connected to the adjusting shirt .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена стыковка бурильных секций, на фиг. 2 - конструкция разъема, на фиг. 3 -бурильная секция. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the docking of the drill sections; FIG. 2 - connector design, in FIG. 3 - drill section.

Линия передачи содержит проводной канал связи 1 (грузонесущий трехжильный геофизический кабель) встроенный в бурильные трубы и соединенный с элементами контактной электрической связи, размещенными на муфтовой 2 и ниппельной 3 частях бурильных труб, центраторы 4 и 5, обеспечивающие центровку, за счет чего исключается деформация контактных пар при стыковке, пружину 6, уплотнитель 7 в виде резиновых колец и упорную гайку 8, при этом в ниппельной части 3 размещены цанговые щетки 9, а в муфтовой части 2 кольца 10 медные, причем и те, и другие имеют электрические выводы 11, которые далее объединены и соединены с каналом связи 1, имеющим подвижное уплотнение, позволяющее посредством регулировочных гаек 12 изменять его длину. При свинчивании секций цанговые щетки 9, скользя по медным кольцам 10, производят зачистку контактной поверхности. При стыковке секций обеспечивается дополнительное поджатие пружины 6 на 15 мм за счет чего происходит ограничение осевого усилия, а также уплотнение по резиновым кольцам 7 муфтовой части, которая опирается на свой центратор 4 посредствам упорной гайки 8. The transmission line contains a wired communication channel 1 (a load-carrying three-core geophysical cable) built into the drill pipe and connected to the contact electric communication elements located on the coupling 2 and nipple 3 parts of the drill pipes, centralizers 4 and 5, providing alignment, thereby eliminating contact deformation steam when docking, a spring 6, a seal 7 in the form of rubber rings and a thrust nut 8, while collet brushes 9 are placed in the nipple part 3, and copper rings in the coupling part 2, both of which have an electric ternary leads 11, which are further combined and connected to the communication channel 1 having a movable seal, which allows to adjust its length by means of adjusting nuts 12. When screwing sections collet brushes 9, sliding along the copper rings 10, make cleaning the contact surface. When the sections are joined, additional compression of the spring 6 by 15 mm is provided, due to which the axial force is limited, as well as the seal on the rubber rings 7 of the coupling part, which rests on its centralizer 4 by means of a thrust nut 8.

Устройство работает следующим образом. Перед началом бурения собирают секции бурильных труб с установленными в них ниппельными 3 и муфтовыми 2 частями (как показано на фиг. 3). На вертикальном участке скважины на всю его длину опускается телеметрическая система, которая заканчивается муфтовой частью. Затем идет наращивание секций бурильных труб по мере бурения до выхода в горизонт. Для этого на муфтовую часть 2 одной секции навинчивается ниппельная часть 3 следующей секции. За счет наличия центраторов 4 и 5 стыковка контактов происходит точно. Стыковка заканчивается измерением сопротивления линии и изоляции. The device operates as follows. Before starting drilling, drill pipe sections are assembled with nipple 3 and sleeve 2 parts installed in them (as shown in Fig. 3). In the vertical section of the well, a telemetry system is lowered over its entire length, which ends with the coupling part. Then comes the extension of the drill pipe sections as they are drilled to the horizon. For this, the nipple part 3 of the next section is screwed onto the coupling part 2 of one section. Due to the presence of centralizers 4 and 5, the docking of contacts occurs precisely. Docking ends with a measurement of line resistance and insulation.

После выполнения указанных операций устройство готово к приему телеметрических информационных сигналов. Однако для того чтобы снять информацию с телеметрической системы при вращающейся колонне бурильных труб, на стволе вертлюга установлен токосъемник с тремя кольцами на вращающейся части и тремя щетками на неподвижной части (на чертеже не показано). After performing these operations, the device is ready to receive telemetric information signals. However, in order to remove information from the telemetry system with a rotating drill pipe string, a current collector with three rings on the rotating part and three brushes on the fixed part (not shown) is installed on the swivel trunk.

Таким образом, заявленная линия связи своими конструктивными особенностями выгодно отличается от известных. Thus, the claimed communication line with its design features compares favorably with the known ones.

Claims (1)

Линия связи для забойных телеметрических систем контроля в процессе бурения, содержащая проводной канал связи, встроенный в бурильные трубы и соединенный с элементами электрической контактной связи, размещенными на ниппельной и муфтовой частях бурильных труб, отличающаяся тем, что она снабжена центраторами, установленными в муфтовой и ниппельной частях бурильных труб, пружиной и регулировочной и упорной гайками, при этом на ниппельной части бурильных труб элементы контактной электрической связи выполнены в виде цанговых щеток, а на муфтовой - в виде колец, причем элементы контактной электрической связи ниппельной и муфтовой частей бурильных труб размещены в соответствующих центраторах, в центраторе ниппельной части бурильных труб установлена пружина с возможностью взаимодействия с элементами контактной электрической связи ниппельной части бурильных труб, элементы контактной электрической связи муфтовой части бурильных труб с помощью упорной гайки опираются на торец собственного центратора, а проводной канал связи соединен с регулировочной гайкой. A communication line for downhole telemetric monitoring systems during drilling, containing a wired communication channel embedded in the drill pipe and connected to electric contact communication elements located on the nipple and coupling parts of the drill pipes, characterized in that it is equipped with centralizers installed in the coupling and nipple parts of the drill pipe, a spring and adjusting and thrust nuts, while on the nipple part of the drill pipe the elements of contact electrical communication are made in the form of collet brushes, and on the Ftova - in the form of rings, and the contact electrical elements of the nipple and sleeve parts of the drill pipe are placed in the respective centralizers, a spring is installed in the centralizer of the drill pipe nipples to interact with the contact elements of the drill pipe nipples, the contact elements of the drill pipe coupling pipes using a thrust nut rest on the end face of its own centralizer, and a wired communication channel is connected to the adjusting nut.

Images