Устройство для ориентирования отклонения в скважине Советский патент 1984 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к технике бурет-1Я геологоразведочных скважин, а блоее конкретно к направленному бурению, и предназначено для отклонителей с многократным ориентированием в цикле искривления. Известно устройство, в котором эксцентричный груз, открыто расположенный в скважине, жестко связан с корпусом отклонителя , Недостаток известного устройства понижение точности ориентирования из-за очевидного противодействия сил трения между корпусом отклонителя и стеиками скважин (причем в среде призабойного зашломованного промывоч кого раствора, влияющего также На ра боту эксцентричного груза) силе, устанавливатацей эксцентричный груз в апсидальной плоскости. Наиболее близким к предлагаемому устройству по техническому решению, является устройство, содержаЕ(ее эксцентричный груз с винтовой поверх-ностью, свободно установленный в камере и защищенный от контакта со стенками скважиг ы и промывочной лсидкость с расположенным в корпусе валом связан переходник с paдIiaльными отверстиями, имеющий ответную поверхность для ее взаимодействия с винтовой по верхностью эксцентричного груза 2 Однако наряду с поворотом отклони теля относительно эксцентричного гру за в плоскость своего действия возможен также и поворот самого эксцент ричного груза (выходящего при этом из апсидальной плоскости) вместе с колонной бурильных труб, с которой он жестко связан в процессе ориентирования, из-за скручивания колоншз, вызываемого наличием сил трения меж|ДУ корпусом отклонителя и стенками скважины, особенно больщих в искривленном участке. Это понижает точност ориентирования, что может привести к отрицательным циклам искривления. Кроме того, отмечаемый, например, манометром на поверхности сигнал срабатьгеания, возникающий в результате понижения давления в системе в момент прохода промывочной жидкости через радиальные отверстия штока свидетельствует не о том, что отклонитель повернут на нужный угол, а об окончании процесса ориентирования Цель изобретения - повышение точности ориентирования в процессе буре ния. 172 Указанная цель достигается тем, ч.то устройство для ориентирования отклонителя в скважине, содержащее корпус, внутри которого расположен вал, жестко связанный с переходником, и камеру с отвесом, снабг:ено акустическим излучателем с прие;мнмком, двумя автономньми источниками питания, дополнительной камерой из диамагнитного материала с размещенным в ней сигнализатором положения отклонителя, соединенным через радиоканал с, управляе - ым преобразователем, и диамагнитным основанием, :(ри этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердого материала, основная камера - из диамагнитного материала и установлена на основании, а допол- i нительная камера расположена с возможностью поворота относительно основания, причем излучатель установлен в переходнике к связан с управляемым преобразователем, который подключен к одному из источников питания, а к другому - сигнализатор положения отклонителя, в качестве сигнализатора положения отклонителя использован набор магнитно-управляемых контактов, соединенных через коммутатор с управляемым генератором радиоимпульсов. Б качестве управляемого прео,бразователя использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда, выходы которых подключены к логическому блоку, соединенному с бпоком управления акустическим излучателем. На фиг 1 изображено устройство, общий вид в разрезе; на фиг. 2 вид А на фиг. 1 (показывающий угол между плоскостью действия отклонителя и апсидальной плоскостью, устанавливаемый на поверхности); на фиг. 3 переключатель (заштрихованная часть выполнена из проводящего материала); на фиг. 4 - взаимное расположение установочной риски и свободного шарика в случае, когда отклонитель находится в заданной плоскости его действия, частичный разрезj на фиг 5 - то же, в случае, когда отклонитель выш&л из заданной плоскости его действия-, на фиг. 6 - структурная электрическая схема устройства; на фиг. 7 - функциональная электрическая схема датчика режима работы бурового снаряда. 3 Устройство содержит (фиг. 1) основную камеру 1 из диамагнитного материала, закрепленную на цилиндричес ком основании 2 из диамагнитного материала, закрепленного на корпусе 3 отклонителя. В камере 1 расположен свободный шарик 4 из намагниченного магнитотвердого материала, а на наружной ее поверхности нанесена круговая угломерная шкала делений, например, через 5°. На основании 2 также расположена по свободной посадке дополнительная камера 5 из диа магнитного материала. На наружной поверхности камеры 5 нанесена продольная установочная риска (фиг. 2), а внутри расположен сигнализатор положения отклонителя 6 (фиг. 6), содержащий группу магнитоуправляемых контактов 7 (например, три геркона, фиг. 1 и 4), сторого центрированных относительно установленной риски, соединенную с коммутатором 8, состоя щим из схем И и ИЛИ и расположенного ,вне камеры 5 переключателя 9 в виде кольца из изоляционного материала (фиг. 3) с нанесенной на нем проводящей площадкой (на фиг. 3 заштрихована) . Переключатель 9 расположен с возможностью скольжения по контакт там (не показаны) на прилегающем тор це камеры 5, связанным со входами схем И (что позволяет вводить в рабо ту один геркон или любой из трех). Выход коммутатора 8 связан со входом управляемого генератора радиоимпульсов 10, имеющего возможность генерировать пачку радиоимпульсов при поступлении сигнала с коммутатора 8. Внутри камеры 5 расположен также автономный источник питания 11 (фиг. 6), связанный через выключатель 12 (фиг. 1 и 6), кнопка которого до сборки переключателя с камерой выступает над торцом последнего, с сигнализатором 6, Камера 5 и переклю чатель установлены на основании 2 с возможностью их последуняцего закреп ления гайкой с контргайкой 13. Внутри вала 14 отклонителя установлен подпружиненный клапан 15 (например, шариковый). На верхней части вала 14 укреплен переходник 16 с каналами для прохода промывочной жидкости, сообщающимися с центральным каналом вала 14. переходника закреплен контейнер 17 с размещенным в нем управляемым преобразователем 18 (фиг. 6), состоящим из 174 датчика режима работы бурового снаряда (ДР) 19, вкл очающего (фиг. 7) электроакустический преобразователь 20, детектор 21 и схему сравнеНИН 22, выход которого подсоединен к логическому блоку 23 (состоящему, например, из схем И, ИЛИ, триггеров, работагацих по фронту сигнала и таймера) . К другому входу блока 23 подсоединен приемник радиоимпульсов 24 с цифровым выходом. Выход блока 23 связан с блоком управления акустическим излучателем сигнала срабатывания 25. В контейнере расположен также автономный источник питания 26, подключенный через выключатель 27 (кнопка которого до сборки с переходником выступает за нижний торец контейнера) к управляемому преобразователю 18. На верхнем торце контейнера укреплен акустический излучатель сигнала срабатывания 28 (например, пьезокерамического типа диаметром 30 мм), электрически соедиеннный с блоком 25 и имеющий прямой выход в гидравлический канал бурильных труб. Приемник 24 связан с генератором 10 по радиоканалу через стенки камеры 5, основание 2, вал 14, переходник 16 и стенку контейнера 17. Ufifi центрации контейнера в переходнике установлена перфорированная перегородка 29. Переходник соединен с колонной, собранной из труб с постоянным внутренним сечением (например, труб сек). На фиг. 1 показана первая труба колонны. На поверхности внутри ведущей трубы, на неподвижной части вертлюга-сальника смонтирован акустический приемник сигнала срабатьшания 30 (например, пьезокерамического типа). Устройство работает следующим образом. в соответствии с заданием на искривление скважины камеру 5 устанавливают своей риской (фиг. 2) против соответствукнцего значения угла на угломерной шкале (этот угол является углом между апсидальной плоскостью действия отклонителя). Затем задают степень точности ориентирования переключателем 9, коммутирукщим контакты на припегаклцем к нему торце камеры (замыкание контактов проводящей площадкой соответствует низкой точности, т.е. опросу всех трех герконов, размыкание - высокой точности, т.е. S опросу только центрсгпьного геркона) Камеру и переключатель закрепляют гайкой с контргайкой в нужном положе нии, при этом утапливается кнопка выключателя 12, запитывая тем самы1 1 сигнализатор 6 (ita фиг. 6) жирные ли нии показывают энергетическую цепь, тонкие - информационную), Контейнер 17 сочленяют с переходником 16, при Э.ТОМ кнопка выключателя 27 утап ливается, запитывая тем самым преобразователь 18, и блок 23 устанавлив ется в исходное состоя 1ие, т.е. ох идание команды запроса сигнала сраба тывания . В цикле искривления предлагаемое устройство работает в двух реким-ах: 1 - спуско-подъемные операции и бурение; 2 - ориентирование. В первом режиме на преобр 1зователь 20 (фиг. 7) может поступать акустический шум различного происхождения (от двигателей бурового станка и бурового насосе, ударов друг о друга свинчиваемых труб, трения коронки о забой, шум, создаваемый движением промывочной жидкости в процессе прокачки и т.д.). Напряж ние с выхода преобразователя поступает на детектор 21, где оно выпрям ляется. Уровень выпрямленного напря жения пр1опорционален уровню акустического шума. Это напряжение поступает на схему сравнения 22, на другой бход которой подается 130,5 приче схема 22 настроена так (выбором . ) что при наличии любого из указанных источников шума напряжение на выходе детектора 21 все да больше иOn и ДР выдает в блок 23 сигнал логического О, что свидетельствует о режиме спуско-подъемны операций и бурения. Начальными условиями для режима ориентирования onyuieHHoro до забоя отклонителя являются : отсутствие вращения снаряда, его разгрузка и работа бурового насоса с выходом на поверхность промьшочной жидкости. Для перехода в режим ориентирова ния подается команда запроса сигнал срабатьшания представляющая собой совокупность, например5 следующих действий: выключение бурового насоса включение бурового насоса, повторение его выключения, причем все эти действия должны выполняться в течение определенного времени, например 10 с. 176 При первом выключении бурового насоса пропадает создаваемый им, а также движением промывочной жидкости, акустический шум (остальные источники при создании начальных условий ориентирования шума убраньг) , при этом напряжение isa выходе детектора 21 становится меньше U, Р и на выходе ДР появляется 1 По фронту 0-1 блок 23 на некоторое время, например МО с, переходит к ожиданию вторичного появления 1 с выхода ДР, которая формируется при вторичном выключении бурового насоса. После вторичного появления в течение этих 10 с логический 1 блок 23 с некоторой паузой, например 10 с, переходит в режим ориентирования, в котором начинает анализировать в течение, например 1 мин. Это время достаточно, чтобы вручную повернуть буровую колонну на 360°. По истечении 1 мин блок 23 переходит в исходное состояние. Причем во время паузы и анализа логическая 1 с выхода ДР не должна сниматься, т.е. не должны появляться шумы, связанные с работой буровых механизмов (в противном случае блок 23 переходит в исходное Состояние). Незначительные шумы, связанные, например, с медпенным поворотом колонны и движением промьшочной жидкости в затрубном .пространстве (при наличии пластового поглощения) не влияют на работу ДР, так как и выбрано заведомо большим, чем напряжение на выходе детектора, соответствующее этим шумам. Если во время анализа с выхода приемника 24 поступает сигнал 1, то блок 23 выдает сигнал блоку 25, по которому последний вырабатывает в излучатель 28 пачку импульсов ( длительностью,например ) с частотой, например, 100 кГц, при этом интенсивность излучения составляет 10 Па, что соответствует амплитуде давления 5-10 Па (это легко осуществимо, так как современная техника позволяет создавать интенсивность в сотни Вт/см. Логическая 1 на выходе приемника 24 свидетельствует о наличии радиоимпульсов, поступающих с генеатора 10, которые возникают при срабатывании центрального или любого из группы герконов (в зависимости от точности ориентирования), сигнал с которых через коммутатор 8 поступает 71 на генератор Ю. Срабатывание герконов происходит только при нахождении под ними шарика 4 (генератор 10 может вырабатывать радиоимпульсы и не в режиме ориентирования, но это не истощает источник 11 из-за весьма малой мощности генератора). Если шарик не находится под герконами, то генератор не вырабатьшает радиоимпульсов и при этом на выходе приемни ка 24 формируется О, следовательно сигнал срабатывания не посылается. Кодирование команды запроса сигна ла срабатывания и наличие паузы после команды сводит к минимуму вероятность ложного срабатьшания излучателя 28 (что могло бы привести к преждевременному истощению источника 26) из-за снятия и возникновения шумов, не связанных с подачей командыi В режиме срабатьгеания оператор ожидает появления сигнала срабатывания (являкщегося одновременно и сигналом ориентирования), отмечаемого на индикаторе приемника сигнала срабатьгоания, находящегося на буровой. Если после начала режима ориентирования сигнал срабатывания не пос тупает (т.е. щарик не находится под гернами), то оператор медленно поворачивает разгруженную буровую колонну, следя при этом за показанием индикатора. При появлении сигнала срабатывания поворот прекращают. После этого корпус отклонителя известными методами закрепляют в скважине и начинают бурение. Для оперативного контроля работы отклонителя команду запроса сигнала срабат1.;чания периоди чески (например, через 20-5U см буре ния) повторяют. Если сигнал срабатывания не поступает (т.е. отклонитель отошел от линии своего действия), то описанной операцией проводят коррекцию положения отклонителя. Каналом связи, соединяющим забой с поверхностью, является столб промывочной жидкости постоянного сечения (так как используются трубы глад коствольные изнутри), по которому распространяются ультразвуковые коле бания в виде трубной волны. Поскольку у трубной волны геометрического расхождения фронта энергии нет, она может распространяться по оси скважины на большие расстояния. В этом 78 случае затухание определяется лишь поглощением в жидкости. Коэффициент поглощения ультразвука в воде на частоте 100 кГц составляет 25-10 с . В тяжелых буровьгх растворах и загазированных жидкостях (особенно при низких давлениях) коэффициент поглощения может достигать величины в 30 40 большей, т.е. уменьшение интенсивности излучения происходит для воды через каждые 4000 м, для бурового раствора (худший случай) че{)ез каждые -100 м. После остановки насоса приемник продолжает оставаться в контакте с жидкостью в течение определенного времени, достаточного для приема онгнала срабатьшания с излучателя, благодаря наличию подпружиненного клапана 15. Современная портативная приемная аппаратура позволяет легко зафиксировать амплитуду давления . Предлагаемый излучатель дает возможность на поверхности с глубины, например 1500 м при заполненной буровым раствором колонне труб амплитуду давления не менее 0,15-10 Па, что существенно больше разрешающей способности приемника. В случае технической воды интенсивность излучения может быть значительно уменьшена. Эффективность применения предлагаемого устройства состоит в существенном повышении надежности выведения скважины в заданное направление и точности ориентирования, обусловленном отсутствием жесткой связи ориентирующего элемента (свободного пгарика) с бурильньм трубами в процессе ориентирования и бесконтактным его взаимодействием с магнитно-управляемым контактами. Кроме того, применение оперативного контроля (с учетом сигнала срабатывания как сигнала ориентирования) позволяет с высокой точностью следить за работой отклонителя в плоскости его действия и (при необходимости) производить корректировку его положения. Все сказанное сокращает количество отрицательных циклов искривлений и связанных с этим непроизводительных затрат, а также повышает угол набора кривизны за цикл искривления путем увеличения длины рейса в 1,5-2 раза.

сригЛ

фиг. 5

фиг Л

сриг 5

26

у12

Л7 l..J

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, внутри которого расположен вал, жестко связанный с переходником, и камеру с отвесом, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности ориентирования в процессе бурения, оно снабжено акустическим излучателем с приемником, двумя автономными источниками питания, дополнительной камерой из диамагнитного материала с размещенным в ней сигнализатором положения отклонителя, соединенным через радиоканал с управляемым преобразователем, и диамагнитным основанием, при этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердого материала, основная камера - из диамагнитного материала и установлена на основании, а дополнительная камера расположена с возможностью поворота относительно основания, причем излучатель установлен в переходнике и связан с управляемым преобразователем, который подключен к одному из источников питания, а к другому сигнализатор положения отклонителя. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что в качестве,, сигнализатора положения отклонителя использован набор магнитно-управляе(П мых контактов, соединенных через коммутатор с управляемым генератором радиоимпульсов. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что в качестве управляемого преобразователя использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда, выходы которых подключены к логическому блоку, соединенному с блоком управления акустическим излучателем.

cpus.B

фае.7