RU2669627C1

RU2669627C1 - Cable rotating head

Info

Publication number: RU2669627C1
Application number: RU2017128058A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Горохов; Александр Николаевич Шаламонов
Original assignee: Акционерное общество Научно-производственная фирма "Геофизика" (АО НПФ "Геофизика")
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2018-10-12

Abstract

FIELD: measurement technology; mining.SUBSTANCE: invention relates to geophysical measurements in a wellbore, including telemetry systems for signal transmission between a ground control unit and a downhole tool located in a wellbore through a geological formation. Device comprises a first housing rotating with respect to each other about the longitudinal axis of the device with a current collector part electrically connected to the cable and a second housing with a contact part electrically connected to a downhole tool and additionally equipped with an electromagnetic transceiver device in the form of a first transceiver with a transmit antenna located in the current collector part of the housing, and a second transceiver with a receiving antenna located in the measuring portion of the housing. Rotation unit of the first and second bodies relative to each other and around the longitudinal axis of the device is made in the form of a ball bearing mounted along the longitudinal axis of the first housing, and at least two roller bearings mounted along the longitudinal axis of the second housing and spaced axially relative to each other.EFFECT: simplifies the design, eliminates the amount of twisting of the cable during the research, increases the speed of the transfer of parameters to ground devices.1 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области геофизических измерений в стволе скважины, а именно к телеметрическим системам передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным инструментом (устройством), размещенным в стволе скважины, проходящей через геологический пласт.The present invention relates to the field of geophysical measurements in a wellbore, and in particular to telemetric signal transmission systems between a ground-based control unit and a downhole tool (device) located in a wellbore passing through a geological formation.

Из истории вопроса.From the history of the issue.

В практике геофизических исследований скважин применяются устройства, способные либо обеспечить раскручивание кабеля при плохом прохождении прибора, либо обеспечить свободное вращение прибора, исключая закручивание кабеля.In the practice of geophysical research of wells, devices are used that can either ensure the unwinding of the cable during poor passage of the device, or ensure free rotation of the device, excluding cable twisting.

К устройствам такого типа можно отнести вращающийся наконечник ВКС 60-3 (Устройство вращения и контроля за спуском геофизических приборов в скважине, Каталог ВДНХ, 1980 г.). Конструкция известного наконечника способна обеспечить свободное неуправляемое вращение глубинного прибора в плоскости, но при этом отсутствие систем фиксирования и управления не позволяет разворачивать глубинный прибор в плоскости.The devices of this type include the rotating tip of VKS 60-3 (Device for rotating and controlling the launch of geophysical instruments in the well, VDNKh Catalog, 1980). The design of the known tip is able to provide free uncontrolled rotation of the depth tool in the plane, but the absence of locking and control systems does not allow you to deploy the depth tool in the plane.

Известно устройство для поворота скважинных приборов (патент РФ №2090751, Е21В 47/01, 1998 г.), содержащее корпус, оснащенный опорными элементами, внутри корпуса - поворотный полый вал с соединительной приборной головкой для соединения со скважинным прибором и кабельная головка для соединения с каротажным кабелем. Известная конструкция снабжена электродвигателем, который легко управляется с поверхности по каротажному кабелю, при этом редуктор осуществляет механическую связь поворотного вала с валом электродвигателя, а вращающийся коллектор - электрическую связь между поворачивающимися относительно друг друга частями кабельной головки относительно корпуса. Такое выполнение позволяет дистанционно управлять поворотом скважинных приборов в нужный момент времени. Помещение полого вала в стакане с пружиной обеспечивает выход опорных якорей из пазов и установление устройства в колонне скважины. Конструктивные элементы в виде кулачкового выступа и опорного ролика обеспечивают фиксацию поворотного вала до его приведения в действие. Наличие редуктора и вращающегося коллектора исключает перекручивание каротажного кабеля и обеспечивает свободное вращение прибора, что значительно повышает надежность по сравнению с известными конструкциями.A device for turning downhole tools is known (RF patent No. 2090751, ЕВВ 47/01, 1998), comprising a housing equipped with support elements, a rotary hollow shaft with a connecting instrument head for connecting to a downhole tool and a cable head for connecting to logging cable. The known design is equipped with an electric motor, which is easily controlled from the surface via a wireline cable, while the gearbox provides mechanical connection of the rotary shaft with the motor shaft, and the rotating collector provides electrical communication between the parts of the cable head that rotate relative to each other relative to the housing. This embodiment allows you to remotely control the rotation of downhole tools at the right time. The placement of a hollow shaft in a glass with a spring provides the output of the support anchors from the grooves and the installation of the device in the well string. Structural elements in the form of a cam protrusion and a support roller ensure the rotation of the rotary shaft before it is actuated. The presence of a gearbox and a rotating collector eliminates the twisting of the wireline cable and provides free rotation of the device, which significantly increases reliability compared to known designs.

Известна кабельная головка (А.с. СССР №987083, Е21В 47/00, 1983 г.), выполненная в виде коллектора, помещенного в маслонаполненную камеру с компенсатором давления, и содержащая вращающиеся относительно друг друга и вокруг продольной оси прибора первый корпус с токосъемной частью, электрически связанной с кабелем, и второй корпус с контактной частью, соединенной со скважинным прибором. При этом коллектор оснащен точечным контактом с ответным токосъемником. Такая конструкция кабельной головки позволяет устранить передачу закручивающего напряжения кабеля на скважинные приборы и обеспечивает сохранность электрических контактов между скважинным прибором и кабелем в условиях высокого давления окружающей среды.Known cable head (AS USSR No. 987083, ЕВВ 47/00, 1983), made in the form of a collector placed in an oil-filled chamber with a pressure compensator, and containing the first housing with current collector rotating relative to each other and around the longitudinal axis of the device a part electrically connected to the cable; and a second body with a contact part connected to the downhole tool. In this case, the collector is equipped with a point contact with a reciprocal current collector. This design of the cable head allows you to eliminate the transmission of the twisting voltage of the cable to the downhole tools and ensures the safety of electrical contacts between the downhole tool and the cable in high pressure environments.

К недостаткам известных устройств следует отнести сложность конструкции, состоящей из большого числа взаимодействующих элементов, а также низкую надежность передачи информации, обусловленную точечными и/или скользящими электрическими контактами между приемной и передающей частями конструкции. Низкая точность обусловлена постепенным износом контактов, а также влиянием на передаваемые сигналы внешних факторов - изменением давления, температуры скважинной среды, динамических воздействий в процессе измерений.The disadvantages of the known devices include the complexity of the design, consisting of a large number of interacting elements, as well as the low reliability of the transmission of information due to the point and / or sliding electrical contacts between the receiving and transmitting parts of the structure. Low accuracy is due to the gradual wear of the contacts, as well as the influence of external factors on the transmitted signals — changes in pressure, temperature of the well medium, and dynamic effects during measurements.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции кабельной вращающейся головки, устранение влияния закручивания кабеля в процессе исследований на измерение параметров, повышение быстродействия передачи параметров от телеизмерительной системы скважинного прибора к наземным устройствам.The objective of the present invention is to simplify the design of a cable rotating head, to eliminate the influence of cable twisting during research on the measurement of parameters, to increase the speed of transmission of parameters from the telemetry system of the downhole tool to ground-based devices.

Поставленная задача решается следующим способом.The problem is solved in the following way.

Кабельная вращающаяся головка, содержащая вращающиеся относительно друг друга вокруг продольной оси прибора первый корпус с токосъемной частью, электрически связанной с кабелем, и второй корпус с контактной частью, электрически связанной со скважинным прибором, согласно изобретению дополнительно оснащена электромагнитным приемо-передающим устройством в виде первого приемопередатчика с передающей антенной, расположенными в первом корпусе, и второго приемопередатчика с приемной антенной, расположенными во втором корпусе. При этом узел вращения первого и второго корпусов относительно друг друга и вокруг продольной оси прибора выполнен в виде шарикового подшипника, установленного по продольной оси первого корпуса, и как минимум двух роликовых подшипников, установленных по продольной оси второго корпуса и разнесенных по оси относительно друг друга.According to the invention, the cable rotating head comprising a first housing rotating with respect to each other around the longitudinal axis of the device, a first housing with a current collection part electrically connected to the cable and a second housing with a contact part electrically connected to the downhole tool in the form of a first transceiver with a transmitting antenna located in the first housing, and a second transceiver with a receiving antenna located in the second housing. In this case, the rotation unit of the first and second housings relative to each other and around the longitudinal axis of the device is made in the form of a ball bearing mounted along the longitudinal axis of the first housing, and at least two roller bearings mounted along the longitudinal axis of the second housing and spaced apart relative to each other.

Предложенное техническое решение имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:The proposed technical solution has the following advantages compared to known devices:

- оснащение кабельной вращающейся головки электромагнитным приемо-передающим устройством существенно упрощает конструкцию устройства за счет снижения количества механически взаимодействующих между собой элементов и, соответственно, повышает надежность предложенной конструкции;- equipping the cable rotating head with an electromagnetic transceiver significantly simplifies the design of the device by reducing the number of mechanically interacting elements and, accordingly, increases the reliability of the proposed design;

- конструкция узла вращения в виде системы шарикового и роликовых подшипников обеспечивает свободное вращение первого корпуса и второго корпуса относительно друг друга, исключая передачу закручивающего напряжения кабеля на скважинные приборы в процессе исследований в скважине. При этом шариковый подшипник выдерживает высокое воздействие на ось вращения устройства, а роликовые подшипники, разнесенные относительно друг друга по продольной оси второго корпуса, снижают радиальное динамическое воздействие на узел вращения, повышая тем самым надежность конструкции последнего;- the design of the rotation unit in the form of a system of ball and roller bearings provides free rotation of the first housing and the second housing relative to each other, excluding the transmission of the twisting voltage of the cable to the downhole tools during research in the well. In this case, the ball bearing withstands a high impact on the axis of rotation of the device, and roller bearings spaced relative to each other along the longitudinal axis of the second housing reduce the radial dynamic effect on the rotation unit, thereby increasing the reliability of the design of the latter;

- предложенная конструкция кабельной вращающейся головки обеспечивает возможность обходиться без маслозаполненного корпуса и компенсатора давления, как у известных устройств, и повышает тем самым технологичность ее изготовления;- the proposed design of a cable rotating head provides the ability to do without an oil-filled housing and pressure compensator, as with known devices, and thereby increases the manufacturability of its manufacture;

- оснащение кабельной вращающейся головки электромагнитным приемо-передающим устройством в виде первого приемопередатчика с передающей антенной, расположенными в первом корпусе, и второго приемопередатчика с приемной антенной, расположенными во втором корпусе, обеспечивает возможность бесконтактной связи наземного блока управления со скважинным прибором, что позволяет повысить точность передаваемой информации, поскольку исключает влияние на передаваемые параметры сопутствующих факторов (шумы, влияние состояния скважинной среды, внешнее динамическое воздействие и т.п.).- equipping the cable rotating head with an electromagnetic transceiver in the form of a first transceiver with a transmitting antenna located in the first casing, and a second transceiver with a receiving antenna located in the second casing, makes it possible to contact the ground control unit with the downhole tool, which improves accuracy transmitted information, since it eliminates the influence on the transmitted parameters of related factors (noise, the influence of the state of the well environment, External Expansion dynamic impact, etc.).

Предложенная конструкция кабельной вращающейся головки проста в реализации. Для ее изготовления не требуется специальных материалов и оборудования, что соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».The proposed design of the cable rotating head is easy to implement. For its manufacture does not require special materials and equipment, which meets the criteria of the invention of "industrial applicability".

На чертеже представлен вариант конструкции кабельной вращающейся головки.The drawing shows a design variant of a cable rotating head.

Кабельная вращающаяся головка (далее - устройство) включает в себя первый корпус 2 и второй корпус 9, связанные между собой системой вращения в виде шарикового подшипника 5 и роликовых подшипников 6. Первый корпус 2 оснащен электронным блоком 3 с приемо-передающей антенной 11. Второй корпус 9 оснащен электронным блоком 15 с приемо-передающей антенной 12. Первый корпус 2 и второй корпус 9 соединены между собой упорным кольцом 13, исключающим разъединение последних в процессе работы устройства. Упорное кольцо 13 находится под накидной гайкой 7, которая накручивается на корпус 2. По продольной оси устройства выполнен сквозной канал 8 для электрических проводников. Герметичность внутренней полости первого корпуса 2 и второго корпуса 9 обеспечивается уплотнительными кольцами 4 и 14 соответственно. На верхнем торце первого корпуса 2 и нижнем торце второго корпуса 9 установлены соответственно наконечник 1 для соединения с каротажным кабелем и наконечник 10 для соединения с геофизическим прибором (на фиг. не показано).The cable rotating head (hereinafter referred to as the device) includes a first housing 2 and a second housing 9, interconnected by a rotation system in the form of a ball bearing 5 and roller bearings 6. The first housing 2 is equipped with an electronic unit 3 with a transceiver antenna 11. The second housing 9 is equipped with an electronic unit 15 with a transceiver antenna 12. The first housing 2 and the second housing 9 are interconnected by a thrust ring 13, eliminating the separation of the latter during operation of the device. The thrust ring 13 is located under the union nut 7, which is screwed onto the housing 2. A through channel 8 for electrical conductors is made along the longitudinal axis of the device. The tightness of the inner cavity of the first housing 2 and the second housing 9 is provided by the sealing rings 4 and 14, respectively. At the upper end of the first body 2 and the lower end of the second body 9, respectively, a tip 1 for connecting with a logging cable and a tip 10 for connecting with a geophysical instrument (not shown in Fig.) Are installed.

На практике соединительные электрические проводники пропущены по сквозному каналу 8 к электромагнитным катушкам электронных блоков 3 и 15, связанных в процессе работы устройства магнитным полем с приемо-передающими антеннами 11 и 12 соответственно. Кабельную вращающуюся головку подсоединяют наконечником 1 к каротажному кабелю, а наконечником 10 - к скважинному прибору. В процессе спуска скважинного прибора происходит свободное вращение корпусов 2 и 9 относительно друг друга вокруг продольной оси устройства посредством шарикового подшипника 5 и роликовых подшипников 6 и 7, обеспечивающих возможность свободного вращения антенн 11 и 12 приемо-передающих устройств относительно друг друга вокруг продольной оси устройства.In practice, the connecting electrical conductors are passed through the through channel 8 to the electromagnetic coils of the electronic units 3 and 15, connected during the operation of the device by a magnetic field with transceiver antennas 11 and 12, respectively. A rotating cable head is connected with a tip 1 to a wireline cable, and a tip 10 is connected to a downhole tool. During the descent of the downhole tool, the casings 2 and 9 are freely rotated relative to each other around the longitudinal axis of the device by means of a ball bearing 5 and roller bearings 6 and 7, which allow the antennas 11 and 12 to rotate freely relative to each other around the longitudinal axis of the device.

Посредством вращающихся относительно друг друга антенн 11 и 12 приемо-передающих устройств в процессе работы скважинного прибора осуществляется электромагнитная связь между скважинным прибором и наземной системой, то есть обеспечивается комбинированный канал двухсторонней связи между скважинным прибором и наземным оборудованием, а именно приемо-передающими электронными блоками 3 и 15 осуществляется частотная модуляция электрических сигналов, их усиление и дуплексная передача электрических сигналов к наземному оборудованию и обратно. Для реализации полной дуплексной передачи электрических сигналов электромагнитные катушки электронных блоков 3 и 15 намотаны двойным проводом.By means of transmitting and receiving antennas 11 and 12 rotating relative to each other during operation of the downhole tool, electromagnetic communication is made between the downhole tool and the ground system, that is, a combined two-way communication channel is provided between the downhole tool and the ground equipment, namely, the transceiver electronic units 3 and 15, the frequency modulation of electrical signals, their amplification and duplex transmission of electrical signals to ground equipment and vice versa is carried out . To realize the full duplex transmission of electrical signals, the electromagnetic coils of the electronic units 3 and 15 are wound with a double wire.

В процессе работы на скважине конструкция предложенной кабельной вращающейся головки устраняет передачу закручивающегося напряжения кабеля на скважинный прибор и при этом обеспечивает возможность переноса спектра информации, передаваемого в коде Манчестер-2, в высокочастотную область и обратно, что позволяет повысить надежность связи между скважинным прибором и наземным оборудованием.In the process of working on the well, the design of the proposed cable rotating head eliminates the transmission of twisting cable voltage to the downhole tool and at the same time provides the ability to transfer the spectrum of information transmitted in the Manchester-2 code to the high-frequency region and vice versa, which improves the reliability of communication between the downhole tool and the ground equipment.

Таким образом, предложенное техническое решение отличается простотой и высокой надежностью конструкции, обеспечивает высокую точность измерений и надежность связи между наземным оборудованием и скважинным прибором.Thus, the proposed technical solution is characterized by simplicity and high reliability of the design, provides high measurement accuracy and reliability of communication between the ground equipment and the downhole tool.

Claims

A cable rotating head comprising a first housing rotating with respect to each other around the longitudinal axis of the device and a current collecting part electrically connected to the cable, and a second housing with a contact part electrically connected to the downhole tool, characterized in that it is additionally equipped with an electromagnetic transceiver in in the form of a first transceiver with a transmitting antenna located in the first housing, and a second transceiver with a receiving antenna located in the second housing, m the rotation unit of the first and second housings relative to each other and around the longitudinal axis of the device is made in the form of a ball bearing mounted along the longitudinal axis of the first housing, and at least two roller bearings mounted along the longitudinal axis of the second housing and spaced apart relative to each other.