2312213 - Система для измерения механических нагрузок при бурении (варианты)

Система для измерения механических нагрузок при бурении (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к буровому инструменту и, в частности, к системе для измерения механических нагрузок при бурении. Техническим результатом является создание надежной, эффективной и относительно недорогой системы для измерения различных напряжений в бурильной трубе при бурении. Для этого система включает в себя измерительную часть, содержащую корпус, образованный частью бурильной трубы, внутреннюю трубу, имеющую заданную длину и закрепленную одним, первым, концом внутри корпуса. Причем между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы образована герметичная камера. При этом внутри упомянутой герметичной камеры на внутренней поверхности корпуса выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ, а на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ. При этом количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов и между первым и вторым измерительными выступами образован зазор, подлежащий измерению. Датчик, предназначенный для измерения зазора между упомянутыми первым измерительным выступом и вторым измерительным выступом, и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого зазора. Также предложены другие варианты выполнения системы. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил.

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к буровому инструменту и, в частности, к системе для измерения механических нагрузок при бурении (осевой нагрузки на долото и моментной нагрузки). Такие измерения обычно проводятся во время скважинных исследований в процессе бурения. Причем такие инструменты крайне важны для оптимизации бурения, особенно в наклонных скважинах (в том числе в горизонтальных скважинах и в скважинах с большим отходом забоя от вертикали). Кроме того, при помощи такого инструмента оптимизируются параметры бурения, такие как осевая нагрузка на долото, что значительно повышает производительность бурения.

Предшествующий уровень техники

Системы для измерения механических нагрузок при бурении используются для скважинных измерений в течение последних нескольких десятилетий (см., например, патенты США №№3968473, 4303994 или 5386724). Однако для всех существующих систем главная проблема заключается в дрейфе показаний прибора со временем по различным причинам, например из-за пластической деформации бурильной трубы вблизи датчиков, вызванной гидростатическим давлением. Эта пластическая деформация часто возникает вследствие специальной геометрии трубы вблизи упомянутых датчиков, причем упомянутая геометрия обычно требуется для установки датчика на трубу. Например, в обычной системе датчики деформации устанавливают в отверстия, просверленные в трубе. Эти отверстия приводят к концентрации высоких напряжений (в троекратном размере) в материале трубы. При возникновении высоких нагрузок, например под действием высокого давления или изгиба, напряжения в локальных точках материала достигают предела упругости и начинается пластическая деформация. Дрейф показаний может быть также связан с технологией изготовления датчиков и их закрепления на трубе, например из-за наклеивания датчиков деформации на бурильную трубу.

Другой проблемой обычных систем является влияние посторонних сил и моментов на проводимые измерения. Например, на бурильную трубу действует гидростатическое давление и происходит сжатие металла. Результат действия такого давления часто является значительно большим, чем результат от действия осевой нагрузки на буровое долото даже при полной нагрузке. Кроме того, требуемый диапазон измерений должен быть достаточно большим, что приводит к значительным погрешностям конечных результатов. К типичным возмущениям, с которыми должны справляться измерительные приборы, относятся следующие:

- осевая составляющая давления при измерениях осевых нагрузок на долото;

- влияние давления на осевую нагрузку (включая осевую нагрузку на буровое долото) за счет радиальных нагрузок от давления согласно коэффициенту Пуассона; и

- осевые напряжения, вызванные изгибающим моментом (сжатие/растяжение трубы).

Обычные приемы устранения влияния этих эффектов часто не обеспечивают достаточной точности, вследствие чего остаются погрешности результатов измерений.

Краткое описание изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих известным измерительным системам, а также создание надежной, эффективной и относительно недорогой системы для измерения различных напряжений в бурильной трубе при бурении. Техническим результатом является:

- ослабление влияния различных воздействий благодаря специальной механической конструкции системы;

- суммирование напряжения на отрезке трубы определенной длины, что позволяет исключить (или снизить до минимума) большую часть локальных возмущений;

- подавление пластических деформаций на измеряемой длине, причем при установке датчика не требуется особая геометрия трубы в местах крепления датчиков (например, не требуются отверстия); и

- достаточно жесткого крепление детекторов к трубе таким образом, чтобы ограничить эффект смещения показаний со временем или от нагрузок или температуры.

Данный технический результат достигается посредством создания системы для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, которая согласно изобретению включает в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы; внутреннюю трубу, имеющую заданную длину и закрепленную одним, первым, концом внутри корпуса, причем между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы образована герметичная камера, при этом внутри упомянутой герметичной камеры на внутренней поверхности корпуса выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ, а на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ, при этом количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов, и между первым и вторым измерительными выступами образован зазор, подлежащий измерению; и датчик, предназначенный для измерения зазора между упомянутыми первым измерительным выступом и вторым измерительным выступом; и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого зазора.

Предпочтительно измерительную часть устанавливают вблизи бурового долота. Внутренняя труба может быть установлена коаксиально с корпусом.

Преимущественно внутренняя поверхность трубы имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, при этом на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ. При этом внутренняя труба первым своим концом может быть закреплена на дополнительном кольцевом выступе, а между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью трубы может быть выполнено герметизирующее уплотнение. Дополнительно в системе может быть использован кольцевой поршень, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы и внутренней поверхностью первого участка корпуса и имеющий первый торец, контактирующий с буровым раствором, и второй торец, при этом между вторым торцом поршня и основным кольцевым выступом корпуса установлена, по меньшей мере, одна опора, при этом как между внутренней поверхностью корпуса и поршнем, так и между поршнем и наружной поверхностью внутренней трубы размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению.

Упомянутый технический результат также достигается посредством создания системы для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, которая согласно изобретению включает в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы; внутреннюю трубу, имеющую заданную длину и закрепленную одним, первым, концом внутри корпуса, причем между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы образована герметичная камера, при этом внутри упомянутой герметичной камеры на внутренней поверхности корпуса выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ, а на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ, при этом количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов, причем как первый, так и второй измерительные выступы выполнены таким образом, что в собранной системе они расположены на одинаковом расстоянии от основного выступа корпуса с угловым смещением друг относительно друга, изменение которого подлежит измерению; и датчик, предназначенный для измерения угла поворота первого измерительного выступа относительно второго измерительного выступа; и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого угла поворота.

Кроме того, упомянутый технический результат достигается также посредством создания системы для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, которая согласно изобретению включает в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы, внутренняя поверхность которой имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, при этом на заданном расстоянии от кольцевого выступа выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ, причем на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ; внутреннюю трубу, имеющую заданную длину, внутреннюю и наружную поверхности и закрепленную внутри корпуса, при этом внутренняя труба одним, первым, концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе, причем между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы выполнено герметизирующее уплотнение, при этом на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ, при этом количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов, причем в собранном состоянии системы первые и вторые выступы расположены по существу друг напротив друга в осевом направлении на заданном расстоянии, составляющем зазор между первым и вторым измерительными выступами, подлежащий измерению; кольцевой поршень, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы и внутренней поверхностью первого участка корпуса и первый торец, контактирующий с буровым раствором, и второй торец, при этом между вторым торцом поршня и основным кольцевым выступом корпуса установлена, по меньшей мере, одна опора, при этом как между внутренней поверхностью корпуса и поршнем, так и между поршнем и наружной поверхностью внутренней трубы размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению; и датчик, предназначенный для измерения зазора между упомянутыми первым измерительным выступом и вторым измерительным выступом в продольном направлении корпуса; и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого зазора.

Преимущественно система содержит, по меньшей мере, две опоры, предпочтительно три опоры, наиболее предпочтительно четыре опоры, выполненные в виде брусков, а бруски равномерно распределены по основному кольцевому выступу корпуса. При этом внутренняя труба может быть закреплена для предотвращения поворота относительно корпуса стопором.

Предпочтительно внутренняя труба своим первым концом жестко зафиксирована в корпусе посредством контргайки или винтов.

Более того, упомянутый технический результат достигается посредством создания системы для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, которая согласно изобретению включает в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы, внутренняя поверхность которой имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, причем на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ; внутреннюю трубу, имеющую заданную длину, внутреннюю и наружную поверхности и закрепленную внутри корпуса, при этом внутренняя труба одним, первым, концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе, причем между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы выполнено герметизирующее уплотнение; по меньшей мере, одну пару первых измерительных выступов, причем один измерительный выступ в каждой паре выполнен на внутренней поверхности корпуса на заданном расстоянии от кольцевого выступа, а другой измерительный выступ в каждой паре выполнен на наружной поверхности внутренней трубы, причем в каждой паре первых измерительных выступов сами выступы выполнены таким образом, что в собранной системе они расположены на одинаковом расстоянии от основного выступа корпуса с угловым смещением друг относительно друга, и подлежащий измерению угол образован между измерительными выступами пары первых измерительных выступов; по меньшей мере, одну пару вторых измерительных выступов, причем один измерительный выступ в каждой паре выполнен на внутренней поверхности корпуса на заданном расстоянии от кольцевого выступа, а другой измерительный выступ в каждой паре выполнен на наружной поверхности внутренней трубы, причем в каждой паре вторых измерительных выступов сами выступы выполнены таким образом, что в собранной системе они расположены по существу друг напротив друга в осевом направлении на заданном расстоянии, составляющем зазор между измерительными выступами каждой пары вторых измерительных выступов, подлежащий измерению; кольцевой поршень, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы и внутренней поверхностью первого участка корпуса и первый торец, контактирующий с буровым раствором, и второй торец, при этом между вторым торцом поршня и основным кольцевым выступом корпуса установлена, по меньшей мере, одна опора, при этом как между внутренней поверхностью корпуса и поршнем, так и между поршнем и наружной поверхностью внутренней трубы размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению; датчик, предназначенный для измерения угла относительного поворота измерительных выступов в, по меньшей мере, одной паре первых измерительных выступов; и датчик, предназначенный для измерения зазора между измерительными выступами в, по меньшей мере, одной паре вторых измерительных выступов; и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутых датчиков о величинах измеряемых углов и зазоров.

Предпочтительно внутренняя труба закреплена для предотвращения поворота относительно корпуса стопором. Кроме того, внутренняя труба своим первым концом может быть жестко зафиксирована в корпусе посредством контргайки винтов.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет пояснено более подробно на примерах его воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематичный вид в продольном сечении измерительной части системы согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг.2 - схематичный вид в поперечном сечении измерительной части системы согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения; и

Фиг.3 - вид в увеличенном масштабе области А с фиг.1.

Подробное описание изобретения

Далее будут описаны более подробно варианты воплощения системы согласно настоящему изобретению, которые приведены в качестве примера и не ограничивают объем настоящего изобретения.

Система согласно настоящему изобретению состоит из измерительной части, схематично показанной на фиг.1 и размещаемой в буровой скважине, и дистанционного вычислительного устройства (не показано), предназначенного для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от измерительной части, и устанавливаемого, как правило, на поверхности размещения бурильной установки.

Как видно из фиг.1, измерительная часть 1 содержит корпус 2 измерительной части системы, образованной частью бурильной трубы, внутреннюю трубу 3, имеющую заданную длину и закрепленную одним концом (далее называемый первым концом) внутри корпуса, причем между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы образована герметичная камера 4. Толщина трубы 3 и ее наружный диаметр выбираются таким образом, чтобы исключить действие гидростатического давления. Как правило, толщина трубы, выполняемой из немагнитной стали, составляет приблизительно 1 дюйм при диаметре 6,75 дюйма. Внутри упомянутой герметичной камеры 4 на внутренней поверхности корпуса выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ 5, а на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ 6. Количество вторых измерительных выступов 6 соответствует количеству первых измерительных выступов 5. При этом между первым 5 и вторым 6 измерительными выступами образован зазор L, подлежащий измерению. Измерительная часть 1 системы также содержит датчик (не показан), предназначенный для измерения зазора L между упомянутыми первым измерительным выступом 5 и вторым измерительным выступом 6, который может быть любым подходящим датчиком, известным в данной области техники.

Измерительную часть 1 системы согласно изобретению предпочтительно устанавливают вблизи бурового долота (не показано) и, как правило, коаксиально с корпусом.

В измерительной части 1 внутренняя поверхность буровой трубы имеет первый участок 7 с первым диаметром и второй участок 8 со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа 9, при этом на втором участке 8 внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ 10.

Внутренняя труба 3 первым своим концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе 10. Между внутренней поверхностью второго участка 8 корпуса и наружной поверхностью трубы выполнено герметизирующее уплотнение 11, например, в виде уплотнительного кольца.

В измерительной части 1 системы имеется кольцевой поршень 12, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы 3 и внутренней поверхностью первого участка 7 корпуса 2 и имеющий первый торец, контактирующий с буровым раствором, и противоположный первому второй торец, при этом между вторым торцом поршня 12 и основным кольцевым выступом 9 корпуса 2 установлена, по меньшей мере, одна опора 13. При этом как между внутренней поверхностью корпуса 2 и поршнем 12, так и между поршнем 12 и наружной поверхностью внутренней трубы 3 размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению 14, например, в виде уплотнительного кольца. При этом внутренняя труба 3 своим первым концом может быть жестко зафиксирована в корпусе 2 посредством контргайки 15.

Система работает следующим образом.

При наличии механической нагрузки на долото труба деформируется по всей длине. Величина деформации зависит от величины механической нагрузки, то есть по величине деформации трубы можно судить о величине механической нагрузки. Таким образом, для определения механической нагрузки необходимо измерить величину деформации трубы на заданном участке. Изменение деформации может быть осуществлено путем измерения изменения небольшого зазора между выступом 5 на корпусе 2, который подвержен механической нагрузке, и другим выступом 6 на другом элементе конструкции, которая не подвержена воздействию механической нагрузки (внутренняя трубы 3). В этом случае выступ 5 смещается относительно своего первоначального положения, в то время как выступ 6 остается неподвижным. Измененный зазор измеряется датчиком, и данные измерений передаются на дистанционное вычислительное устройство любого известного типа, в котором на базе поступившей информации о зазоре и модуле Юнга для материала трубы производят расчет механической нагрузки на буровое долото.

Изменение размеров зазора может быть выполнено при помощи датчиков емкостного типа. Такие измерения достаточно точны для диапазона величин, характерных для данного случая (обычно несколько десятых долей миллиметра при максимальной нагрузке). Измерения могут быть выполнены оптическими методами (аналоговыми датчиками или микрометрическими преобразователями).

Датчики емкостного типа могут быть установлены по обычной мостовой схеме для компенсации паразитных эффектов, например тепловых эффектов, и изменения диэлектрической постоянной материала внутри зазора. Такая система могла бы также компенсировать дрейф усилителя при изменении температуры.

Как объяснялось ранее, деформация изгиба вызывает дополнительные осевые деформации бурильной трубы. Обычный подход к исключению влияния эффекта изгиба заключается в проведении одновременных измерений в диаметрально противоположных точках и осреднения результатов обоих измерений. Этот способ может быть объединен с измерениями по мостовой схеме. Другой способ заключается в выполнении одновременных измерений и устранения эффекта по численным показаниям датчиков.

Механическая нагрузка может быть вызвана как деформацией изгиба трубы, так и деформацией скручивания трубы. То есть деформация трубы может иметь место как в продольном, так и в поперечном направлении. Это делает необходимым измерение зазоров между измерительными выступами как в продольном, так и в поперечном направлениях трубы.

Для измерения изменения зазора в продольном направлении измерительные зазоры следует располагать таким образом, чтобы в собранной измерительной части 1 системы они были расположены по существу друг напротив друга в осевом направлении на заданном расстоянии, составляющем зазор между первым и вторым измерительными выступами (зазор L на фиг.3 между выступами 5 и 6).

Для измерения зазора в поперечном направлении измерительные зазоры следует располагать таким образом, чтобы в собранной измерительной части 1 системы они были расположены на одинаковом расстоянии от основного выступа 9 корпуса с угловым смещением друг относительно друга для измерения относительного углового смещения их друг относительно друга (угловое смещение L' на фиг.2 между выступами 5' и 6').

Следует отметить, что в конструкции, показанной на фиг.1, используемое герметизирующее уплотнение 11 или 14 может представлять собой уплотнительное кольцо для разделения различных камер. При этом эти уплотнения расположены между поверхностями, которые перемещаются под действием сил (крутящего момента, осевой нагрузки на долото или давления). Для обеспечения точности измерений важно, чтобы при любых нагрузках относительные перемещения деталей происходили без трения.

Таким образом, как показано в описании, создана система для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, которая является надежной, эффективной и относительно недорогой. Система согласно изобретению не подвержена дрейфу показаний (временному или постоянному), также позволяет ослаблять или даже устранять сигналы от некоторых сил и касательных нагрузок, возникающих в процессе бурения. Дополнительно перед выполнением измерений не требуется производить внутри скважины установку прибора в нулевое положение, что устраняет главную проблему обычных способов измерения, так как установку прибора в нулевое положение для измерения крутящих моментов и осевых нагрузок на долото часто невозможно осуществить в полной мере в наклонных скважинах из-за трения между бурильной колонной и стенками ствола скважины, т.к. измерительный механизм находится в 50 футах (15 метрах) над долотом. Более того, предложенная система измерения позволяет измерять внутрискважинное давление (внешнее и внутреннее по отношению к бурильной колонне), а также изгибающий момент, действующий на бурильную колонну (статический и динамический).

Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможно множество модификаций и изменений в описанных примеров вариантов воплощения системы, которые не выходят за рамки объема изобретения, заявленного в его формуле.

1. Система для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, включающая в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы, внутреннюю трубу, имеющую заданную длину и закрепленную одним первым концом внутри корпуса, причем между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы образована герметичная камера, при этом внутри упомянутой герметичной камеры на внутренней поверхности корпуса выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ, а на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ, при этом количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов, и между первым и вторым измерительными выступами образован зазор, подлежащий измерению, и датчик, предназначенный для измерения зазора между упомянутыми первый измерительным выступом и вторым измерительным выступом, дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого зазора.

2. Система по п.1, в которой измерительная часть установлена вблизи бурового долота.

3. Система по п.1, в которой внутренняя труба установлена коаксиальной корпусом.

4. Система по п.1, в которой внутренняя поверхность трубы имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, при этом на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ.

5. Система по п.4, в которой внутренняя труба первым своим концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе.

6. Система по п.5, в которой между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью трубы выполнено герметизирующее уплотнение.

7. Система по п.6, в которой имеется кольцевой поршень, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы и внутренней поверхностью первого участка корпуса и имеющий первый торец, контактирующий с буровым раствором, и второй торец, при этом между вторым торцом поршня и основным кольцевым выступом корпуса установлена, по меньшей мере, одна опора, при этом как между внутренней поверхностью корпуса и поршнем, так и между поршнем и наружной поверхностью внутренней трубы размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению.

8. Система для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, включающая в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы, внутреннюю трубу, имеющую заданную длину и закрепленную одним первым концом внутри корпуса, причем между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы образована герметичная камера, при этом внутри упомянутой герметичной камеры на внутренней поверхности корпуса выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ, а на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ, при этой количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов, причем как первый, так и второй измерительные выступы выполнены таким образом, что в собранной системе они расположены на одинаковом расстоянии от основного выступа корпуса с угловым смещением друг относительно друга, изменение которого подлежит измерению, и датчик, предназначенный для измерения угла поворота первого измерительного выступа относительно второго измерительного выступа, и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого угла поворота.

9. Система по п.8, в которой измерительная часть установлена вблизи бурового долота.

10. Система по п.8, в которой внутренняя труба установлена коаксиально с корпусом.

11. Система по п.8, в которой внутренняя поверхность трубы имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, при этом на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ.

12. Система по п.11, в которой внутренняя труба первым своим концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе.

13. Система по п.12, в которой между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью трубы выполнено герметизирующее уплотнение.

14. Система по п.13, в которой имеется кольцевой поршень, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы и внутренней поверхностью первого участка корпуса и имеющий первый торец, контактирующий с буровым раствором, и второй торец, при этом между вторым торцом поршня и основным кольцевым выступом корпуса установлена, по меньшей мере, одна опора, при этом как между внутренней поверхностью корпуса и поршнем, так и между поршнем и наружной поверхностью внутренней трубы размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению.

15. Система для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, включающая в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы, внутренняя поверхность которой имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, при этом на заданном расстоянии от кольцевого выступа выполнен, по меньшей мере, один первый измерительный выступ,причем на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ, внутреннюю трубу, имеющую заданную длину, внутреннюю и наружную поверхности и закрепленную внутри корпуса, при этом внутренняя труба одним первым концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе, причем между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы выполнено герметизирующее уплотнение, при этом на наружной поверхности внутренней трубы выполнен, по меньшей мере, один второй измерительный выступ, при этом количество вторых измерительных выступов соответствует количеству первых измерительных выступов, причем в собранном состоянии системы первые и вторые выступы расположены, по существу, напротив друг друга в осевом направлений на заданном расстоянии, составляющем зазор между первым и вторым измерительными выступами, подлежащий измерению, кольцевой поршень, установленный между наружной поверхностью второго, противоположного первому, конца внутренней трубы и внутренней поверхностью первого участка корпуса и первый торец, контактирующий с буровым раствором, второй торец, при этом между вторым торцом поршня и основым кольцевым выступом корпуса установлена, по меньшей мере, одна опора, при этом как между внутренней поверхностью корпуса и поршнем, так между поршнем и наружной поверхностью внутренней трубы размещено, по меньшей мере, по одному герметизирующему уплотнению, и датчик, предназначенный для измерения зазора между упомянутыми первый измерительным выступом и вторым измерительным выступом в продольное направлении корпуса, и дистанционное вычислительное устройство для вычисления нагрузок, действующих на бурильную трубу при бурении, на базе информации от упомянутого датчика о величине измеряемого зазора.

16. Система по п.15, в которой измерительная часть установлена вблизи бурового долота.

17. Система по п.15, в которой внутренняя труба установлена коаксиальной корпусом.

18. Система по п.15, которая содержит, по меньшей мере, две опоры, предпочтительно три опоры, наиболее предпочтительно четыре опоры, выполненные в виде брусков.

19. Система по п.18, в которой бруски равномерно распределены по основному кольцевому выступу корпуса.

20. Система по п.15, в которой внутренняя труба закреплена для предотвращения поворота относительно корпуса стопором.

21. Система по п.15, в которой внутренняя труба своим первым концом жестко зафиксирована в корпусе посредством контргайки.

22. Система по п.15, в которой внутренняя труба своим первым концам жестко зафиксирована в корпусе посредством винтов.

23. Система для измерения механических нагрузок на бурильную трубу при бурении, включающая в себя измерительную часть, содержащую корпус измерительной части, образованный частью бурильной трубы, внутренняя поверхность которой имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, меньшим первого диаметра, причем переход от первого участка ко второму участку выполнен с образованием основного кольцевого выступа, причем на втором участке внутренней поверхности трубы имеется дополнительный кольцевой выступ, внутреннюю трубу, имеющую заданную длину, внутреннюю и наружную поверхности и закрепленную внутри корпуса, при этом внутренняя труба одним первым концом закреплена на дополнительном кольцевом выступе, причем между внутренней поверхностью второго участка корпуса и наружной поверхностью внутренней трубы выполнено герметизирующее уплотнение, по меньшей мере, одну пару первых измерительных выступов, причем один измерительный выступ в каждой паре выполнен на внутренней поверхности корпуса на заданном расстоянии от кольцевого выступа, а другой измерительный выступ в каждой паре выполнен на наружной поверхности внутренней трубы, причем в каждой паре первых измерительных выступов сами выступы выполнены таким образом, что в собранной системе они расположены на одинаковом расстоянии от основного выступа корпуса с угловым смещением относительно друг друга, и подлежащий измерению угол образован между измерительными выступами пары первых измерительных выступов, по меньшей мере, одну пару вторых измерительных выступов, причем один измерительный выступ в каждой паре выполнен на внутренней поверхности корпуса на заданном расстоянии от кольцевого выступа, а друго

Система для измерения механических нагрузок при бурении (варианты)

Патент 2312213