RU230018U1 - BOTTOM HOLE TELEMETRY DEVICE - Google Patents

Abstract

Translated fromRussian

Полезная модель относится к оборудованию для геофизических исследований наклонно-направленных скважин непосредственно в процессе бурения с целью определения параметров траектории скважины, состава горных пород методом гамма каротажа (ГК), пористости горных пород методом нейтрон-нейтронного каротажа (ННКТ) и насыщения горных пород методом резистивиметрии. Технический результат достигается за счет того, что в забойное телеметрическое устройство, содержащее модуль резистивиметра, модуль гамма-каротажа, цилиндрический корпус, внутри которого последовательно размещены модули пульсатора, автономного электрического питания, нейтронного каротажа, инклинометрии внесены следующие изменения. Модули резистивиметра и гамма-каротажа вынесены ниже цилиндрического корпуса и прикреплены к нему конической резьбой. Электрический контакт между модулями, находящимися внутри цилиндрического корпуса и модулями, прикрепленными к нижней части цилиндрического корпуса, обеспечивается через удлинитель, имеющий в своем составе одноконтактный разъем.

The utility model relates to equipment for geophysical surveys of directional wells directly during drilling in order to determine the parameters of the well trajectory, the composition of rocks by the gamma logging (GL) method, the porosity of rocks by the neutron-neutron logging (NNKT) method, and the saturation of rocks by the resistivity meter method. The technical result is achieved due to the fact that the following changes are made to the downhole telemetry device containing a resistivity meter module, a gamma logging module, a cylindrical body inside which the pulsator, autonomous electric power supply, neutron logging, and inclinometry modules are sequentially placed. The resistivity meter and gamma logging modules are located below the cylindrical body and attached to it with a conical thread. Electrical contact between the modules located inside the cylindrical body and the modules attached to the lower part of the cylindrical body is ensured through an extension cord having a single-contact connector.

Description

Translated fromRussian

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИAREA OF TECHNOLOGY

Полезная модель относится к оборудованию для геофизических исследований наклонно-направленных скважин непосредственно в процессе бурения с целью определения параметров траектории скважины методом магнитометрической инклинометрии, состава горных пород методом гамма-каротажа (ГК), пористости горных пород методом нейтрон-нейтронного каротажа (ННКТ) с радионуклидным источником излучения нейтронов и насыщения горных пород методом резистивиметрии, а также передачи результатов измерений на земную поверхность методом гидроимпульсной телеметрии по столбу бурового раствора в реальном времени.The utility model relates to equipment for geophysical surveys of directional wells directly during the drilling process in order to determine the parameters of the well trajectory using the magnetometric inclinometry method, the composition of rocks using the gamma-ray logging (GL) method, the porosity of rocks using the neutron-neutron logging (NNL) method with a radionuclide source of neutron radiation and the saturation of rocks using the resistivity metry method, as well as the transmission of measurement results to the earth's surface using the mud-pulse telemetry method along a column of drilling mud in real time.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Известно телеметрическое устройство с гидравлическим каналом связи, раскрытое в RU 178 253 U1, опубл. 28.03.2018 Бюл. №10.A telemetry device with a hydraulic communication channel is known, disclosed in RU 178 253 U1, published 03/28/2018 Bulletin No. 10.

В немагнитном корпусе последовательно размещены: пульсатор, модуль автономного электрического питания, модуль инклинометрии и гамма-каротажа, модуль резистивиметра и модуль нейтронного каротажа. Модули установлены на центраторах, а напротив катушек модуля резистивиметра в немагнитном корпусе сделаны сквозные продольные щели, герметично закрытые вставками из радиопрозрачного материала.The following are sequentially placed in the non-magnetic housing: a pulsator, a module of autonomous electric power supply, a module of inclinometry and gamma logging, a module of a resistivity meter and a module of neutron logging. The modules are installed on centralizers, and opposite the coils of the resistivity meter module in the non-magnetic housing there are through longitudinal slots, hermetically sealed with inserts of radio-transparent material.

Недостатком устройства является низкая точность измерения.The disadvantage of the device is low measurement accuracy.

Во-первых, расположение модуля резистивиметра внутри металлического немагнитного корпуса со щелями требует значительного уменьшения диаметра резистивиметра. Известно, что магнитный момент каждой катушки (передающей и приемной) пропорционален площади катушки, т.е. зависит от квадрата диаметра катушки, а коэффициент связи между передающей и приемной катушками зависит от четвертой степени диаметра. Таким образом, уровень сигнала индукционного резистивиметра пропорционален четвертой степени диаметра катушек. Расположение резистивиметра внутри силового металлического корпуса уменьшает чувствительность прибора более чем на порядок, понижает точность измерения, особенно в высокоомной области. Кроме этого, при высоких контрастах (при низкоомном буровом растворе и в значительно более высокоомных горных породах) появляется влияние бурового раствора на показания резистивиметра, что также приводит к снижению точности.Firstly, the location of the resistivity meter module inside a metal non-magnetic case with slots requires a significant reduction in the resistivity meter diameter. It is known that the magnetic moment of each coil (transmitting and receiving) is proportional to the coil area, i.e. depends on the square of the coil diameter, and the coupling coefficient between the transmitting and receiving coils depends on the fourth power of the diameter. Thus, the signal level of the induction resistivity meter is proportional to the fourth power of the coil diameter. The location of the resistivity meter inside a power metal case reduces the sensitivity of the device by more than an order of magnitude, reduces the measurement accuracy, especially in the high-resistance region. In addition, at high contrasts (with low-resistance drilling mud and in significantly more high-resistance rocks), the drilling mud influences the resistivity meter readings, which also leads to a decrease in accuracy.

Во-вторых, в компоновке известного устройства модуль инклинометра и гамма-каротажа расположен выше модуля нейтронного каротажа. Под действием нейтронного излучения появляется наведенная гамма-активность горных пород, по мере бурения скважины все устройство вместе с буровым инструментом спускается ниже и наведенная гамма-активность воздействует на чувствительные датчики модуля гамма-каротажа, искажая его показания, что приводит к снижению точности измерений.Secondly, in the arrangement of the known device, the inclinometer and gamma-ray logging module is located above the neutron logging module. Under the influence of neutron radiation, induced gamma-ray activity of rocks appears, as the well is drilled, the entire device together with the drilling tool goes down and the induced gamma-ray activity affects the sensitive sensors of the gamma-ray logging module, distorting its readings, which leads to a decrease in the accuracy of measurements.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF UTILITY MODEL

Задачей заявленной полезной модели является повышение точности измерений. Технический результат достигается за счет того, что в забойное телеметрическое устройство с гидравлическим каналом связи, содержащее модуль резистивиметра, модуль гамма-каротажа, цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного материала, внутри которого последовательно размещены и центрированы модуль пульсатора, модуль автономного электрического питания, модуль нейтронного каротажа, модуль инклинометрии, внесены следующие изменения. Модуль резистивиметра и модуль гамма-каротажа вынесены ниже цилиндрического корпуса и прикреплены к нему конической резьбой. Между собой эти два модуля соединены последовательно механически и электрически. Электрический контакт между модулями, находящимися внутри цилиндрического корпуса, и модулями, прикрепленными к нижней части цилиндрического корпуса, обеспечивается через удлинитель, имеющий в своем составе одноконтактный разъем.The task of the claimed utility model is to increase the accuracy of measurements. The technical result is achieved due to the fact that the following changes are made to the downhole telemetry device with a hydraulic communication channel, containing a resistivity meter module, a gamma logging module, a cylindrical body made of a non-magnetic material, inside which a pulsator module, an autonomous electric power supply module, a neutron logging module, an inclinometry module are successively placed and centered. The resistivity meter module and the gamma logging module are located below the cylindrical body and attached to it with a conical thread. These two modules are connected to each other in series mechanically and electrically. Electrical contact between the modules located inside the cylindrical body and the modules attached to the lower part of the cylindrical body is provided through an extension cord having a single-contact connector.

Такое расположение модулей позволяет повысить точность измерений.This arrangement of modules allows for increased measurement accuracy.

Во-первых, благодаря тому, что значительно увеличен диаметр модуля резистивиметра, что позволяет и значительно увеличить диаметры передающих и приемных катушек и более чем на порядок увеличить уровень сигналов, а следовательно, и чувствительность модуля. Таким образом, увеличивается точность измерения удельного электрического сопротивления горных пород. Кроме этого, увеличение диаметра модуля резистивиметра позволяет уменьшить расстояние от его корпуса до стенок скважины и вытеснить больше бурового раствора, что уменьшает влияние проводимости бурового раствора на точность резистивиметра.Firstly, due to the fact that the diameter of the resistivity meter module has been significantly increased, which allows for a significant increase in the diameters of the transmitting and receiving coils and an increase in the signal level by more than an order of magnitude, and therefore the sensitivity of the module. Thus, the accuracy of measuring the specific electrical resistance of rocks increases. In addition, an increase in the diameter of the resistivity meter module allows for a decrease in the distance from its body to the borehole walls and the displacement of more drilling fluid, which reduces the effect of the drilling fluid conductivity on the accuracy of the resistivity meter.

Во-вторых, расположение модуля гамма-каротажа ниже модуля нейтронного каротажа исключает влияние наведенного гамма-излучения на измерение естественной гамма-активности горных пород, что повышает точность измерений.Secondly, the location of the gamma-ray logging module below the neutron logging module eliminates the influence of induced gamma radiation on the measurement of natural gamma activity of rocks, which increases the accuracy of measurements.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF DRAWINGS

Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой показана компоновка забойной телеметрической системы. На фиг. 2 изображен телескопический удлинитель. На фигурах приняты следующие обозначения:The utility model is illustrated by Fig. 1, which shows the layout of the downhole telemetry system. Fig. 2 shows a telescopic extension. The following designations are used in the figures:

1 - корпус;1 - body;

2 - модуль пульсатора;2 - pulsator module;

3 - модуль автономного электрического питания;3 - autonomous electric power supply module;

4 - модуль инклинометрии;4 - inclinometry module;

5 - модуль нейтронного каротажа;5 - neutron logging module;

6 - модуль гамма-каротажа;6 - gamma logging module;

7 - модуль резистивиметра;7 - resistivity meter module;

8 - седло;8 - saddle;

9 - центраторы;9 - centralizers;

10 - удлинитель;10 - extension cord;

11 - стыковочный узел;11 - docking unit;

12 - верхний разъем;12 - upper connector;

13 - нижний разъем;13 - lower connector;

14 - внешняя труба;14 - outer pipe;

15 - внутренняя труба;15 - inner pipe;

16 - провод.16 - wire.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИIMPLEMENTATION OF A UTILITY MODEL

Забойное телеметрическое устройство содержит цилиндрический корпус в виде трубы из немагнитного материала 1, внутри которого по высоте последовательно между собой закреплены модуль пульсатора 2, модуль автономного электрического питания 3, модуль инклинометрии 4, модуль нейтронного каротажа 5. В верхней части корпуса 1 расположено седло 8, к которому крепится модуль пульсатора 2. Все четыре модуля снабжены металлорезиновыми центраторами 9, при этом сохраняется возможность пропускания бурового раствора внутри корпуса 1.The downhole telemetry device comprises a cylindrical body in the form of a pipe made ofnon-magnetic material 1, inside of which apulsator module 2, an autonomous electricpower supply module 3, aninclinometry module 4, and aneutron logging module 5 are successively fixed in height. In the upper part of thebody 1 there is asaddle 8, to which thepulsator module 2 is fixed. All four modules are equipped with metal-rubber centralizers 9, while maintaining the possibility of passing drilling fluid inside thebody 1.

Ниже корпуса 1 расположены модуль гамма-каротажа 6 и модуль резистивиметра 7. Модули 6, 7 свинчены между собой по коническим резьбам и так же на резьбу закреплены к корпусу 1. Электрический контакт между модулями 6, 7 осуществляется через стыковочный узел 11, одноконтактный разъем которого расположен на оси модулей и может вращаться при их свинчивании. Размеры этого узла подобраны таким образом, что при свинчивании замковой резьбы происходит надежное герметичное межмодульное электрическое соединение. Внутри модулей 6, 7 имеется сквозное отверстие для пропускания бурового раствора.Below thehousing 1, there is a gamma-logging module 6 and aresistivity meter module 7.Modules 6, 7 are screwed together using conical threads and are also secured to thehousing 1 using threads. Electrical contact betweenmodules 6, 7 is achieved via adocking unit 11, the single-contact connector of which is located on the axis of the modules and can rotate when they are screwed together. The dimensions of this unit are selected in such a way that when the lock thread is screwed together, a reliable, hermetic intermodule electrical connection is achieved. Insidemodules 6, 7, there is a through hole for passing drilling fluid.

Электрический контакт между модулями 2-5, расположенными в корпусе 1, и модулями 6, 7, расположенными ниже этого корпуса, обеспечивается удлинителем 10. Он выполнен телескопическим (фиг. 2) и содержит верхний разъем 12, установленный на внешней трубе 14, нижний разъем, закрепленный на внутренней трубе 15, и провод с изоляцией 16, свитый в спираль, соединяющий эти разъемы. Через этот провод подается электропитание и осуществляется обмен информацией. Функцию общего провода выполняют корпуса модулей и металлический корпус 1.Electrical contact between modules 2-5 located inhousing 1 andmodules 6, 7 located below this housing is provided byextension 10. It is made telescopic (Fig. 2) and containsupper connector 12 installed onouter pipe 14, lower connector fixed oninner pipe 15, and wire withinsulation 16, twisted into a spiral, connecting these connectors. Power supply is supplied through this wire and information exchange is carried out. The function of the common wire is performed by the housings of the modules andmetal housing 1.

Корпус 1 выполнен из немагнитной Mn-Cr стали magnadur (или аналогичной по свойствам марки стали). В верхней и нижней частях корпуса находятся конические резьбы. Модуль пульсатора 2 может быть роторного или клапанного типа. Модуль нейтронного каротажа содержит радионуклидный источник с возможностью боковой загрузки в гнездо источникодержателя. В аварийной ситуации при прихвате бурового инструмента возможно извлечение модулей, находящихся внутри корпуса 1 (включая модуль нейтронного каротажа 5 с радионуклидным источником), с помощью специального ловильного инструмента, спускаемого на стальном тросе или бронированном грузонесущем кабеле. Между модулями, установленными внутри корпуса 1, имеются многоконтактные электрические разъемы, по которым передается электропитание и осуществляется обмен данными и командами.Thehousing 1 is made of non-magnetic Mn-Cr steel magnadur (or a steel grade with similar properties). There are conical threads in the upper and lower parts of the housing. Thepulsator module 2 can be of the rotary or valve type. The neutron logging module contains a radionuclide source with the possibility of lateral loading into the source holder socket. In an emergency, when the drilling tool is stuck, it is possible to extract the modules located inside the housing 1 (including theneutron logging module 5 with a radionuclide source) using a special fishing tool lowered on a steel cable or an armored load-bearing cable. Between the modules installed inside thehousing 1, there are multi-contact electrical connectors through which power is transmitted and data and commands are exchanged.

Модуль резистивиметра 7 выполнен в виде прибора высокочастотного индукционного каротажа, он содержит генераторные и приемные катушки, а также электронные узлы, собранные в соответствии с известными техническими решениями. Для защиты катушек от механических воздействий они защищены решетчатыми экранами с продольными щелями, выполненными из специальной немагнитной стали (аналогичной той, что используется для изготовления корпуса 1 и корпусов модулей).Theresistivity meter module 7 is made as a high-frequency induction logging device, it contains generator and receiver coils, as well as electronic units assembled in accordance with known technical solutions. To protect the coils from mechanical impacts, they are protected by lattice screens with longitudinal slots made of special non-magnetic steel (similar to that used to manufacturehousing 1 and module housings).

Сборка забойного телеметрического устройства осуществляется на устье скважины. Вначале собираются долото, переводник и винтовой забойный двигатель (ВЗД), который фиксируется на клиньях. Затем на него навинчиваются по коническим резьбам модуль резистивиметра 7 и модуль гамма-каротажа 6 (с определенным моментом затяжки).The downhole telemetry device is assembled at the wellhead. First, the bit, sub and downhole motor (DMM) are assembled, which is fixed on wedges. Then theresistivity meter module 7 and thegamma logging module 6 are screwed onto it using tapered threads (with a certain tightening torque).

После этого над модулем гамма-каротажа на элеваторе вывешивается корпус 1, в который спускается связка из предварительно собранных модулей 2-5, с закрепленным на нижний конец модуля нейтронного каротажа телескопическим удлинителем 10. Модули 2-5 фиксируются в корпусе 1 с креплением к седлу 8, удлинитель 10 стыкуется с модулем гамма-каротажа, после чего корпус навинчивается на модуль гамма-каротажа. Телескопический удлинитель благодаря возможности изменения длины позволяет скомпенсировать изменение размера немагнитной трубы, например, после ремонта резьб. Далее корпус 1 опускается на клинья на устье скважины и на него навинчивается первая буровая труба, к которой затем наращиваются остальные трубы.After this, thehousing 1 is suspended above the gamma-ray logging module on the elevator, into which a bundle of pre-assembled modules 2-5 is lowered, with atelescopic extension 10 secured to the lower end of the neutron logging module. Modules 2-5 are fixed in thehousing 1 with a fastening to thesaddle 8, theextension 10 is joined with the gamma-ray logging module, after which the housing is screwed onto the gamma-ray logging module. The telescopic extension, due to the ability to change the length, allows for compensating for changes in the size of the non-magnetic pipe, for example, after thread repair. Then thehousing 1 is lowered onto the wedges at the wellhead and the first drill pipe is screwed onto it, to which the remaining pipes are then extended.

С началом бурения после подачи циркуляции бурового раствора измерительные модули 4-7 начинают свою работу. Питание модулей подается с модуля автономного питания 3. Соответствующими модулями определяются траектория скважины, пористость, естественная гамма-активность и удельное электрическое сопротивление окружающих скважину пород. Данная информация в виде цифрового кода передается по стандартным интерфейсам в модуль пульсатора 2. Модуль пульсатора создает пульсации давления путем частичного перекрытия потока бурового раствора, эти пульсации принимаются на устье скважины, и по ним дешифруются полученные забойным телеметрическим устройством измерительные данные.When drilling begins, after the circulation of the drilling fluid is supplied, the measuring modules 4-7 begin their work. The modules are powered from the autonomouspower supply module 3. The corresponding modules determine the well trajectory, porosity, natural gamma activity and specific electrical resistance of the rocks surrounding the well. This information is transmitted in the form of a digital code via standard interfaces to thepulsator module 2. The pulsator module creates pressure pulsations by partially blocking the flow of drilling fluid, these pulsations are received at the wellhead, and the measurement data obtained by the downhole telemetry device are deciphered based on them.

Claims (2)

Translated fromRussian

1. Забойное телеметрическое устройство с гидравлическим каналом связи, содержащее модуль гамма-каротажа, модуль резистивиметра, цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного материала, внутри которого последовательно размещены модуль пульсатора, модуль автономного электрического питания, модуль инклинометрии и модуль нейтронного каротажа, отличающееся тем, что модуль резистивиметра и модуль гамма-каротажа выполнены в полноразмерных силовых корпусах, соединены последовательно между собой механически и электрически, механическое соединение обеспечивается свинчиванием по конической резьбе, а электрический контакт осуществляется через стыковочный узел с одноконтактными разъемами, установленными на оси модулей, общим проводом служат корпуса модулей, модули резистивиметра и гамма-каротажа механически пристыкованы к нижней части цилиндрического корпуса с помощью конической резьбы, при этом электрический контакт между модулем нейтронного каротажа и модулем гамма-каротажа обеспечивается через удлинитель.1. A downhole telemetry device with a hydraulic communication channel, containing a gamma-ray logging module, a resistivity meter module, a cylindrical body made of a non-magnetic material, inside which a pulsator module, an autonomous electric power supply module, an inclinometry module and a neutron logging module are sequentially placed, characterized in that the resistivity meter module and the gamma-ray logging module are made in full-size power casings, connected in series with each other mechanically and electrically, the mechanical connection is ensured by screwing along a tapered thread, and the electrical contact is made through a docking unit with single-contact connectors installed on the axis of the modules, the module casings serve as a common wire, the resistivity meter and gamma-ray logging modules are mechanically docked to the lower part of the cylindrical body using a tapered thread, while the electrical contact between the neutron logging module and the gamma-ray logging module is ensured through an extension.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что удлинитель выполнен телескопическим.2. The device according to item 1, characterized in that the extension is telescopic.

Images