Глубинное устройство для измерения параметров траектории скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к средствам определения параметров траектории скважин.

Цель изобретения - повышение точности привязки измерений по длине траектории скважины.

На фиг. 1 изображено глубинное устройство для измерения параметров траектории скважины; на фиг. 2 - датчик положения замкового соединения и блок определения длины бурильной трубы; на фиг. 3 - блок управления.

Устройство содержит датчики 1 обнаружения замкового соединения, усилители 2, формирователи 3, шину 4 управления, шифратор 5, второй коммутатор 6, шину 7 данных, блок 8 памяти, адресную шину 9, блок 10 управления, первый коммутатор И, блок 12 инклинометрических датчиков, аналого-цифровой преобразователь 13, датчик положения замкового соединения 14, блок 15 определения длины бурильной трубы.

Глубинное устройство движется в бурильной трубе 16, соединенной с соседними бурильными трубами колонны с помош,ью замковых соединений 17,

Датчик 14 положения замкового соединения (фиг. 2) содержит индикаторы 18 замкового соединения. Блок определения длины бурильной трубы состоит из усилителей 19, формирователей 20, элементов 21 запрета, элементов ИЛИ 22, шифратора 23 номера индикатора.

Устройство работает следуюш.им образом.

Перед спуском в скважину глубинное устройство включается, после чего транспортируется к забою скважины. Транспортировка может осуш,ествляться, например, путем сброса устройства внутрь колонны буриль- ных труб или путем спуска внутрь колонны бурильных труб на тросе. Измерения начинаются при прохождении нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения мимо первого в колонне замкового соединения 17. При этом уси. итель 2 и формирователь 3, подключенные к этому датчику выдают импульс, который подается на один из входов шифратора 5, а также через шину 4 управления - на вход блока 10 управления. После этого блок 10 управления устанавливает на адресной шине 9 адрес, соответствующий подключению к информационному входу блока 8 памяти первой ячейки памяти. При этом на управляющий вход второго коммутатора 6 через шину 4 управления из блока 10 управления подается сигнал, подключающий к шине 7 данных выход шифратора 5, на котором установлен код сработавшего датчика 1 oбнapvжeния замкового соединения, в данном случае код нижнего датчика. Затем на управляющий входлблока 8 памяти из бло ка 10 управления через шину 4 управления подается сигнал записи, в результате чего код номера сработавшего датчика 1 с шины 7

5

д

данных записывается в первую ячейку блока 8 памяти.

Нижний датчик I обнаружения замкового соединения и датчик 14 положения замкового соединения установлены вдоль оси глубинно- го устройства на расстоянии, равном средней длине бурильной трубы, причем датчик 14 положения замкового соединения перекрывает диапазон возможных отклонений длин бурильных труб от номинального значения.

0 Поэтому при прохождении нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения мимо замка 17 предыдущее (верхнее) замковое соединение 17 оказывается напротив датчика 14 положения замкового соединения. При этом в последнем формируется код, опреде ляющий положение замкового соединения относительно этого датчика. С выхода датчика 14 положения замкового соединения этот код подается на вход блока 15 определения длины бурильной трубы, в котором преобраQ зуется в код длины бурильной трубы.

По окончании записи кода сработавшего датчика 1 обнаружения замковог-о соединения в блок 8 памяти блок 10 управления устанавливает на адресную шину 9 адрес следующей ячейки блока 8 памяти и одно5 временно через шину 4 управления посылает на управляющий вход второго коммутатора б сигнал, коммутирующий шину 7 данных на выход блока 15 определения длины бурильной трубы. В результате этого код длины бурильной трубы с выхода блока 15 через

0 второй коммутатор 6 и шину 7 данных подается на информационный вход блока 8 памяти. Затем на управляющий вход блока 8 памяти из блока 10 управления через шину 4 управления поступает сигнал записи, осуществляющий запись во вторую ячейку памяти кода длины бурильной трубы. По окончании записи на адресную шину 9 блоком 10 управления выдается адрес следующей ячейки памяти и начинается цикл регистрации значений с выходом блока 12 инклинометрических датчиков. Этот цикл состоит в поочередном опросе инклинометрических датчиков и записи их показаний в последовательные ячейки памяти. Для этого на управляющий вход первого коммутатора 11 из блока 10 управления через шину 4 управления передается сигнал, подключающий вход первого коммутатора 11 к очередному датчику из блока 12 инклинометрических датчиков. При этом блок 10 управления выдает управляющий сигнал, который поступает с шины 4 управления на управляющий вход второго коммутатора 6, коммутируя щину 7 данных на выход аналого-цифрового преобразователя 13.

Таким образом, сигнал с очередного ин- клинометрического датчика через первый

5 коммутатор 11 подается на вход аналого- цифрового преобразователя 13, с выхода которого оцифрованное значение измеряемой величины через второй коммутатор 6 и ши5

ну 7 данных поступает на информационный вход блока 8 памяти и записывается в текущей ячейке памяти после поступления на управляющий вход блока 8 памяти сигнала записи. По окончании записи на адресной шине устанавливается адрес следующей 5 ячейки блока 8 памяти. После опроса и записи показаний последнего инклинометриче- ского датчика заканчивается цикл регистрации показаний датчиков для данной точки измерений.jO

Опрос и регистрация показаний датчиков производятся при срабатывании каждого из датчиков 1 обнаружения замкового соединения по мере продвижения глубинного устройства мимо замкового соединения 17. Однако если при срабатывании нижнего 15 датчика обнаружения замкового соединения регистрируются код номера этого датчика, код длины бурильной трубы и показания инклинометрических датчиков, то при срабатывании остальных датчиков 1 записываются лишь код номера сработавшего датчика и показания инклинометрических датчиков. В остальном процедуры опроса и регистрации аналогичны. Таким образом, количество точек инклинометрических измерений в бурильной трубе 16 оказывается равным коли- 25 честву датчиков 1 обнаружения замкового соединения, установленных в устройстве.

После достижения глубинным устройством крайнего положения (точки забоя) оно извлекается из скважины на тросе или подГлубинное устройство для измерения параметров траектории скважины позволяет измерять длины бурильных труб в определенном диапазоне значений: 1мин ; Смаке, где Гмин, Смаке - расстояния от нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения до нижнего и верхнего края датчика 14 положения замкового соединения соответственно. Когда длина бурильной трубы имеет аномальное отклонение от номинального значения, т. е. длина не принадлежит указанному диапазону, то при срабатывании нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения верхний замок 17 оказывается вне зоны действия датчика 14 положения замкового соединения. При этом в блок 8 памяти записывается нулевой код длины бурильной трубы. Глубинное устройство для измерения параметров траектории скважины позволяет решить проблему определения длин бурильных труб с аномальными отклонениями длины. При прохождении глубинного устройства через такие укороченные трубы нарушается обычный порядок срабатывания датчиков 1 обнаружения замкового соединения, т. е. после срабатывания нижнего датчика 1 срабатывает не второй датчик 1 обнаружения замкового соединения, а датчик, реагирующий на предыдущее (верхнее) замковое соединение 17. Для устранения «слепой зоны необходимо, чтобы расстояние между верхним датчиком 1 обнаружения замкового соединения и нижним

нимается с колонной бурильных труб. В пер- 30 краем датчика 14 положения замкового совом случае все измерения повторяются и регистрируются в обратном порядке. Такое дублирование измерений позволяет уменьшить случайную составляющую погрешностей измерений.

единения не превышало длины замка 17. Таким образом, определение аномальных длин бурильных труб производится в наземном устройстве обработки информации на основе анализа последовательности срабаПосле извлечения глубинного устройства 35 тывания датчиков 1 обнаружения замкового

из колонны бурильных труб оно подключается к наземному устройству обработки информации, которое считывает данные, записанные в блоке 8 памяти глубинного устройства, расшифровывает их и обрабатывает. Привязка инклинометрических измерений по глубине осуществляется путем вычисления длины участка колонны бурильных труб от устья скважины до данной точки измерений. Расчетная формула имеет следующий вид:

s.,

где S/. - длиаа участка колонны бурильных труб ют устья скважины до точки i-ro замера.

Ij - измеренное значение длины j-й бурильной трубы, считая от устья скважины;

гп - количество бурильных труб в колонне, расположенных выше точки i-FO замера;

ik - расстояние от k-ro (сработавшего) датчика 1 обнаружения замкового соединения до блока 12 инклинометрических датчиков.

соединения. Дискретность определения длин таких труб определяется шагом установки указанных датчиков.

Возможен и другой режим работы глу- бинного устройства. При рациональном выборе шага установки датчиков 1 обнаружения замкового соединения, равного длине датчика 14 положения замкового соединения, запись кода длины бурильной трубы при сра- 45 батывании каждого датчика 1 приводит к воз можности определения любой длины бурильной трубы без потери точности измерения. Датчик положения замкового соединения представляет собой набор индикаторов 18 замкового соединения, расположенных вдоль 50 оси глубинного устройства на равном расстоянии один от другого. По длине датчик 14 положения замкового соединения перекрывает диапазон возможных отклонений длин бур.ильных труб от среднего значения, а расстояние между индикаторами 18 замкового соединения определяет дискретность определения длины бурильной трубы. Это расстояние не должно превышать длины замка 17. В момент измерения длины бурильной тру55

Глубинное устройство для измерения параметров траектории скважины позволяет измерять длины бурильных труб в определенном диапазоне значений: 1мин ; Смаке, где Гмин, Смаке - расстояния от нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения до нижнего и верхнего края датчика 14 положения замкового соединения соответственно. Когда длина бурильной трубы имеет аномальное отклонение от номинального значения, т. е. длина не принадлежит указанному диапазону, то при срабатывании нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения верхний замок 17 оказывается вне зоны действия датчика 14 положения замкового соединения. При этом в блок 8 памяти записывается нулевой код длины бурильной трубы. Глубинное устройство для измерения параметров траектории скважины позволяет решить проблему определения длин бурильных труб с аномальными отклонениями длины. При прохождении глубинного устройства через такие укороченные трубы нарушается обычный порядок срабатывания датчиков 1 обнаружения замкового соединения, т. е. после срабатывания нижнего датчика 1 срабатывает не второй датчик 1 обнаружения замкового соединения, а датчик, реагирующий на предыдущее (верхнее) замковое соединение 17. Для устранения «слепой зоны необходимо, чтобы расстояние между верхним датчиком 1 обнаружения замкового соединения и нижним

краем датчика 14 положения замкового соединения не превышало длины замка 17. Таким образом, определение аномальных длин бурильных труб производится в наземном устройстве обработки информации на основе анализа последовательности срабатывания датчиков 1 обнаружения замкового

тывания датчиков 1 обнаружения замкового

соединения. Дискретность определения длин таких труб определяется шагом установки указанных датчиков.

Возможен и другой режим работы глу- бинного устройства. При рациональном выборе шага установки датчиков 1 обнаружения замкового соединения, равного длине датчика 14 положения замкового соединения, запись кода длины бурильной трубы при сра- батывании каждого датчика 1 приводит к возможности определения любой длины бурильной трубы без потери точности измерения. Датчик положения замкового соединения представляет собой набор индикаторов 18 замкового соединения, расположенных вдоль оси глубинного устройства на равном расстоянии один от другого. По длине датчик 14 положения замкового соединения перекрывает диапазон возможных отклонений длин бур.ильных труб от среднего значения, а расстояние между индикаторами 18 замкового соединения определяет дискретность определения длины бурильной трубы. Это расстояние не должно превышать длины замка 17. В момент измерения длины бурильной тру

бы 16 замковое соединение 17 бурильных труб находится в зоне действия датчика 14 положения замкового соединения. При этом срабатывает ряд соседних индикаторов 18 замкового соединения, которые в этот момент находятся напротив замка 17. Количество срабатывающих индикаторов 18 зависит от соотношения между длиной замка и шагом установки индикаторов 18. Сигналы с последних подаются на вход блока 15 определения длины бурильной трубы. Этот блок предназначен для усиления и формирования входных сигналов, а также для выделения и кодирования верхнего сработавшего индикатора 18 замкового соединения.

Со сработавших индикаторов 18 снимается сигнал, соответствуюш.ий логической единице, а с остальных индикаторов - нулю. Единичный сигнал с верхнего сработавшего индикатора 18 замкового соединения через усилитель 19 и формирователь 20 поступает на прямой вход элемента 21 запрета. В то же время на запрещаюший вход того же элемента поступает нулевой сигнал с выхода элемента ИЛИ 22, поскольку со всех расположенных выше индикаторов 18 замкового соединения снимается нулевой сигнал, так как они расположены выше замка 17. Нулевой сигнал на запрещаюшем входе элемента 21 запрета разрешает прохождение сигнала с прямого входа. Таким образом, единичный сигнал, снимаемый с верхнего сработавшего индикатора 18 замкового соединения, передается на вход шифратора 23 номера индикатора. Одновременно этот единичный сигнал устанавливает в единичное состояние выходы всех элементов ИЛИ 22, связанных с расположенными ниже индикаторами 18 замкового соединения. Эти единичные сигналы подаются на запрешаюшие входы элементов 21 запрета, чем запреш,ают прохождение сигналов, снимаемых со всех нижерасположенных индикаторов 18 замкового соединения, на вход шифратора 23 номера индикатора. В результате на вход шифратора 23 подается унитарный код верхнего сработавшего индикатора 18, а на выходе этого шифратора появляется двоичный код номера этого индикатора. Таким образом, датчик И положения замкового соединения и блок 15 определения длины бурильной трубы фиксируют верхний край замкового соединения 17 с учетом дискретности измерений. Измерение длины бурильной трубы 16 производится по верхнему краю замкового соединения 17, поскольку измерение происходит в момент срабатывания нижнего датчика 1 обнаружения -замкового соединения, т. е. в момент его реакции на верхний край нижерасположенного замка 17.

Блок 10 управления представляет собой стандартный микропроцессорный контроллер и состоит из центрального процессора 24, системного контроллера 25, постоянного запоминающего устройства 26, порта 27

ввода-вывода, внутренних шин 28 данных, 29 управления и 30 адреса. При этом шина 4 управления подключена к блоку 10 управления через порт 27 ввода-вывода, а шина 9 адреса соединена с внутренней шиной 30 адреса. Рабочее адресное пространство внутренней шины 30 адреса разделено между блоком 8 памяти и постоянным запоминающим устройством 26. Последнее содержит программу, реализующую алгоритм работы

0 блока 10 управления.

Перед началом цикла регистрации показаний датчиков блок 10 управления находится в состоянии ожидания сигнала срабатывания датчика 1 обнаружения замкового соединения. Для этого программно в цикле

5 считывается и анализируется информация, поступающая с шины 4 управления через порт 27 ввода-вывода. Сигнал срабатывания нижнего датчика 1 обнаружения замкового соединения и сигнал срабатывания одного

Q из остальных датчиков 1 обнаружения замкового соединения передаются по двум отдельным линиям в шине 4 управления. Соответствующие два разряда управляющего слова, вводимые в блок 10 управления через порт 27 ввода-вывода, определяют одну из

5 двух управляющих программ, инициализируемых при срабатывании датчика 1 обнаружения замкового соединения. Управляющая программа генерирует временную последовательность управляющих сигналов в соответствии с описанным алгоритмом работы

0 глубинного устройства. Управляющие сигналы передаются на щину 4 управления через порт 27 ввода-вывода. После завершения цикла регистрации показаний датчиков блок 10 управления переходит в состояние ожидания срабатывания очередного датчика 1

обнаружения замкового соединения.

Датчики 1 обнаружения замкового соединения представляют собой магнитные локаторы муфт. Напряжение, снимаемое с датчика 1 обнаружения замкового соединения,

изменяется при прохождении его мимо замка 17. Это изменение усиливается усилителями 2. Формирователи 3 формируют импульсы необходимой амплитуды и длительности.

Индикаторы 18 замкового соединения

5 могут быть выполнены аналогично датчикам 1 обнаружения замкового соединения. В этом случае усилители 19 и формирователи 20 идентичны усилителям 2 и формирователям 3 соответственно.

В качестве инклинометрических датчиков использовать феррозондовые преобразователи и синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы. В этом случае глубинное устройство можно использовать толь- ко в немагнитных бурильных трубах. Кроме

5 того, на время опроса и регистрации показаний инклинометрических датчиков необходимо отключать датчики 1 обнаружения замкового соединения с тем, чтобы исклю0

7

чить влияние магнитных наводок, создаваемых датчиками 1 обнаружения замкового соединения, или предусмотреть иные меры по исключению этого влияния. При исноль- зовании в качестве инклинометрических датчиков гироскопических датчиков измерения можно производить и в магнитных бурильных трубах.

Для удобства использования глубинного устройства его хвостовая часть с размещенными в ней датчиками 1 обнаружения зам- кового соединения (за исключением первого) и датчиком 14 положения замкового соединения выполнена в виде шарнирно соединенных сегментов, имеющих малый диаметр, что облегчает загрузку устройства в колонну бурильных труб.

Преимуществом предлагаемого устройства для измерения параметров траектории скважины является наличие средств для проведения дополнительных измерений - из1213180

мерений длин бурильных труб в процессе движения устройства в колонне бурильных труб. Эта дополнительная информация позволяет повысить точность определения параметров траектории скважины за счет повышения точности привязки измерений по глубине. В отличие от способа привязки измерений по глубине, требующего промера длин бурильных труб на дневной поверхности, при использовании предлагаемого устройства отсутствует методическая погрещность, связанная с неучетом деформаций бурильных труб в колонне, а также увеличивается производительность буровой установки, ввиду отсутствия простоев на промер длины труб. Экономический эффект от применения предлагаемого устройства обусловлен получением дополнительного массива измерений длин бурильных труб в колонне, позволяющего автоматически производить привязку измерений по глубине.

Ф1А&.2

30

/ I

2Ц

25

/

28

Ф14г.