УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕРА АЗИМУТА СКВАЖИНЫ Российский патент 1994 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для измерения азимута наклонных и горизонтальных скважин.

При бурении скважин для контроля направления ствола в основном используют инклинометры на кабеле, которые довольно сложны по конструкции и применяются со станцией и специальным подъемником на автомашинах. Однако, в ряде случаев для определения направления ствола достаточно автономного механического устройства, спускаемого и поднимаемого в буровых трубах или сбрасываемого в трубы и извлекаемого шлипсом на тросе.

Известно устройство для ориентирования отклонителя в скважине [1] , фиксирующее азимут и направление отклонителя. работает устройство в диамагнитной трубе, состоит из корпуса, заполненного маслом, и магнитных стрелок на продольной оси. Магнитные стрелки прижаты к ограничителям пружинами. В момент удара устройства об упорное кольцо в инструменте ось по инерции сдвигается вниз, освобождая магнитные стрелки. Верхняя стрелка ориентируется по магнитному меридиану, а нижняя - на магнит в плоскости искривления отклонителя. Затем стрелки фиксируются пружинами и сохраняют информацию об азимуте и направлении отклонителя до подъема на поверхность.

Основными недостатками этого аналога является невозможность замера азимута при больших углах искривления, например, в горизонтальной скважине, так как магнитная стрелка устанавливается по магнитному меридиану только в горизонтальном положении. В скважине с наклонной осью стрелка перекашивается со всеми вытекающими последствиями.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для измерения угла наклона и азимута скважины [2] . Данное устройство также работает в диамагнитной трубе и состоит из герметичного корпуса, заполненного жидкостью. В корпусе установлен подпружиненный поршень со штоком и эластичной диафрагмой. Верхняя часть поршня имеет сферическую поверхность, а крышка корпуса - ответную сферическую полость, между которыми размещен поплавковый индикатор. Последний является герметичной камерой с размещенной внутри на оси магнитной стрелкой. Стенки камеры являются эластичной диафрагмой, а сама камера заполнена жидкостью с удельным весом меньше удельного веса жидкости в корпусе.

В потоке промывочной жидкости поршень со штоком перемещаются вниз. Поплавковый индикатор освобождается и занимает между сферическими поверхностями верхнее положение, а магнитная стрелка становится по магнитному меридиану.

При прекращении промывки индикатор зажимается между сферическими поверхностями пружиной, магнитная стрелка посредством арретирующего устройства фиксирует азимут. При подъеме на поверхность по положению индикатора между сферами (верхняя прозрачная) определяют угол наклона, а по магнитной стрелке получают информацию об азимуте.

Основным недостатком прототипа, как и аналога, является невозможность замера азимута при больших углах наклона, в частности в горизонтальной скважине. Обусловлено это ограниченной величиной боковых границ полости между сферами так как при большом угле наклона оси магнитная стрелка изгибается и заклинивается.

Целью изобретения является повышение надежности и точности работы в наклонных и горизонтальных скважинах.

Цель достигается тем, что в устpойстве для замера азимута скважины, содержащем корпус с размещенными в нем заполненным жидкостью индикатором с эластичной диафрагмой и магнитной стрелкой на основании, оно снабжено механизмом арретации индикатора, выполненным из установленной в корпусе посредством подшипников эксцентричной втулки, установленного во втулке посредством подшипников шара и груза с каналами для прохода промывочной жидкости, в шаре выполнен цилиндрический паз, в котором в центре шара закреплен индикатор, а груз установлен в пазу на периферии шара, при этом основание магнитной стрелки и диафрагма размещены перпендикулярно каналу в грузе для прохода промывочной жидкости, индикатор выполнен цилиндрической формы из двух частей, разделенных диафрагмой, одна из которых заполнена жидкостью и в ней установлена магнитная стрелка с основанием, другая расположена со стороны груза, а основание магнитной стрелки выполнено из эластичного материала.

До повышения давления в бурильных трубах магнитная стрелка в индикаторе прижата эластичным основанием к прозрачному лимбу. При повышении давления от включения циркуляции эластичное основание сжимается, стрелка освобождается и устанавливается по магнитному меридиану. Система втулки и шара на подшипниках с грузами удерживает стрелку строго в горизонтальном положении. При прекращении циркуляции давление снижается, эластичное основание принимает первоначальные размеры, стреда прижимается к лимбу, сохраняя информацию об азимуте.

Исполнение основания стрелки из эластичного материала и жесткое соединение основания с корпусом индикатора исключает: перемещение индикатора относительно других деталей; применение каких-либо передаточных механизмов, сопрягаемых и взаимнодвигающихся деталей.

Указанное подтверждает критерий "Новизна" в заявляемом решении и обеспечивает повышение надежности и точности работы в наклонных и горизонтальных скважинах.

Патентно-информационные исследования и сопоставление с аналогом, прототипом и другими известными техническими решениями не позволили выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что говорит о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение по оси шара и индикатора; на фиг. 3 - то же, продольное сечение устройства в плоскости наклона скважины при прокачивании промывочной жидкости; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Устройство для замера азимута состоит из корпуса 1, установленного в диамагнитной трубе (на чертежах не показана). В корпусе 1 вращается втулка 2 на подшипниках 3. Во втулке 2 установлен эксцентричный груз 4. В центре втулки 2 размещен шар 5, вращающийся на осях 6 в подшипниках 7. В шаре 5 индикатор 8 закреплен пробкой-грузом 9 с отверстием 10. Внутренняя полость индикатора 8 заполнена жидкостью (например, маловязким маслом). От промывочной жидкости верх индикатора 8 отделен диафрагмой 11. В центре индикатора 8 установлено основание 12, жестко связанное со стенками индикатора. На основании 12, выполненном из эластичного материала, имеется ось 13 магнитной стрелки 14, которая прижата к прозрачному лимбу 15.

Работает устройство для замера азимута скважины следующим образом.

Устройство устанавливают в диамагнитной трубе над долотом или забойным двигателем и спускают в скважину с инструментом или сбрасывают в бурильные трубы. При бурении в наклонном или горизонтальном стволе втулка 2 эксцентричным грузом 4 устанавливается в плоскости искривления скважины. При этом ось 6 встает в горизонтальной плоскости. Шар 5 под действием пробки-груза 9 устанавливает индикатор 8 в горизонтальной плоскости. До начала циркуляции промывочной жидкости основание 12 находится под гидростатическим давлением и прижимает магнитную стрелку 14 к лимбу 15. При включении циркуляции появляется дополнительное давление до 50-100 кгс/см². Основание 12 от дополнительного давления сжимается, магнитная стрелка 14 отходит от лимба 15 и ориентируется по магнитному азимуту (фиг. 3, 4).

В момент прекращения циркуляции дополнительное давление исчезает, эластичное основание 12 принимает первоначальную форму, а магнитная стрелка 14 прижимается к лимбу 15, сохраняя информацию об азимуте скважины.

При установке в плоскости искривления отклонителя (в диамагнитной трубе) постоянного магнита предлагаемое устройство будет давать информацию о положении отклонителя вместо информации об азимуте.

Главным преимуществом заявляемого технического решения является возможность замера азимута или направления отклонителя при любом угле наклона скважины, в том числе и в восходящих скважинах.

По сравнению с прототипом заявляемое устройство обладает следующими преимуществами: незначительные продольные размеры позволяют устанавливать устройство близко к забою; отсутствие передаточных механизмов и сопрягаемых деталей в индикаторе сокращает инерционность и возможность заклинки и заедания деталей; вместо двух диафрагм - одна; один вид промежуточной жидкости; нет пружины, перепускных клапанов, уплотнений; гидравлические потери от шара меньше, чем при других формах.

Данные преимущества повышают надежность и точность замера азимута в наклонных и горизонтальных скважинах, дают существенное снижение стоимости бурения по сравнению с контролем инклинометром на кабеле или телесистемой.

Использование: в области бурения скважин. Сущность изобретения: устройство состоит из корпуса, устанавливаемого в диамагнитной трубе, а в корпусе вращается втулка на подшипниках. Во втулке установлен эксцентричный груз. В центре втулки размещен шар, вращающийся на осях в подшипниках. Индикатор закреплен в шаре корпуса грузом с каналом. Внутренняя полость индикатора заполнена маловязкой жидкостью, которая отделена от промывочной жидкости диафрагмой. В центре индикатора имеется выполненное из эластичного материала основание, которое жестко связано с индикатором. На основании установлена ось для магнитной стрелки, над которой находится прозрачный лимб. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕРА АЗИМУТА СКВАЖИНЫ, содержащее корпус с размещенными в нем заполненным жидкостью индикатором с эластичной диафрагмой и магнитной стрелкой на основании, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы в наклонных и горизонтальных скважинах, оно снабжено механизмом арретации индикатора, выполненным из установленной в корпусе посредством подшипников эксцентричной втулки, установленного во втулке посредством подшипников шара и груза с каналом для прохода промывочной жидкости, в шаре выполнен цилиндрический паз, в котором в центре шара закреплен индикатор, а груз установлен в пазу на периферии шара, при этом основание магнитной стрелки и диафрагма размещены перпендикулярно каналу в грузе для прохода промывочной жидкости, индикатор выполнен цилиндрической формы из двух частей, разделенных диафрагмой, одна из которых заполнена жидкостью и в ней установлена магнитная стрелка с основанием, другая расположена со стороны груза, а основание магнитной стрелки выполнено из эластичного материала.