СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЕМ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ КОМПОНОВКОЙ С ЗАБОЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2000 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к технологии строительства наклонно-направленных скважин в части управления направлением бурения в режиме обеспечения направления ствола скважины без извлечения системы на поверхность.

Известен способ управления отклонителем, основанный на использовании забойных датчиков /угла наклона, азимута искривления ствола, азимута продольной плоскости симметрии отклонителя/ для передачи информации на поверхность по гидравлическому или проводному каналу связи "забой-устье" и последующей корректировке траектории ствола путем установки плоскости действия отклонителя в требуемое направление поворотом верхнего конца бурильной колонны, то есть передачей момента сил отклоняющей компоновке с использованием всей бурильной колонны от устья скважины до забоя /1/.

Недостатком указанного способа управления отклонителем при бурении скважины является неустойчивость процесса ориентирования, ввиду непредсказуемого закручивания колонны /из-за сил трения между колонной и стенками скважины/ - круговое перемещение нижнего конца практически никогда не бывает адекватно повороту колонны, произведенному на поверхности.

Кроме того, процесс передачи информационных сигналов на поверхность занимает несколько десятков секунд, поэтому коррекция направления может быть произведена по уже устаревшим данным. В дополнение, передача данных с забоя подвержена нескольким типам помех.

Известен способ управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным отклонителем, состоящий из бурения долотом с установленным в компоновке забойным двигателем, измерения с помощью забойных сенсоров действительных величин угла наклона и направления траектории ствола скважины, передачи их на поверхность и последующей корректировки траектории ствола скважины путем установки плоскости действия отклонителя в требуемое направление посредством изменения режимных параметров бурения /расхода жидкости, осевой нагрузки на долото/, влияющих на угол закручивания нижнего конца бурильной колоны от реактивного момента забойного двигателя /2/.

Способ содержит недостаток, связанный с быстротой изменения режимных параметров и поддержки их в необходимых пределах в зависимости от быстро меняющихся геологических условий, в нем исключен механизм передачи коррекции положения отклонителя посредством бурильной колонны.

Другим недостатком способа является отсутствие возможности управления положением отклонителя во всем круговом спектре азимутального направления бурения от 0^o до 360^o. Изменяя осевую нагрузку или расход жидкости в допустимых пределах /тем самым изменяя реактивный момент в нижнем конце колонны/, можно управлять положением действия отклонителя в пределах сектора не более 70 - 90^o, что недостаточно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ управления отклонителя при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем, включающий углубление скважины с отклонителем, жестко связанным с бурильной колонной, измерение зенитного и азимутального углов ствола скважины и положения отклонителя, сравнение указанных параметров с запланированными в забойном процессоре, соответствующих данной глубине параметров траектории, и выдача на поверхность величин расхождения параметров траектории для их ликвидации одним из известных способов /3/.

Недостаток указанного способа связан с быстротой изменения режимных параметров и поддержки их в необходимых пределах в зависимости от быстроменяющихся геологических условий, при этом отсутствует возможность управления положением отклонителя во всем круговом спектре азимутального направления бурения от 0^o до 360^o.

Задачей изобретения является точность установки отклонителя во всем круговом спектре азимутального направления от 0^o до 360^o.

Указанная задача решается тем, что в способе управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем, включающем углубление скважины с отклонителем, жестко связанным с бурильной колонной, измерение зенитного и азимутального углов ствола скважины и положения отклонителя, сравнение указанных параметров с запланированными аналогичными параметрами и корректирование расхождения последних путем поворота отклонителя бурильной колоны в требуемом положении, прерывают жесткую связь компоновки с бурильной колонной, поворот отклонителя осуществляют реактивным моментом забойного двигателя в шаговом режиме, сравнение фактического и требуемого положения отклонителя осуществляют после каждого шага поворота, фиксацию отклонителя относительно бурильной колонны осуществляют при совпадении требуемого и фактического положения отклонителя или при превышении угла поворота, в случае последнего, поворот отклонителя до совмещения его положения с требуемым осуществляют путем уменьшения реактивного момента забойного двигателя при жесткой связи отклонителя с бурильной колонной. Причем, уменьшение реактивного момента забойного двигателя осуществляют путем снижения расхода промывочной жидкости или снижения осевой нагрузки на долото.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря использованию реактивного момента забойного двигателя в качестве механизма поворота при преобразовании жесткой связи компоновки низа бурильной колонны с бурильной колонной в шарнирную и за счет дискретного /шагового/ прерывания и восстановления этой связи производят совмещение направления действия отклонителя с заданным азимутом. При наличии шагового характера кругового перемещения отклонителя относительно бурильной колонны обеспечивается точность установки отклонителя за счет исключения влияния инерционности вращения маховой массы компоновки низа бурильной колонны, причем незначительные выходы направления действия отклонителя за пределы проектного азимута ликвидируют за счет изменения режимного параметра бурения, в частности расхода промывочной жидкости.

Предлагаемый способ управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид компоновки низа бурильной колонны для осуществления способа; на фиг. 2 - функциональная схема, иллюстрирующая последовательность поступления и обработки данных об азимутальном положении отклонителя для осуществления бурения в требуемом направлении; на фиг. 3 - схема ориентирования отклонителя в азимутальном направлении с использованием реперной отметки; на фиг. 4 - схема выполнения способа управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем в процессе бурения при большом расхождении фактического значения азимутального угла скважины с проектным; на фиг. 5 - схема выполнения способа управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем в процессе бурения при незначительном превышении фактического значения азимутального угла над проектным.

Способ осуществляют следующим образом.

Компоновку /фиг. 1/, состоящую из долота 1, отклонителя 2, образованного забойным двигателем 3 и кривым переводником 4, немагнитной утяжеленной бурильной трубы 5 с размещенными внутри нее магнитометром 6, микропроцессором 7, блоком питания 8 и регулировочным клапаном 9, ориентатором 10 вертлюжного соединения 11 и бурильной колонны 12, спускают на бурение. Ориентатор 10 обеспечивает жесткую связь компоновки низа бурильной колонны /КНБК/ с бурильной колонны 12. Бурение начинают вести с осевой нагрузкой 1-2 тН. С поверхности посылается закодированный сигнал, несущий информацию глубины скважины. В микропроцессоре этот сигнал вызывает из памяти данные проектного азимутального направления бурения ствола скважины. Туда же поступают значения фактического азимутального направления бурения ствола скважины /фиг. 2/. Установка отклонителя в требуемом азимутальном направлении проводится использованием реперной отметки /расположенной на неподвижной части инструмента - нижней части бурильной колонны 12/ путем поворота отклонителя на угол при любом положении реперной отметки - "репера" /фиг. 3/. Например, этот поворот составит:
/фиг. 3а/, поворот определится по формуле: /фиг. 3б/.

Из представленной схемы /фиг. 4/ видно, что в случае несовпадения направления действия отклонителя с заданным азимутом принудительное их совмещение будет достигнуто последовательными шаговыми поворотами отклонителя против часовой стрелки под действием реактивного момента забойного двигателя за счет дискретного прерывания и восстановления жесткой связи между КНБК и бурильной колонной с помощью ориентатора 10. После принудительного совмещения направления действия отклонителя и требуемого /проектного/ азимута скважины жесткую связь отклонителя с колонной сохраняют восстановленной /не прерывают/, обеспечивая тем самым углубление ствола в требуемом /заданном/ направлении. После этого переходят на оптимальные режимы бурения, обеспечивающие эффективное углубление /проходку/ ствола в заданном направлении. При возможном рассогласовании азимутальных направлений в ходе дальнейшего бурения принудительное их совмещение повторяется в описанной последовательности в автоматическом режиме при подаче сигнала с поверхности о текущей глубине скважины, например, через каждые 0,5 м.

Возможен режим поворотного смещения отклонителя по часовой стрелке /реверсивный режим/ без прерывания жесткой связи КНБК с бурильной колонной за счет частичного сброса промывочной жидкости в затрубное пространство через клапан 9. Команда на реализацию такого режима подается следящей системой в случае, если направление плоскости действия отклонителя на незначительный угол /5 - 15^o/ выходит "влево" от проектного угла /сектора/ установки плоскости действия отклонителя /фиг. 5/.

Предложенный способ управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем при бурении наклонно-направленных скважин позволит повысить точность проводки, сократить сроки бурения направленных скважин, уточнить качество стволов и увеличить показатели нефтеотбора при эксплуатации скважин.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Композит-каталог США за 1992-1993 г.г., том 1, с. 1109-1114.

2. Калинин А.Г. и др. Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн. М., "Недра", 1995, с. 291.

3. Патент США N 5269383, МКИ⁵ E 21 B 7/04, 1993.

Изобретение относится к технологии строительства наклонно-направленных скважин в части управления направлением бурения в режиме обеспечения направления ствола скважины без извлечения системы на поверхность. Изобретение позволит повысить точность установки отклонителя во всем круговом спектре азимутального бурения от 0 до 360°. Способ управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем включает углубление скважины с отклонителем, жестко связанным с бурильной колонной. В процессе углубления с помощью магнитометра осуществляется замер значения фактического азимутального направления бурения ствола скважины, которые посылаются в микропроцессор, где происходит сравнение с предварительно запрограммированным проектным параметром азимутального направления, соответствующим данной глубине. В случае расхождения фактических данных с проектными, процессор выдает сигнал ориентатору на прерывание жесткой связи отклонителя с бурильной колонной. Совпадение направления действия отклонителя с проектным азимутом будет достигнуто последовательными шаговыми поворотами отклонителя против часовой стрелки под действием реактивного момента забойного двигателя. После принудительного совмещения направления действия отклонителя с проектным азимутом скважины, процессор выдает сигнал на отключение ориентатора и восстановление жесткой связи отклонителя с бурильной колонной. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем, включающий углубление скважины с отклонителем, жестко связанным с бурильной колонной, измерение зенитного и азимутального углов ствола скважины и положения отклонителя, сравнение указанных параметров с запланированными аналогичными параметрами и корректирование расхождения последних путем поворота отклонителя бурильной колонной с последующим удерживанием отклонителя относительно бурильной колонны в требуемом положении, отличающийся тем, что прерывают жесткую связь компоновки с бурильной колонной, поворот отклонителя осуществляют реактивным моментом забойного двигателя в шаговом режиме, сравнение фактического и требуемого положения отклонителя осуществляют после каждого поворота, фиксацию отклонителя относительно бурильной колонны осуществляют при совпадении требуемого и фактического положения отклонителя или при превышении угла поворота, в случае последнего поворот отклонителя до совмещения его положения с требуемым осуществляют путем уменьшения реактивного момента забойного двигателя при жесткой связи отклонителя с бурильной колонной. 2. Способ управления отклонителем при бурении скважины компоновкой с забойным двигателем по п. 1, отличающийся тем, что уменьшение реактивного момента забойного двигателя при совмещении отклонителя с требуемым положением осуществляют путем снижения расхода промывочной жидкости или снижения осевой нагрузки на долото.