СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ ПРИ ЗАБУРИВАНИИ НАКЛОННЫХ УЧАСТКОВ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к технике бурения, в частности к способам и устройствам для ориентирования отклоняющих устройств с помощью инклинометра.

Известен способ ориентирования отклонителей. Способ включает спуск аппарата, в котором используют отпечатки плавиковой кислоты и зубьев ножей, указывающих положение плоскости искривления скважины.

Недостатком указанного способа является дискретность замеров только после подъема аппарата из скважины, низкая точность измерений, невозможность ориентирования инструмента при малой кривизне скважины.

Известен также способ ориентирования отклонителя в процессе бурения, принятый за прототип. Суть способа заключается в том, что азимут положения отклонителя определяют до начала бурения и в процессе бурения, ступенчато изменяя нагрузку на долото до установки ее оптимального значения и по этим данным определяют угол закручивания бурильной колонны.

Недостатком способа является то, что ориентирование инструмента происходит лишь на начальном этапе бурения при поиске оптимальной нагрузки на долото, а дальнейшее бурение ведется без инклинометра. Причем считается, что величина оптимальной нагрузки, найденная в начале бурения, должна постоянно определять заданную плоскость отклонителя. Это нереально, так как на величину отклонения влияют помимо нагрузки увеличивающийся зенитный угол, твердость пород и другие неучтенные здесь факторы.

Целью изобретения является повышение точности проводки скважины, надежности и скорости измерений.

Для этого контролируемый отклонитель для забуривания наклонных участков из вертикального ствола скважины подсоединяют к устройству с инклинометром, предварительно сориентировав по меткам в одной плоскости с отклонителем инклинометр и корпус устройства с посадочным гнездом. Причем ориентацию производят плавным бесступенчатым поворотом деталей устройства и фиксируют это положение. Спуск инклинометра в корпус устройства осуществляют до момента поступления на поверхность сигнала, по которому делают вывод о том, что инклинометр дошел до своего места, правильно сориентирован и зафиксирован от осевого смещения.

Далее в процессе бурения контроль за положением отклонителя осуществляют путем непрерывного сравнения текущих с заданными значениями угла установки отклонителя и координат забоя скважины. А корректируют текущие значения изменением нагрузки на долото и расходом промывочной жидкости.

На фиг.1 изображено устройство для реализации предложенного способа; на фиг.2 разрез А-А по верхнему центратору и магнитному датчику; на фиг.3 - разрез Б-Б по нижнему центратору и осевому фиксатору; на фиг.4 разрез C-C по выступу посадочного гнезда, взаимодействующего с пазом грузоловителя.

Устройство состоит из диамагнитного полого корпуса 1, по концам которого установлены центраторы верхний 2 и нижний 3.

Под нижним центратором расположено посадочное гнездо 4 с выступом 4. Посадочное гнездо и верхний центратор имеют наружную резьбовую поверхность и фиксируются контргайками 6 и 7.

Внутри верхнего центратора 2 расположен магнит 8, являющийся частью магнитного датчика типа "геркон-9".

Внутренняя подвижная часть корпуса опускается на каротажном кабеле 10 и состоит из датчика 9, инклинометра 11, жестко соединенного с грузо-ловителем 12. Низ грузоловителя выполнен в виде трубного скоса 13, переходящего в продольный паз 14. На корпусе грузоловителя выполнен фиксатор 15, состоящий из пружинной спирали 16, расположенной на пальце 17. Корпус устройства соединен с контролируемым отклонителем 18, на который навернуты забойный двигатель 19 и долото 20.

На корпусах устройства (1) и отклонителя 18, а также магнита 8 и магнитного датчика 9, посадочного выступа 5 и паза грузоловителя 14 нанесены ориентировочные метки 21.

При сборке корпуса посадочное гнездо 5 и верхний центратор 2 с магнитом 8 фиксируют контргайками 6 и 7 в таком положении, чтобы их метки 12 находились в одной плоскости и на одной стороне с меткой 21 корпуса устройства.

Способ контроля положения отклонителя осуществляется следующим образом.

Перед тем, как соединить корпус устройства с отклонителем, производят предварительную ориентацию внутренних узлов: верхнего центратора 2 с магнитом 8 и посадочного узла 4 с выступом 5. Наружная резьбовая поверхность этих узлов позволяет плавно бесступенчато развернуть их таким образом, чтобы ось магнита 8 и ось выступа 5 с метками 21 оказались на одной стороне и в одной плоскости с меткой 21 на корпусе устройства (фиг.2 и фиг.4)
Это положение фиксируют контр-гайками 6 и 7.

Затем этот корпус соединяют с бурильными трубами и буровым инструментом так, чтобы метки 21 на отклонителе и корпусе оказались в одной плоскости и на одной линии и спускают их в скважину до нужной глубины.

Спускают инклинометр 11 в сборе с магнитным датчиком 8 и грузоловителем в корпусе 1 до получения сигнала на поверхности. Сигнал свидетельствует о том, что магнитный датчик 9 сориентирован на магнит 8 и взаимодействует с ним, а также о том, что грузоловитель 12 с пазом 14 дошел до посадочного выступа 5 и зафиксировался от осевого смещения фиксатором 15. Фиг.3
После этого устройство готово к проведению замеров координат забоя скважины и угла установки отклонителя. Чтобы достичь заданных значений при забуривании, постоянно следят за текущими значениями и корректируют их, изменяя нагрузку на долото и расход промывочной жидкости.

Важным преимуществом предлагаемого способа является уменьшение погрешностей измерения за счет точной ориентировки узлов устройства и фиксации сориентированного положения, упрощение подготовительных работ.

2. Изобретение относится к устройствам для контроля за положением отклоняющих устройств с помощью инклинометра.

Известно также устройство, содержащее диамагнитный полый корпус с воронкой и направляющими планками для инклинометра. /3/
Недостатком этого устройства является отсутствие сигнализации о том, что инклинометр занял заданное положение. Не исключается возможность его установки на горизонтальный уступ направляющей воронки или на любой выступ замкового соединения.

Известно также устройство, принятое за прототип. /4/
Устройство содержит коаксиально расположенные диамагнитные трубы. Внутренняя труба центрирована, имеет посадочное гнездо для инклинометра и магнитный репер для ориентированного направления отклонителя, а также есть возможность поворота ее и фиксации положения относительно наружной трубы.

Недостатками устройства являются:
ступенчатый поворот внутренней трубы с посадочным гнездом для инклинометра, что приведет к погрешности при ориентировании как минимум до 5 - 10^o;
возможность выхода из строя инклинометра из-за вибрации;
отсутствие сигнала о посадке на заданное место инклинометра и фиксации его от осевого смещения;
необходимость учета угла между плоскостью отклонителя и осью фиксатора в дальнейших замерах.

Целью предлагаемого устройства является повышение точности определения положения отклонителя в процессе забуривания наклонных участков.

Эта цепь достигается тем, что устройство снабжено магнитным датчиком (типа геркон), размещенным над инклинометром и взаимодействующим с магнитом верхнего центратора, а низ инклинометра выполнен в виде трубного скоса, переходящего в продольный паз, взаимодействующий с выступом посадочного гнезда корпуса, причем гнездо и верхний центратор соединены с корпусом по резьбовой поверхности с возможностью их радиального перемещения и фиксации положения контргайки. Устройство также снабжено фиксатором остевого положения инклинометра, который выполнен в виде подпружиненного пальца, размещенного в радиальном отверстии низа инклинометра и взаимодействующего с нижним центратором, а метки для ориентации нанесены на корпуса отклонителя и устройства для контроля, на верхний центратор и выступ посадочного гнезда на магнитный датчик, причем после сборки метки установлены в одну плоскость с отклонителем и на одной стороне.

Устройство содержит полый корпус 1 с размещенными в нем верхним 2 и нижним 3 центраторами, посадочным узлом 4 с выступом 5, контр-гайками 6 и 7, магнитом 8 и магнитным датчиком 9, каротажным кабелем 10, инклинометрам 11, соединенным с грузоловителем 12, выполненным в виде трубного скоса 13, переходящего в продольный паз 14. Фиксатор осевого положения инклинометра 15 состоит из пружины 16, расположенной на пальце 17. Корпус устройства 1 соединен с контролируемым отклонителем 18, на который навернуты забойный двигатель 19 и долото 20. Для ориентирования деталей нанесены метки 21 на корпусах отклонителя и устройства, магнитного датчика, верхнего центратора с магнитом, выступа посадочного гнезда и паза грузо-ловителя.

Контроль за положением отклонителя с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

После сборки низа бурильной колонны над отклонителем 18 закрепляют корпус 1 устройства таким образом, чтобы метки 21 на корпусах совпали. Затем разворачивают выступ 5 посадочного гнезда 4 и верхний центратор 2 с магнитом 8 так, чтобы их оси и метки 21 тоже совпали с плоскостью отклонителя и фиксируют его положение контргайками 6 и 7.

Резьбовое соединение вышеуказанных узлов с корпусом позволяет плавное, бесступенчатое регулирование угла поворота вокруг вертикальной оси и точное совмещение нанесенных на детали меток с плоскостью отклонителя.

Затем собирается инклинометр 11 с корпусом магнитного датчика 9 и грузоловителем 12 так, чтобы их метки 21 находились в одной плоскости и с одной стороны от оси инклинометра.

После предварительной ориентации производят спуск сборки инклинометра до заданной глубины.

При посадке грузоловителя 12 на выступ 5 посадочного гнезда 4, магнитный датчик в корпусе герконов 9 выступает во взаимодействие с магнитом 8 и подает сигнал на устье скважины о том, что прибор до нужной глубины, сориентировался в плоскости отклонителя и зафиксирован подпружиненными пальцами 17 от осевого смещения. Таким образом, устройство готово к проведению замеров.

К преимуществам предложенного устройства следует отнести надежность и уменьшение погрешности замеров за счет:
точного центрирования сборки инклинометра по оси устройства;
наличие фиксатора, предотвращающего самопроизвольное высвобождение сборки инклинометра при зенитных углах, равных 90^o и более;
бесступенчатого поворота деталей устройства при установке их в одной плоскости с отклонителем;
подачи сигнала о посадке сборки инклинометра на заданное место.

Применение: в нефтяной и других отраслях промышленности при забуривании наклонных участков от вертикального ствола скважины для точного ориентирования отклонителя бурового инструмента. Сущность изобретения: способ контроля положения отклонения при забуривании наклонных участков скважин осуществляется следующим образом. Контролируемый отклонитель присоединяют к контролирующему устройству с инклинометром. Предварительно ориентируют контролирующее устройство по меткам, в одной плоскости с отклонителем, бесступенчатым поворотом резьбовой поверхности верхнего центратора инклинометра и посадочного гнезда инклинометрической сборки, низ которой выполнен в виде трубного скоса, переходящего в продольный паз, взаимодействующий с выступами посадочного гнезда. Затем спускают сборку инклинометра с магнитным датчиком до поступления сигнала о посадке ее трубного скоса на выступ посадочного гнезда и фиксируют ее от осевого перемещения. Постоянно сравнивают текущие замеры зенитного угла и азимута с заданными и корректируют их изменяя нагрузку на долото и расход промывочной жидкости. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля положения отклонителя при забуривании наклонных участков скважины путем измерения зенитного угла и азимута отклонителя, включающий соединение с отклонением контролирующего устройства, предварительную его ориентацию по меткам в плоскости отклонителя, фиксацию положения, отличающийся тем, что ориентацию контролирующего устройства производят бесступенчатым поворотом его деталей с последующей радиальной фиксацией этого положения, а спуск сборки инклинометра осуществляют до поступления сигнала о посадке и фиксации ее от осевого перемещения, постоянно сравнивают текущие замеры с заданными и корректируют их, изменяя нагрузку на долото и расход промывочной жидкости. 2. Устройство для контроля положения отклонителя при забуривании наклонных участков скважины, содержащее соединенный с отклонителем корпус, в котором размещены центрирующие элементы, фиксатор положения и посадочное гнездо для спускаемой сборки инклинометра с метками для ориентации, отличающееся тем, что оно снабжено магнитным датчиком, размещенным над инклинометром и взаимодействующим с магнитом верхнего центратора, а низ инклинометрической сборки выполнен в виде трубного скоса, переходящего в продольный паз, взаимодействующий с выступами посадочного гнезда, причем гнездо и верхний центратор соединены с корпусом по резьбовой поверхности с возможностью их радиального перемещения и фиксацией положения контргайками. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено фиксатором осевого положения сборки инклинометра, который выполнен в виде подпружиненного пальца, размещенного в радиальном отверстии сборки и взаимодействующего с нижним центратором. 4. Устройство по п. 2 отличающееся тем, что метки для ориентации нанесены на корпуса отклонителя и устройства для контроля его положения, на верхний центратор, магнитный датчик и выступ посадочного гнезда, причем перед замерами метки установлены в одну плоскость с отклонителем и на одну сторону.