ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ГЕОНАВИГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2003 года по МПК E21B44/00 E21B47/00 

Изобретение относится к информационно-технологическому оборудованию контроля при бурении под нефть и газ, предназначенному для контроля и автоматизации процесса.

Известен информационно-технологический буровой комплекс по книге Молчанова А. А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин, -М.: Недра, 1983, с 168-169.

Этот комплекс состоит из телеметрической системы, содержащей, в свою очередь, источник питания, инклинометрические датчики, электронный блок. Комплекс обеспечивает передачу на поверхность только инклинометрических данных. Другие забойные и технологические параметры не контролируются.

Известен информационно-технологический буровой комплекс по книге Булатова А.И. и др. Справочник инженера по бурению. -М.: Недра, 1985, т. 2, с. 9, рис. 36.

Этот комплекс содержит блок обработки и визуализации информации (блок-датчик и регистратор), наземные технологические датчики. Забойные параметры не контролируются, что является одним из недостатков комплекса, потому что знание многих параметров в непосредственной близости от забойного двигателя (оборотов гидротурбины, осевой силы, крутящего момента) более важно, чем та же информация, полученная в верхней части колонны бурильных труб. Вес колонны бурильных труб может быть не равен осевой нагрузке на долото, например, вследствие изгиба колонны бурильных труб и ее трения о стенки скважины, то есть реальные значения параметров отличаются от полученных в результате замеров. Второй недостаток заключается в том, что обработка данных ведется медленно, неточно и представляется недостаточно наглядно. Третий недостаток заключается в том, что значения всех параметров выводится на стрелочные приборы и самописцы, а анализ ситуаций, возникших во время бурения, зависит от опыта специалиста, обслуживающего аппаратуру. Оценка сложившейся ситуации требует сложных расчетов и длительного анализа. Это особенно критично при аварийной ситуации, требующей оперативного решения. Указанная задача может быть решена только при автоматизации процесса бурения.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является информационно-технологический геонавигационный комплекс по книге Молчанова А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. -М.: Недра, 1983, с. 178-184.

Этот комплекс содержит пульт бурильщика, блок обработки и визуализации, выполненный в виде соединенных между собой преобразовательного комплекса и компьютера с монитором, забойную телеметрическую систему, датчик крутящего момента, наземные газоанализатор, датчик расхода и датчик давления, и установленные в корпусе забойной телеметрической системы блок инклинометрии и датчик осевой нагрузки.

Недостатки данного комплекса, в основном, такие же, как у предыдущего аналога.

Задача создания изобретения - повышение оперативности принятия технологического решения и автоматизация процесса бурения, повышение точности и достоверности записи информации и увеличение скорости ее обработки и передачи.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что информационно-технологический геонавигационный комплекс, содержащий пульт бурильщика, блок обработки и визуализации, выполненный в виде соединенных между собой преобразовательного комплекса и компьютера с монитором, забойную телеметрическую систему, датчик крутящего момента, наземные газоанализатор, датчик расхода и датчик давления, и установленные в корпусе забойной телеметрической системы блок инклинометрии и датчик осевой нагрузки, снабжен наземными датчиком плотности и датчиком наличия газовой фазы, датчиком уровня бурового раствора, установленным в приемной емкости, исполнительными органами системы управления, соединенными с выходом компьютера, при этом наземные датчик расхода, датчик давления, датчик плотности и датчик наличия газовой фазы установлены в линии нагнетания бурового раствора, а датчик крутящего момента установлен в корпусе забойной телеметрической системы.

Наличие всех этих существенных признаков изобретения позволяет достичь поставленные задачи, а именно автоматизировать процесс бурения и повысить точность измерения. В основном это обеспечивается применением компьютера и большого числа датчиков, дающих практически полное представление о наземных и технологических параметрах процесса бурения. Кроме того, использование специальных программных продуктов позволило обработать массив информация и представить ее на экране монитора, а также пульте бурильщика, в самом наглядном и удобном для анализа виде, а также ввести в программу управляющие воздействия при аварийных ситуациях. Существенные признаки, приведенные в формуле изобретения, составляют совокупность, необходимую и достаточную для реализации проекта, т. к. наличие любого одного из них или нескольких, но не в полной комплектации не позволит получить желаемого результата. Применение компьютера или только наземных датчиков не позволит получить заявленного технического результата.

Практически все комплектующие комплекса разработаны и производятся в ЗАО НПФ "Самарские Горизонты" и создание комплекса находится в стадии завершения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 приведен информационно-технологический геонавигационный комплекс;
на фиг. 2 - схема взаимодействия программно-технических средств компьютера;
фиг. 3 - структурная схема преобразующего комплекса;
на фиг. 4 - схема информационно-технологического комплекса с электромагнитным каналом связи;
на фиг. 5 - схема комплектации информационно-технологического комплекса с гидравлическим каналом связи.

Разработанный геонавигационный комплекс в полной комлектации с двумя каналами связи: электромагнитным и гидравлическим, содержит установленную в колонне бурильных труб 1 над забойным двигателем 2 забойную телеметрическую систему 3 с источником питания 4, насос 5 с приводом насоса 6. Насос 5 соединен с баком 7, в котором установлен датчик уровня бурового раствора 8. В нагнетательной линии 9 насоса 5 установлены датчики давления 10, расхода 11, плотности 12, газовой фазы 13. В нагнетательной линии 8 также установлен управляющий клапан 14.

К антенне 15 подключено приемное устройство 16, выход из которого подключен ко входу в компьютер 17. Ко второму входу в компьютер 17 подключен преобразовательный комплекс - 18. Лебедка 19 содержит привод лебедки 20. На лебедке 19 установлен датчик длины колонны бурильных труб 21. Индикатор веса на крюке 22 установлен на тросе 23. Колонна бурильных труб 1 проходит через ротор 24, имеющий привод ротора 25 для ориентации отклоняющей компоновки 26. В верхней части колонны бурильных труб 1 установлен превентор 27, привод превентора 28. На устье скважины установлен газоанализатор 29. Датчик осевой нагрузки 30 и датчик крутящего момента 31, датчик оборотов гидротурбины 32, передающий модуль 33 и блок инклинометрии 34 установлены в корпусе забойной телеметрической системы 3. К выходам компьютера 17 подключены монитор 35, через блок сопряжения 37 пульт бурильщика 38, модем 39. Модем 39 соединен по линии телефонной связи через модем удаленного компьютера 40 с удаленным компьютером 41. К выходам блока управления 42 подключены привод насоса 6, привод лебедки 20 и привод ротора 25. Возможна установка над источником питания 4 съемного модуля пульсатора 43 для передачи информации по гидравлическому каналу связи.

Компьютер 17 (фиг. 2) содержит электронные блоки компьютера 44 и программное обеспечение информационно-технологического комплекса 45, которое включает операционную систему 46, программу обработки 47, программу выработки технических решений 48, в ее составе базу данных 49, в том числе базу данных САПР (системы автоматизированного проектирования) бурения 50 и программу управления 51. Преобразовательный комплекс 18 (фиг. 3) содержит аналого-цифровые преобразователи (по числу датчиков) АЦП 52...АЦП 59, контроллер 60, модем комплекса 61 и блок питания 62.

Вариант исполнения с электромагнитным каналом связи приведен на фиг. 4. Основные элементы этого канала связи передающий модуль 33, антенна 15 и приемное устройство 16.

Вариант исполнения с гидравлическим каналом связи приведен на фиг. 5 и содержит обязательные элементы для обеспечения работы этого канала: съемный модуль пульсатора 43 и датчик давления 10. Кроме того, датчик расхода 11, плотности 12 и газовой фазы 13 способствует повышению точности измерения.

Варианты комплектации с применением одного или нескольких исполнительных органов приведены в таблице.

Работа устройства зависит от варианта его комплектации.

1. В случае применения для связи электромагнитного канала связи (ЭМК).

При бурении работает насос 5, который по нагнетательной линии 7 подает буровой раствор к турбобуру и приводит его в действие. Инклинометрические параметры с блока инклинометрии 34 и забойные параметры с датчиков осевой нагрузки 30 и крутящего момента 31 и оборотов гидротурбины 32 при помощи передающего модуля 33 в виде электромагнитного сигнала подаются на антенну 15 и далее в приемное устройство 16 и в компьютер 17. Сигналы с наземных технологических датчиков 8, 10, 11, 12, 13, 21 и 29 подаются на вход в преобразовательный комплекс 18 и далее на вход в компьютер 17, где преобразуется и обрабатывается и передается одновременно на монитор 35 и пульт бурильщика 38, при необходимости и на принтер 36. На экране монитора 35 информация оперативно, качественно и наглядно доводится до исполнителя-геофизика, а на пульте бурильщика 38 часть этой информации представляется в цифровой и аналоговой форме, причем в аналоговой форме при помощи светодиодов, размещенных по окружности представляются преимущественно инклинометрические данные.

Преобразовательный комплекс 18 преобразует показания со всех наземных датчиков в сигнал, приемлемый для компьютера 17. Датчики, установленные в корпусе забойной телеметрической системы передают информацию на поверхность через передающий модуль 33 на антенну 15, приемное устройство 16 и далее в персональный компьютер 17.

Программа обработки информации от технологических датчиков 47 (фиг. 2) обрабатывает всю информацию, полученную с датчиков для представления первоначально в цифровом виде, затем для визуализации в форме таблиц, графиков и диаграмм на экране монитора 35 и, кроме того, рассчитывает и выдает данные, полученные путем математических преобразований с замеренными параметрами, например отклонение от траектории. Программа выработки технических решений 48 осуществляет более сложные логические и математические преобразования информации для выработки рекомендаций по управлению процессом бурения. Программа управления 51 непосредственно подает управляющие сигналы на исполнительные органы системы управления, к которым относятся привод насоса 6, привод лебедки 18, привод ротора 25 и привод превентора 28. Возможна выдача предупреждающих (звуковых и световых) сигналов при аварийной ситуации. Предложенный комплекс обеспечивает и полную автоматизацию процесса бурения путем воздействия на привод насоса 6, привод лебедки 18, привод ротора 25 и привод превентора 28. При этом каждое из этих управляющих воздействий может быть реализовано либо в отдельности, либо совместно в любом сочетании. Обратная связь между компьютером 17 и забойной телеметрической системой 3 осуществляется путем воздействия на управляющий клапан 14 и посылки управляющего импульса по гидравлическому каналу. Такая связь может быть использована, например, для включения или выключения источника питания 4.

2. Работа системы с использованием гидравлического канала связи (фиг. 5).

Если установлен пульсатор 43, создающий гидравлические импульсы бурового раствора, то информация об инклинометрических параметрах и с забойных технологических датчиков может быть передана по гидравлическому каналу связи на датчик давления 10 и далее к преобразовательному комплексу 18 и в компьютер 17. При этом возможно использование либо одного гидравлического канала связи или одновременно обоих каналов связи: гидравлического и электромагнитного для дублирования передачи или параллельной посылки различных данных. По информации с датчиков расхода 11, плотности 12 и датчика наличия газовой фазы 13, поступающей также через преобразовательный комплекс 18 подается в компьютер 17, производится коррекция данных, полученных из забоя по гидравлическому каналу связи на датчик давления 10. Это необходимо, чтобы учесть влияние характеристик бурового раствора на скорость распространения гидравлической волны в жидкости (буровом растворе) для избежания искажения результата.

3. Работа устройства в полной комплектации (фиг. 1).

При одновременной работе обоих каналов связи сигнал о забойных параметрах поступает одновременно на антенну 15 и на датчик давления 10 (фиг. 1).

Кроме того, предложенный комплекс обеспечивает передачу всей информации на удаленный компьютер 41, чтобы осуществлять контроль за бурением не только на одной буровой, но и в масштабах куста или месторождения.

Применение изобретения позволило следующее.

1. Полностью автоматизировать процесс горизонтально-направленного бурения.

2. Повысить точность измерений.

3. Предотвратить аварийные ситуации.

4. Улучшить наглядность представления информации за счет ее одновременного показа на экране монитора и пульте бурильщика. Показ на пульте бурильщика одновременно цифровой и аналоговой информации позволил легче определять положение забоя в процессе бурения.

5. Повысить скорость передачи информации.

6. Повысить достоверность каждого параметра в отдельности и расчетных показателей, полученных путем математической обработки.

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для контроля процесса бурения. Задача изобретения - обеспечение автоматизации, безопасности, повышение точности и достоверности записи информации и увеличение скорости ее обработки и передачи. Комплекс содержит пульт бурильщика, блок обработки и визуализации, выполненный в виде соединенных между собой преобразовательного комплекса и компьютера с монитором, забойную телеметрическую систему, датчик крутящего момента, наземные газоанализатор, датчик расхода и датчик давления и установленные в корпусе забойной телеметрической системы блок инклинометрии и датчик осевой нагрузки. Для достижения поставленной задачи комплекс снабжен наземными датчиком плотности и датчиком наличия газовой фазы, датчиком уровня бурового раствора, установленным в приемной емкости, исполнительными органами системы управления, соединенными с выходом компьютера. Наземные датчик расхода, датчик давления, датчик плотности и датчик наличия газовой фазы установлены в линии нагнетания бурового раствора. Датчик крутящего момента установлен в корпусе забойной телеметрической системы. 5 ил., 1 табл.

Информационно-технологический геонавигационный комплекс, содержащий пульт бурильщика, блок обработки и визуализации, выполненный в виде соединенных между собой преобразовательного комплекса и компьютера с монитором, забойную телеметрическую систему, датчик крутящего момента, наземные газоанализатор, датчик расхода и датчик давления и установленные в корпусе забойной телеметрической системы блок инклинометрии и датчик осевой нагрузки, отличающийся тем, что комплекс снабжен наземными датчиком плотности и датчиком наличия газовой фазы, датчиком уровня бурового раствора, установленным в приемной емкости, исполнительными органами системы управления, соединенными с выходом компьютера, при этом наземные датчик расхода, датчик давления, датчик плотности и датчик наличия газовой фазы установлены в линии нагнетания бурового раствора, а датчик крутящего момента установлен в корпусе забойной телеметрической системы.