СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ЗА НАПРАВЛЕНИЕМ ДЕЙСТВИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ, ИЗМЕРЕНИЯ ЗЕНИТНЫХ И АЗИМУТАЛЬНЫХ УГЛОВ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК E21B47/02 G01C19/00 

Изобретение относится к телеметрическим системам передачи забойной информации и может быть использовано при бурении разветвленно-горизонтальных стволов скважин с помощью забойных двигателей.

Известен способ непрерывного контроля пространственного положения отклонителя и инклинометрических измерений в процессе проводки скважин забойными двигателями, заключающийся в том, что полученная информация об угле установки отклонителя, а также зенитных и азимутальных углах после частотного модулирования передается на поверхность по проводному каналу связи в виде времяимпульсных сигналов, которые поступают в наземное приемно-регистрирующее устройство, где сигналы фильтруют, дешифруют и регистрируют с помощью записывающей аппаратуры. Калинин А.Г. и др., Бурение наклонных и горизонтальных скважин. М., Недра, 1997, 200 с.

Способ реализован устройством, содержащим датчики зенитных и азимутальных углов, с подвижными рамками и магнитной стрелкой. Положение отклонителя контролируется датчиком, чувствительным к вектору гравитации. В качестве датчиков угловых параметров применены бесконтактные поворотные трансформаторы, работающие в режиме двухфазных фазовращателей.

Указанные датчики совместно с электронными преобразователями частотного модулирования размещены внутри герметичного контейнера, закрепленного в корпусе, изготовленном из немагнитной трубы и установленном над отклонителем. При этом угол установки отклонителя ориентируют относительно магнитного меридиана на заданную проектом величину.

Контакт забойных датчиков с наземной аппаратурой, включающей фильтр очистки от помех, пульт для дешифровки сигналов, регистрирующие приборы и самописцы, осуществляют с помощью сбрасываемого через бурильную колонну проводного канала связи. Калинин А.Г. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. М., Недра, 1997, 200 с.

Недостатком описанного способа является сложность схемы преобразования угла поворота и измеряемых инклинометрических углов в фазы выходного сигнала и последующей дешифровкой суммарного широтно-импульсного модулированного сигнала с выходом на регистрирующие приборы.

Сложность схемы передачи забойной информации определила конструкцию и устройство передающей (забойной) и приемной (наземной) аппаратуры, что отразилось не только на ее сложности, но и на габаритах устройства, исключающих его применение в скважинах малого диаметра.

Кроме того, в условиях агрессивной среды трудно обеспечить надежный электрический контакт сбрасываемого кабеля с забойной аппаратурой, что снижает надежность и качество передаваемой информации.

Известен инклинометр, включающий цилиндрический корпус с верхней прозрачной частью, заполненной инертной жидкостью, в которой во взвешенном состоянии размещен шар с вмонтированными в него чувствительным магнитным элементом и отвесом, при этом на поверхность шара нанесена измерительная градусная сетка. (Патент РК №3735, кл. Е 21 В 47/02, 2001.)

Задача изобретения состоит в упрощении технологической оснастки, обеспечивающей передачу забойной информации, уменьшении трудоемкости измерений, повышении их качества и надежности и расширении области применения.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в получении наглядной и достоверной забойной информации с упрощенным технологическим обслуживанием, позволяющей оперативно с меньшими трудозатратами контролировать и управлять бурением в заданном направлении с требуемой интенсивностью искривления.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения зенитных и азимутальных углов скважин, основанном на передаче забойной информации о положении отклонителя и величине зенитных и азимутальных углов скважин к наземным регистрирующим приборам в виде времяимпульсных сигналов по проводному каналу связи, согласно изобретению, непрерывный контроль за указанными параметрами осуществляют в натуральном масштабе времени по визуальному отображению на экране компьютера индикатора слежения за положением отклонителя относительно магнитного меридиана и величины азимутальных и зенитных углов, видимых на забойных датчиках.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения зенитных и азимутальных углов скважин, содержащем датчик измерения угла установки отклонителя и инклинометр с датчиками зенитных и азимутальных углов, размещенных в герметичном контейнере, ориентированно устанавливаемом в немагнитном корпусе, жестко связанном с отклонителем, а также проводной канал связи забойных датчиков с наземными регистрирующими приборами, сбрасываемый через бурильную колонну, согласно изобретению, в герметичном контейнере устанавливают телевизионную камеру, против которой размещают инклинометр с датчиками зенитных и азимутальных углов, доступных для визуального наблюдения, и индикатором слежения за углом установки отклонителя, выполненным в виде линии-метки, нанесенной на сферическую крышку инклинометра и проходящей через ее полюсную точку, при этом герметичный контейнер с телекамерой и датчиками закрепляют на кабеле с возможностью его доставки в немагнитный корпус, причем герметичный контейнер имеет узел фиксированного крепления с немагнитным корпусом.

На фиг.1 изображено устройство для непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения зенитных и азимутальных углов скважин, общий вид. На фиг.2 показана градусная сетка инклинометра, доступная для визуального наблюдения.

Устройство для непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения зенитных и азимутальных углов скважин содержит породоразрушающий инструмент 1, забойный двигатель 2, отклонитель 3, жестко связанный с немагнитным корпусом 4, куда доставляется герметичный контейнер 5 с телекамерой 6, инклинометром 7 и индикатором слежения 8. Фиксированная посадка контейнера 5 в немагнитный корпус 4 осуществляется с помощью наконечника 9 с винтовым вырезом и ловителя 10. Контейнер 5 доставляют на кабеле 11 через бурильную колонну 12. Забойная информация передается на компьютер 13 посредством кабеля 11.

Инклинометр 7 содержит сферический поплавок, на поверхность которого нанесена градусная сетка 14 (фиг.2). Индикатор слежения 8 представляет собой линию, нанесенную на прозрачную крышку корпуса инклинометра и проходящую через реперную точку 15, она же является полюсной точкой прозрачной крышки корпуса инклинометра и реперной точкой отсчета.

Горизонтальная ось инклинометра всегда устанавливается по направлению силовых линий магнитного поля земли, а вертикальная - в направлении вектора силы тяжести, в то время как положение реперной точки 15 определяется направлением и наклоном апсидальной плоскости.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

На поверхности устройство собирают в последовательности, представленной на фиг.1. При этом направление действия отклонителя 3 разворачивают относительно ловителя 10 на расчетный угол, а индикатор слежения 8 путем поворота корпуса инклинометра совмещают с плоскостью, симметрично секущей винтовой вырез наконечника 9. Устройство, включая позиции 5-9, 11, 13, опускают на забой скважины с помощью бурильной колонны 12, после чего на кабеле 11 опускают герметичный контейнер 5 в немагнитный корпус 4, который жестко связан с отклонителем 3. При этом винтовой вырез наконечника 9 поворачивает герметичный контейнер 5, а вместе с ним инклинометр 7 и индикатор слежения 8 так, что ловитель 10 и индикатор слежения 8 образуют одну прямую линию.

Далее ротором, выполняющим роль тормозной колодки, не дающей провернуться бурильной колонне путем отслеживания на экране компьютера, поворачивают последнюю до тех пор, пока линия индикатора слежения 8 из первоначального положения (пунктирная линия) не станет параллельной линии инклинометра север-юг (фиг.2), что отслеживается по экрану компьютера.

Дальнейшие действия сводятся к заклиниванию ротора, включению забойного двигателя и бурению в заданном проектом направлении.

Здесь следует иметь в виду, что при работе забойного двигателя, помимо вращающегося момента, на его валу создается реактивный момент, который воспринимается и компенсируется неподвижной бурильной колонной при застопоренном роторе. Поскольку бурильная колонна из-за своей достаточно большой линейной протяженности является довольно гибким звеном, то возникающий реактивный момент поворачивает забойный двигатель в направлении, обратном вращению до тех пор, пока накопленная потенциальная энергия в закрученной колонне не компенсирует реактивные силы забойного двигателя. Это сбивает отклонитель с заданного направления. Кроме того, в процессе бурения длина колонны непрерывно увеличивается, что уменьшает ее жесткость. К тому же возможные различного рода спонтанные колебания всей системы при бурении, например при смене разрушаемой породы, изменении режима промывки, приводят к непредсказуемым изменениям направления действия отклонителя и требуют непрерывного контроля за индикатором слежения, отмечающего эти изменения направления, и периодического подкручивания колонны и отклонителя с помощью ротора.

По отображению на экране компьютера определяют также углы искривления скважин по положению реперной точки 15 (фиг.2) относительно градусной сетки 14, что дает возможность оперативного изменения, в случае необходимости, программы проводки скважин по заданному профилю.

Компьютерная программа по визуальному отображению углов искривления может отстраивать профиль скважины в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Предлагаемый способ непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения углов скважин в процессе бурения и устройство для его осуществления упрощают конструкцию и технологию получения информации о забойных процессах и повышают качество и надежность проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин в различных геолого-технических условиях.

Изобретение относится к телеметрическим системам передачи забойной информации и может быть использовано при бурении разветвленно-горизонтальных стволов скважин с помощью забойных двигателей. Технический результат заключается в получении наглядной и достоверной забойной информации с упрощенным технологическим обслуживанием, позволяющей оперативно с меньшими трудозатратами контролировать и управлять бурением в заданном направлении с требуемой интенсивностью искривления. Способ основан на передаче забойной информации о положении отклонителя и величине зенитных и азимутальных углов скважин к наземным регистрирующим приборам в виде времяимпульсных сигналов по проводному каналу связи. При этом непрерывный контроль за указанными параметрами осуществляют в натуральном масштабе времени по визуальному отображению на экране компьютера индикатора слежения за положением отклонителя относительно магнитного меридиана и величины азимутальных и зенитных углов, видимых на забойных датчиках. Устройство для осуществления способа содержит датчик измерения угла установки отклонителя и инклинометр с датчиками зенитных и азимутальных углов, размещенных в герметичном контейнере, ориентированно закрепленном в немагнитном корпусе, жестко связанном с отклонителем, а также проводной канал связи забойных датчиков с наземными регистрирующими приборами, сбрасываемый через бурильную колонну. В герметичном контейнере устанавливают телевизионную камеру, против которой размещают инклинометр с датчиками зенитных и азимутальных углов, доступных для визуального наблюдения, и индикатором слежения за углом установки отклонителя, выполненным в виде линии-метки, нанесенной на сферическую крышку инклинометра и проходящей через ее полюсную точку. Герметичный контейнер с телекамерой и датчиками закрепляют на кабеле с возможностью его доставки в немагнитный корпус. Причем герметичный контейнер имеет узел фиксированного крепления с немагнитным корпусом. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения зенитных и азимутальных углов скважин, основанный на передаче забойной информации о положении отклонителя и величине зенитных и азимутальных углов скважин к наземным регистрирующим приборам по проводному каналу связи, отличающийся тем, что непрерывный контроль за указанными параметрами осуществляют в натуральном масштабе времени по визуальному отображению на экране компьютера индикатора слежения за положением отклонителя относительно магнитного меридиана и величины азимутальных и зенитных углов, видимых на забойных датчиках.2. Устройство для непрерывного контроля за направлением действия отклонителя, измерения зенитных и азимутальных углов скважин, содержащее датчик измерения угла установки отклонителя и инклинометр с датчиками зенитных и азимутальных углов, размещенные в герметичном контейнере, ориентированно устанавливаемом в немагнитном корпусе, жестко связанном с отклонителем, а также проводной канал связи забойных датчиков с наземными регистрирующими приборами, сбрасываемый через бурильную колонну, отличающееся тем, что в герметичном контейнере установлена телевизионная камера, напротив которой размещен инклинометр с датчиками зенитных и азимутальных углов, доступных для визуального наблюдения, и индикатором слежения за углом установки отклонителя, выполненным в виде линии-метки, нанесенной на сферическую крышку инклинометра и проходящей через ее полюсную точку.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что герметичный контейнер с телекамерой и датчиками закреплен на кабеле с возможностью его доставки в немагнитный корпус.4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что герметичный контейнер имеет узел фиксированного крепления с немагнитным корпусом.