Способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК E21B47/22 

сов земли. Опускают внутри бурильной колонны на забой скважины забойньй прибор с основным чувствительным элементом в виде датчика (Д) 2 .электромагнитного типа. Ориентируют Д 2 на магнитньш репер, выполненный в виде магнитной метки и установленный в плоскости действия отклонителя. Поворачивают бурильную колонну в проектный азимут. На дневной поверхности устанавливают дополнительный Д 5. Обеспечивают синхронную связь между

1

Изобретение относится к области наклонного бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к технике и тенологии ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины.

Целью изобретения является довы- шение точности ориентирования и расширение диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспе- чения ориентирования в условиях Северных и Южных широт и вблизи магнитных полюсов Земли.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая способ забойного ориентирова- ния отклонителя в вертикальном стволе скважины, разрез А-А; на фиг. 2 - устройство для осуществления способа разрез Б-Б на фиг. 3 - рабочий шар устройства, разрез В.В.

Способ реализуется следуюшим образом.

Забойньй прибор 1 (см. фиг. 1) с основным чувствительным элементом в виде датчика 2 электромашинного типа опускают внутри бурильной колонны на забой скважины, обсаженньй стальными трубами, в область отклонителя 3 с магнитным репером 4, установленным в плоскости действия отклонителя. Магнитньй репер 4 представляет собой обыкновенную магнитную метку, котору наносят известным способом.

На дневной поверхности устанавливают дополнительньй чувствитепьньш элемент, который также выполнен в виде датчика 5 электромашинного типа, и обеспечивают его синхронную связь

Д 2 и 5. Ориентируют Д 2 и 5 на дневной поверхности в направлении магнитного меридийна и одновременно фиксируют их положение по кольцевой шкале 12, закрепленной на статоре Д 5. Синхронная передача углов обеспечивается тем, что Д 2 выполнен в виде сельсин-датчика, на роторе которого установлена стрелка 6, а Д 5 вьшол- нен в виде сельсин-приемника, на роторе которого закреплена стрелка 7. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

5

5

0

с основным чувствительным элементом. Синхронная передача угла может быть обеспечена, например, выполнением датчика 2 электромашинного типа в виде сельсин-датчика (СД), на роторе которого установлена немагнитная стрелка 6, и вьшолнением датчика 5 в виде сельсин-приемника (СП), на роторе которого закреплен указатель в виде стрелки 7. Ось 8 вращения стрелки 6 расположена под углом к оси 9 симметрии прибора 1 в направлении, противоположном направлению N северного магнитного меридиана. На статоре сельсин-датчика (СД) и стрелке 6 закреплены эксцентрично грузы 10 и 11. Перед спуском забойного прибора 1 на дневной поверхности ориентируют основной и дополнительньй чувствительные элементы в направлении N северного магнитного меридиана и фиксируют их положения по кольцевой, градуированной относительно сторон света, шкале 12, закрепленной на статоре сельсин-приемника (СП). Стрелки при этом показывают направления а и а. Сигналом с поверхности на забое скважины арретируют основной чувствительный элемент, а его положение (положение стрелки 6) корректируют в соответствии с зафиксированным в направлении северного магнитного меридиана с возможностью визуального наблюдения на дневной поверхности по изменению положения дополнительного чувствительного элемента. То есть, корректировку осуществляют таким образом, чтобы стрелка 6 указывала направление а, которое она занимала на дневной поверхности. Благодаря синхронной связи чувствительных элементов наблюдение осуществляют по стрелке 7, которая при этом укажет направление а,. Таким образом, начало отсчета сельсин-датчика (СД) на забое и сельсин-приемника (СП) на дневной поверхности устанавливают в направлении N северного магнитного меридиана. Затем с дневной поверхности осуществляют ориентирование электромагнитным полем основного чувствительного элемента на магнитный репер 4. Электромагнитное поле, на- правление которого совпадает с направлением N северного магнитного меридиана, создают подачей напряжения с дневной поверхности на соленоид 13, которьш размещен на стрелке 6 основного чувствительного элемента. Под действием возникающего при этом момента вращения стрелка 6 поворачивается на магнитный репер 4 в направлении Ь, а за счет синхронной связи чувствительных элементов до- полнительньш чувствительный элемент также изменит свое положение (стрелка 7 укажет направление Ь). По изменению положению дополнительного чувствительного элемента относительно зафиксированного в направлении N северного магнитного меридиана определяют по шкале 12 азимутальное направление отклонителя.

При необходимости установки отклонителя в проектный азимут колонну бурильных труб медленно поворачивают до тех пор, пока стрелка 7 дополнительного чувствительного элемен та не укажет заданный азимут, что наблюдают по шкале 12.

Устройство для осуществления способа (сМ; фиг, 2) состоит из забойного прибора, установленного в диа- магнитном корпусе 14, основного чувствительного элемента 2 забойного прибора с немагнитной стрелкой 6 и дополнительного чувствительного элемента 5, установленного на дневной поверхности. Основной и дополнитель- ньй чувствительные элементы выполнены в виде датчиков электромашинного типа - сельсин-датчика (СД) и сельсин-приемника (СП) , синхронно свя - занных между собой. Устройство включает также два диамагнитных шара - контрольньй шар А и рабочий шар В,

которые выполнены полыми и расположены друг над другом соосно в диамагнитном корпусе 14 на диамагнитных опорах 15 и 16 с возможностью вращения и самоориентирования в направлении действия силы тяжести. Шары А и Б сохраняют устойчивость свое- I o положения при любых допустимых уг- Jiax наклона корпуса 14 прибора, а также при его вращении. В состав устройства входят также три соленоида, управляемые с дневной поверхности, два из которых имеют сердечники. Первый соленоид 17 укреплен соосно в корпусе 14 над контрольным шаром А и имеет сердечник 18, который подпружинен относительно контрольного шара А. Второй соленоид 19 жестко закреплен внутри контрольного шара А и имеет сердечник 20, который подпружинен относительно рабочего шара В. Подпружиненные сердечники обеспечивают коррекцию и фиксацию положения шаров во взаимосвязи. Третий соленоид 13 (см. фиг. 3) размещен на немагнитной стрелке 6 основного чувствительного элемента 2. Стрелка 6 установлена на оси 8 на роторе 21 сельсин-датчика (СД), статор 22 которого жестко закреплен внутри диамагнитного стакана 23, которьй размещен с возможностью вращения внутри рабочего шара В на оси 8, установленной под углом d не менее 5 к оси 9 симметрии прибора в направлении, противоположном направлению N северного магнитного меридиана с образованием эксцентриситета в этом направлении. С целью усиления эксцентриситета на статоре 22 укреплен груз 10, а на стрелке 6 груз 11.

Ротор 24 сельсин-приемника (см. фиг, 2) имеет указатель в виде стрелки 7, а статор оснащен кольцевой, градуированной относительно сторон света, шкалой 12. Для более четкой коррекции ориентированного положения в верхней части шара В имеется сферическая площадка 25, площадь которой равна площади упорной поверхности сердечника 20.

Прибор, установленньй в диамагнитном корпусе 14, заливается трансформаторным маслом, а сельсин-датчик связан с сельсин-приемником проводным каналом.

Устройство работает следующим образом.

5135

Настраивают устройство на поверхности на горизонтальной плоскости в согласованном режиме с сельсин-приемником так чтобы стрелки 6 и 7 сельсин-датчика и сельсин-приемника показывали направление N северного магнитного меридиана (см. фиг. 2).

Затем включают соленоиды 17 и 19. которые, притянув сердечники 18 и 20, освобождают шары А и В от фиксации и устройство на кабеле спускают в колонну бурильных труб в область отклонителя с искусственным магнитным репером (меткой) по линии искрив- 15 пер отклонителя, врахцая синхронно

ления и вьщерживают некоторое время для успокоения и самоориентирования шаров.

В вертикальном стволе скважины, и даже в области допускаемых отклонений, независимо от положения корпуса 14 шары А и В самоориентируются по направлению действия силы тяжести, т.е. по вертикали. Однако вследствие наличия эксцентриситета внутри шара В ось центра тяжести его несколько сместится от вертикали. При этом на поверхности по показаниям стрелки 7 по градуированной шкале 12 сельсин- приемника наблюдают колебания стрелки 6 сельсин-датчика.

По прошествии времени успокоения сигналом из поверхности по кабелю отключают соленоид 17 и сердечник 18 фиксирует самооринетированное положение шара А в шаровой опоре 15. При фиксированном положении шара А плоскость сердечника 20 занимает строго горазонтальное положение относительно направления действия силы тяжести.

Затем сигналом из поверхности арретируют основной чувствительный элемент, отключив соленоид 19, при этом упорная поверхность сердечника

на поверхности стрсглку 7 ротора се син-приемника (см, фиг. 1), которая на градуированной шкале 12 пок жет азимут отклонителя относительн

20 искусственной точки отсчета, котор показывает направле ние N северного магнитного меридиана.

При этом, в несоответств положения от клонит ;ля проектному а

25 муту колонну бурил1)Ных труб вращаю и, наблюдая за двиясением стрелки 7 по шкале 12, устангшливают ее в то проектного азимута.

30 Благодаря тому что в предложенном способе оба чуЕствительных элем та устройства принудительно ориенти руют на дневной поверхности в напра лении северного магнитного меридиа

2g и устанавливают их з такое же полож ние при размещении прибора на забо т.е. создают искусственную точку о счета азимута, исключается искажени влияния магнитных масс б грильных тр

40 при ориентировании, что повьшает т ность установки отклонителя в проек ньш азимут.

Ориентирование основного чувств

20, войдя в сферическую площадку 25 45 тельного элемента (его немагнитной

стрелки) на магнитный репер искусс венно созданным электромагнитным п лем позволяет отказаться от измере азимута при ориентировании естественным магнитным пслем . что расширяет диапазон применения спос ба и устройства на условия Северны и Южных широт и вблизи магнитных п люсов Земли, где определение азиму gg при ориентировании магнитной стрел ки естественньм магнитным полем Зе ли малоэффективно, так как в этих широтах магнитные силовые линии пр ходят вертикально.

шара В, приводит его в такое же положение, в каком находится шар А, т.е. в положение, при котором его ось вращения и сила тяжести шара В направлены строго по вертикали, обеспечивая при этом горизонтальную плоскость нижней опоры 16 корпуса 14 с сельсин-датчиком 2.

Таким образом на забое для устройства создаются идентичные условия, которые были у него на поверхности при настройке и согласовании забойного сельсин-дитчика с наземным сельсин-приемником .

На поверхности сельсР1н-приемник, работая в согласованном режиме с забойным сельсин-датчиком, фиксирует на шкале 12 искусегвенную точку отсчета в направлении N северного магнитного меридиана.

После этого сигналом из поверхности включают соленоид 13 на стрелке 6 сельсин-датчика на забое. Так как направление электромагнитного поля соленоида совпадает с направлением северного магнитного мериодиана, то стрелка притянется на магнитный рена поверхности стрсглку 7 ротора сельсин-приемника (см, фиг. 1), которая на градуированной шкале 12 покажет азимут отклонителя относительно

искусственной точки отсчета, которая показывает направле ние N северного магнитного меридиана.

При этом, в несоответствия положения от клонит ;ля проектному азимуту колонну бурил1)Ных труб вращают и, наблюдая за двиясением стрелки 7 по шкале 12, устангшливают ее в точку проектного азимута.

Благодаря тому что в предложенном способе оба чуЕствительных элемента устройства принудительно ориентируют на дневной поверхности в направлении северного магнитного меридиана

и устанавливают их з такое же положение при размещении прибора на забое, т.е. создают искусственную точку отсчета азимута, исключается искажение влияния магнитных масс б грильных труб

при ориентировании, что повьшает точность установки отклонителя в проект- ньш азимут.

Ориентирование основного чувстви45 тельного элемента (его немагнитной

50

стрелки) на магнитный репер искусственно созданным электромагнитным полем позволяет отказаться от измерени азимута при ориентировании естественным магнитным пслем . что расширяет диапазон применения способа и устройства на условия Северных и Южных широт и вблизи магнитных полюсов Земли, где определение азимута gg при ориентировании магнитной стрелки естественньм магнитным полем Земли малоэффективно, так как в этих широтах магнитные силовые линии проходят вертикально.

Формула изобретения

1, Способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, при котором опускают на забой скважины внутри бурильной колонны забойный прибор с основным чувствительным элементом, ориентируют чувствительный элемент на магнит- ньш репер, установленный в плоскости действия отклонителя, и осзпцествляют поворот бурильной колонны в проект- ньй азимут, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности ориентирования и расширения диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориентирования в условиях Северных и Южных широт и вблизи магнитных полюсов Земли, устанавливают на дневной поверхности дополнительный чувствитель ньй элемент и обеспечивают его синхронную связь с основным чувстви- тельн ым элементом, ориентируют на дневной поверхности оба чувствительных элемента в направлении северного магнитного меридиана и одновременно фиксируют их положения, опускают при бор на забой скважины, обсаженной стальными трубами, и арретируют основной чувствительный элемент, при этом его положение корректриуют в соответствии с зафиксированным в направлении северного магнитного меридиана с возможностью визуального наблюдения по изменению положения дополнительного чувствительного элемента, осуществляют с дневной поверхности ориентирование основного чувствительного элемента на магнитный репер электромагнитным полем, направление которого совпадает с направлением северного магнитного меридиана, а азимутальное направление отклонителя определяют по изменению положения дополнительного чувствительного эле мента относительно зафиксированного в направлении северного магнитного меридиана.

2. Устройство забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, содержащее установ-

0

5

0

5

Q

5

0

5

0

ленный в диамагнитном корпусе забойный прибор с соновным чувствительным элементом и стрелкой, ориентируемой на магнитньй репер, установленньй в кривом переводнике в направлении действия отклонителя, отличаю - щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительным чувствительным элементом, установленным на дневной поверхности с возможностью синхронной связи с основным чувствительным элементом, тремя соленоидами, два из которых имеют сердечники, цилиндрическим диамагнитным стаканом с эксцентричным грузом, рабочим и контрольным диамагнитными шарами, которые выполнены полыми и расположены друг над другом соосно в корпусе на дополнительных опорах с возможностью вращения и самоориентирования, в направлении действия силы тяжести, а основной и дополнительный чувствительные элементы выполнены в виде датчиков электромашинного типа и имеют статор и ротор, при этом диамагнитный стакан размещен с возможностью вращения внутри рабочего шара на оси, которая установлена под углом к оси симметрии прибора в направлении, противоположном направлению магнитного меридиана, статор основного чувствительного элемента жестко закреплен внутри диамагнитного стакана, первый соленоид укреплен соосно в корпусе над контрольным шаром, второй соленоид жестко закреплен внутри контрольного шара, а третий соленоид размещен на стрелке основного чувствительного элемента, причем сердечник первого соле ноида подпружинен относительно контрольного шара, а сердечник второго соленоида подпружинен относительно рабочего шара.

3. Устройство по п. чающееся тем, электромашинного типа выполнены в виде сельсин-датчика и сельсин-приемника, при этом стрелка основного чувствительного элемента установлена на роторе сельсин-датчика, ротор сельсин-приемника имеет указатель в виде стрелки, а его статор оснащен кольцевой шкалой, которая градуирована относительно сторон света.

2, о т л и - что датчики

IS

20

25

Редактор С.Патрушева

(рие.З

Составитель А.Цветков Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

Заказ 5976/30 Тираж 533Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение относится к области наклонного бурения нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повьшение точности ориентирования и распшрение диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориентирования в условиях Северных и Южных широт и вблизи магнитных полю 7 18 S (/ С гг ю