Изобретение относится к контролю за пространственным положением ствола обсаженных и не обсаженных буровых скважин при бурении.
Известны метод и устройства для определения азимутального и зенитного углов. Метод и устройство основаны на измерении трех ортогональных компонент Gx, Gy, Gz гравитационного поля 3х осевым акселерометром и трех ортогональных компонент Hx, Hy, Hz магнитного поля Земли 3х осевым магнитометром, информация с которых анализируется на ЭВМ и выдается на дисплей [Патент Великобритании N 2205166, 1988 г.].
Известен метод расчета пространственного расположения скважины по измерениям гравитационного (с помощью акселерометров) и магнитного (с помощью феррозондов) полей Земли. По этим измерениям вычисляют аксиальную компоненту магнитного поля Земли и с учетом компонент ускорения силы тяжести определяют пространственные компоненты скважины [Патент США N 4709486, 1987 г.].
Известен гироскопический датчик ориентации скважин. Датчик может использовать: гироскоп с одной степенью свободы, гироскоп с двумя степенями свободы, вибрационные гироскопы, акселерометры. Однако гироскопические датчики не работоспособны в процессе бурения, т.к. высокие вибрационные и ударные перегрузки, возникающие при бурении, а также угловые колебания бурового инструмента значительно превышают угловые скорости вращения Земли, на измерении которых и основаны перечисленные гироскопические приборы ориентации [Патент США N 4611405, 1986 г., патент США N 4706388, 1986 г.].
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для определения углов искривления скважин, содержащее датчик азимута с тремя ортогональными феррозондами и датчик угла отклонения в виде двух или трех маятников, оси вращения которых ортогональны и неподвижно закреплены относительно корпуса устройства, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя [Авт. свид. СССР N 1139835, E 21 В 47/02, Бюл. N 6, 1985 г.].
Недостаток устройства для определения углов искривления скважин на основе феррозондов - невозможность ориентировать отклонитель по магнитному меридиану при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин малого диаметра из обсаженной скважины при восстановлении старых нефтяных и газовых месторождений.
Изобретение решает задачу повышения точности определения углов ориентации в процессе бурения и расширение функциональных возможностей.
Задача решается тем, что устройство для определения углов искривления скважин, содержащее скважинный снаряд, включающий блоки датчиков азимута на основе трех ортогональных феррозондов, неподвижно закрепленных относительно корпуса устройства, и датчиков угла отклонения в виде трех ортогональных акселерометров, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, аналого-цифровой преобразователь и блок коммутаторов, к входам которого подключены выходы феррозондов и акселерометров, а выход блока коммутаторов подключен к наземному блоку, согласно изобретению снабжено датчиками температуры и давления, блоком телеметрии и блоком гироскопических датчиков азимута, состоящим из неподвижно закрепленных одноосных или двухосных датчиков угловой скорости вращения Земли, оси чувствительности коллинеарны осям чувствительности феррозондов и акселерометров, причем выходы датчиков температуры и давления и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли подключены к соответствующим входам блока коммутаторов, выходы которого подключены соответственно к входам аналого-цифрового преобразователя и через блок телеметрии к наземному блоку.
На чертеже представлена блок-схема устройства.
Устройство содержит скважинный снаряд 1, включающий блок датчика азимута 2 на трех взаимно ортогональных феррозондах 3, блок датчиков углов отклонения 4, состоящий из трех взаимно ортогональных акселерометров 5, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, блок гироскопических датчиков азимута 6, состоящий: из трех 7 или двух неподвижно закрепленных одноосных гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли или двух или одного двухосного датчика угловой скорости вращения, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности соответствующих феррозондов и акселерометров. Датчики содержат встроенные измерительные схемы и другие схемы, необходимые для их работы. Блок коммутаторов 8 включает и блоки управления работой устройства. В скважинном снаряде размещены аналого-цифровой преобразователь 9, блок питания 10 электронных схем и датчиков, блок телеметрии 11, датчики температуры и давления 12. Наземный блок 13 содержит источник питания скважинного снаряда, блоки дешифрации сигналов и связи с ЭВМ 14.
После поступления с наземного блока 13 запускающего импульса на блок коммутаторов 8 подключаются блоки датчиков к аналого-цифровому преобразователю 9, который включается после окончания переходных процессов датчиков. Полученный параллельный код преобразуется в последовательный, и через блок телеметрии 11 и наземный блок 13 поступает в последовательный порт компьютера.
Для измерения зенитного угла, угла установки отклонителя, а также географического азимута используется блок акселерометров 4 и блок гироскопов 6. По ним контролируется выставка отклонителя в обсаженной скважине по заданному направлению. При отходе от скважины на 5-7 метров осуществляются измерения магнитного азимута по показаниям феррозондов 3 и акселерометров 5. При этом гироблок 6 выключается.
Величина зенитного θ угла установки отклонителя ϕ, магнитного αm и географического αг азимута вычисляются ЭВМ 14 согласно формулам [Ковшов Г.Н., Алимбеков Р. И. , Жибер А.В. Инклинометры (Основы теории и проектирования), Уфа, Гилем, 1998 г., 380 с.]:
b = a1·b1 + a2·b2 + a3·b3
b* = c1 · b1 + c2·b2 + c3· b3,
где ai, bi, ci, i = 1,2,3 - приведенные безразмерные сигналы с феррозондов, акселерометров и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли, b, b* - тангенсы углов магнитного наклонения и географической широты устья скважины. Если используются из трех лишь любые два одностепенных датчиков ориентации, то показания третьего вычисляются из выражений:
a12 + a22 + a32 = 1 + c2
b12 + b22 + b32 = 1
c12 + с22 + c32 = 1 + b*2
Каждый гироскопический или магнитный инклинометр имеет свои блоки акселерометров, питания, АЦП, телеметрии, сопряжения с ЭВМ. Объединение датчиков в единую конструкцию устройства позволяет помимо упрощения решать и следующие практические задачи, расширяющие функциональные возможности устройства:
- феррозондовый блок при известном азимуте позволяет вычислять положение отклонителя непосредственно в процессе бурения, т.к. на показания феррозондов не сказываются вибрационные и ударные перегрузки,
- феррозондовый блок при известном азимуте позволяет контролировать критическое приближение к другой обсаженной скважине по измерению угла магнитного наклонения или величине модуля вектора напряженности магнитного поля Земли; это исключает аварийные ситуации,
- феррозондовый блок позволяет наводить буровой снаряд на ствол аварийной (горящей) скважины для ее ликвидации,
- феррозондовый блок при перемещении инклинометра в обсаженной скважине позволяет контролировать стенки обсадных труб, а также их целостность, что особенно актуально при возрождении старых месторождений.
Измерение температуры в скважинном снаряде позволяет непрерывно алгоритмически корректировать посредством ЭВМ показания датчиков ориентации при изменении температуры окружающей среды, чем достигается повышенная точность измерения в широком диапазоне температур от -10oC до +125oC.
Датчик гидростатического и гидродинамического давления позволяет при отсутствии прокачки бурового раствора уточнить глубину скважины, а при бурении - наличие зон повышенного или пониженного пластового давления. Недостаточная информация о пластовых давлениях может привести к неправильному выбору плотности промывочных жидкостей, возникновению нефтегазопроявлений при вскрытии пластов с аномально высокими пластовыми давлениями или к поглощению промывочной жидкости при вскрытии пластов с аномально низкими давлениями, что в любом случае приводит к возникновению аварийных ситуаций.
Лабораторные и скважинные испытания устройства показали, что погрешность измерения азимутов бурящейся скважины в широком диапазоне изменения температуры не превышают 2o, а погрешность измерения угла отклонения 0,2o.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности для измерений при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин, бурящихся из обсаженного ствола при возрождении старых месторождений и месторождений под поймами рек и водоемами.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ И ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ ПРИ БУРЕНИИ | 2001 |
|
RU2184845C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ | 2012 |
|
RU2503810C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА УГЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА | 2015 |
|
RU2610957C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА, ЗЕНИТНОГО УГЛА И УГЛА МАГНИТНОГО НАКЛОНЕНИЯ | 1997 |
|
RU2131029C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНОГО ВЕКТОРА МАГНИТНОГО ПОЛЯ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2001 |
|
RU2218577C2 |
ИНКЛИНОМЕТР (ВАРИАНТЫ) | 1998 |
|
RU2134427C1 |
СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ИНКЛИНОМЕТРИИ И СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2021 |
|
RU2770874C1 |
ИНКЛИНОМЕТР | 1998 |
|
RU2172828C2 |
СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАБОЙНЫХ СКВАЖИН | 2001 |
|
RU2204712C2 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2002 |
|
RU2209449C1 |
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для контроля за пространственным положением ствола обсаженных и необсаженных скважин при бурении. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения углов ориентации в процессе бурения и расширение функциональных возможностей. Для этого устройство содержит блоки датчиков азимута на основе трех ортогональных феррозондов, неподвижно закрепленных относительно корпуса устройства, и датчиков угла отклонения в виде трех ортогональных акселерометров, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, аналого-цифровой преобразователь и блок коммутаторов. К входам блока коммутаторов подключены выходы феррозондов и акселерометров. Выход блока коммутаторов подключен к наземному блоку через блок телеметрии. Дополнительно устройство снабжено датчиками температуры и давления, блоком телеметрии и блоком гироскопических датчиков азимута на основе одноосных или двухосных датчиков угловой скорости вращения Земли, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов и акселерометров. Выходы датчиков температуры и давления и гироскопических датчиков угловой скорости подключены к дополнительным входам коммутаторов. 1 ил.
Устройство для определения углов искривления скважин, содержащее скважинный снаряд, включающий блоки датчиков азимута на основе трех ортогональных феррозондов, неподвижно закрепленных относительно корпуса устройства, и датчиков углов отклонения в виде трех ортогональных акселерометров, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, аналого-цифровой преобразователь и блок коммутаторов, к входам которого подключены выходы феррозондов и акселерометров, а выходы блока коммутаторов подключен к наземному блоку, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками температуры и давления, блоком телеметрии и блоком гироскопических датчиков азимута, состоящим из неподвижно закрепленных одноосных или двухосных датчиков угловой скорости вращения Земли, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов и акселерометров, причем выходы датчиков температуры и давления и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли подключены к соответствующим входам блока коммутаторов, выходы которого подключены соответственно к входам аналого-цифрового преобразователя и через блок телеметрии к наземному блоку.
Устройство для определения углов искривления скважины | 1982 |
|
SU1139835A1 |
Устройство для контроля зенитных углов и положения отклонителя в скважине | 1983 |
|
SU1155733A1 |
Глубинное устройство для цифровой записи параметров траектории скважины | 1980 |
|
SU903565A1 |
Способ определения азимута искривления траектории скважины | 1988 |
|
SU1555470A1 |
Автономный инклинометр | 1988 |
|
SU1615348A1 |
ГИРОИНКЛИНОМЕТР | 1994 |
|
RU2078204C1 |
БЕСКАРДАННЫЙ ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР И СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКИХ УГЛОВ | 1994 |
|
RU2101487C1 |
US 4844923 A, 23.01.1990 | |||
ПРОЗРАЧНАЯ И ГИБКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ПРОПИЛЕНОВЫХ ПОЛИМЕРОВ И ИЗДЕЛИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ИЗ НЕЕ | 2002 |
|
RU2296772C2 |
СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛОСТИ БИОТКАНИ | 2011 |
|
RU2492882C2 |
СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЫНОСЛИВОСТИ СПОРТСМЕНА В ИГРОВЫХ ВИДАХ СПОРТА | 2016 |
|
RU2615899C1 |
DE 3135743 A1, 19.05.1982 | |||
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
Машина для формования железобетонных тонкостенных пространственных криволинейных покрытий сводов двойной кривизны | 1957 |
|
SU109830A1 |
Авторы
Даты
2001-04-27—Публикация
2000-07-14—Подача