Способ контроля направления искривления ствола скважины в процессе бурения и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК E21B47/02 

4i

;D

OP

ГЧ)

10

Изобретение относится к бурению, в астности к способам и устройствсШ по онтролю за направлением искривления CTBOJta скважины.

Цель изобретения повышение точности определения направления искривения ствола скважины.

На фиг.1 изобразкена схема устройства, реализующего предлагаемый способ контроля; на фиг.2 - схема механизма действия отклоняющей силы на характер работы долота на забое; на фиг.З - траектория колебаний бурильной колонны; на фиг.4 - годограф век-jc тора ускорения колебаний бурильной колонны; на фиг. 5 - годограф вектора скорости этих колебаний.

Способ основан на том, что при бурении долото является излучателем по- 20 перечных волн, распространяющихся в бурильной колонне. При наличии отклоняющей силы нарушается осевая симметрия излучателя. Дри этом изменение величины и направления параметров, -25 характеризующих изменение вектора смещения поперечных колебаний, связано с направлением действия отклоняюБ1(ей силы.

При искривлении ствола скважины ЗО на долото действует отклоняющая сила, направление действия которой совпадает с осью У (фиг.2). В результате вра- щения долота и взаимодействия его с забоем на него действует переменный вращающий момент, вследствие чего долото перекатывается по стенке скважины около точки С по дуге d - е. Тогда продольная ось долота Q перемещается

35

.

вокруг оси скважины О по дуге а - в. Амплитуды этих перемещений не постоянны, поэтому а, в, d, е (фиг.2) -не фиксированы. Следовательно, среди п.о- перечных колебаний оси долота вьщаля- ются колебания по дуге а - в. Поперечные колебания долота, не изменяя свое го направления, передаются на устье скважины по бурильной колонне, поэтому на устье скважины присутствуют колебания бурильной колонны, вызванные перемещением долота по дуге а - в. Траектория этих колебаний приведена на фиг.З. Эта траектория является годографом вектора смещения поперечных колебаний продольной оси бурильной колонны. .Форма годографа и направле- ние его построения отражают характер изменения вектора смещения по величи- не и направлению. Этот годограф направ10

jc

20 25 ЗО

35

40

50 55 - лен выпуклостью в направлении действия отклоняющей силы.

Годограф вектора ускорения этих колебаний имеет форму, изображенную на фиг .,4. Он расположен выпуклостью в направлении, противоположном направлению действия отлоняющей силы. ,

Годограф вектора скорости этих же колебаний имеет форму, показанную на фиг.З. Направление построения.этого годографа На крайних участках его пересечения с осью X, обозначенное стрелками тип, противоположно направлению действия отклоняющейся силы.

Формы и (или) направления построения векторов смещения, скорости и ускорения поперечных колебаний буриль- ной колонны, т.е.характер их изменения по величине и направлению, однозначно определяют направление действия отклоняющей силы,

В развитие способа по прототипу дополнительно определяют изменение величины и направления регистрируемого параметра (смещения, скорости или ускорения), колебаний бурильной колонны в плоскости ее поперечного сечения в течение одного периода и по ним судят о направлении искривления ствола скважины.

Способ реализуют следующим образом.

Определяют положение плоскости, в которой происходит искривление ствола скважины, затем строят годограф регистрируемого параметра с регистрацией направления построения годографа. По характеру изменения величины и направления регистрируемого вектора, т.е. по. форме и направленикз построения его годографа,;определяют азимут, лежащий в плоскости искривления ствола скважины .

Способ реализуют с помощью устройства, изображаемог о на фиг.1.

Устройство состоит из устанавливаемых в плоскости поперечного сечения бурильной колонны 1 датчиков 2 и 3 поперечных колебаний направленного действия с помощью специальной рамки 4, полосовых.усилителей 5 и 6 накопительно-суммирующего запоминающего блока 7, дополнительных полосовых усилителей 8 и 9, реле 10 времени с коммутирующими цепями и быстродействующим графопостроителем 11, регистрирующим направление построения графика. При этом выходы датчиков 2 и 3 по51514919

перечных колебаний бурильной колонны Практически устройство реализует.подключены через дополнительные поло-ся следующим образом, совые усилители 8 и 9 и коммутирующие В качестве датчиков 2 и 3 испольцепи реле 10 времени к входам быстро-,зуют, например, датчики ускорений,

действующего графопостроителя 11.акселерометры типа ИС-598А. В качестУстройство работает следующим об-ве усилителей 8 и 9 используют усилиразом.тели, например, типа ИС-1269, снабПредварительно находится положениеженные узкополосными фильтрами. Реле вертик;альной плоскости Y, в которой д времени выбирают с регулируемым време- распространяется выделенная поляризо-нем коммутации цепей от 0,05 до ванная волна. В этом направлении уста-0,15 с, с электромагнитнЕхМ реле в ка- навливается датчик 2, а датчик 3 ус-честве коммутирующего элемента. В ка- танавливается в перпендикулярном нап-честве быстродействующего графопост- равлении. В зависимости от принципа J5 роителя используют, например, запоми- дейСтвия датчиков 2 и 3 они преобра-нающий осциллограф типа С8-13. С уси- зуют один из параметров поперечныхлителя 8 сигнал подается на вертикаль- колебаний (смещение, скорость или ус-но-отклоняющие пластины злектронно- корение) в электрический сигнал, про- ,лучевой трубки осциллографа, а с уси- порциональный величине регистрируемо- 20 лителя 9 - на горизонтацьно-отклоняю- го параметра. Так как датчики 2 и 3щие пластины. Для определения направ- являются датчиками направленного дей-ления построения годографа яркость ствия, то они разделяют регистрируе-луча электронно-лучевой трубки моду- №)1й параметр на две взаимно перпен-лируют пилообразным напряжением, дикулярные составляющие. Сигнал с дат-25 снимаемым с генератора, входящего в чика 2 поступает на вход полосовогосостав осциллографа. Вследствие это- усилителя 8, настроенного на частотуго электронный луч на экране элект- вьщеленной поляризованной составляю-ронно-лучевой трубки осциллографа щей, ас датчика 3 - на вход усилителясоставляет пунктирный след, при этом 9. Каждый усилитель вьщеляет и.усили- толщина каждого штриха убывает составляющую регистрируемого па-вает в направлении построения фигуры раметра колебаний в определенной по-на экране.

лосе частот. Реле 10 време ни подключа- Предлагаемое устройство позволяет ет выходы усилителей 8 и 9 к входамопределить изменение величины и нап- быстродействующего графопостроителяравления регистрируемого параметра и 11 на время от 2 до 6 периодов регист-по характеру этих изменений однозн-ач- рируемых колебаний. Ограничение вре-но судить об азимуте искривления мени коммутации необходимо для того,ствола скважины, чтобы многократно повторяющиеся фигуры, строяпщеся графопостроителем 11, .д.Формула изображения не затемняли друг друга. Графопостроитель 11 геометрически складывает ре- 1. Способ контроля направления гистрируемые составляющие и строитискривления ствола скважины в процес- годограф векторной суммы этих состав-се бурения по авт.св. № 1052653, о т - ляюпщх. В зависимости от принципаличающийся тем, что, с це- действия датчиков 2 и 3, т.е. в зави-лью повьшения тЬчности определения симости от регистрируемого параметра,направления искривления ствола сква- графопостроитель строит годограф сжины, дополнительно определяют изме- соответствующей формой и направлениемнение величины и направления регистри- построения. Направление построения , руемого параметра колебаний бурильной также регистрируется. Среди построен-колонны в плоскости ее поперечного ных фигур выбирается участок, соот-сечения в течение одного периода и по ветствующий одному периоду регистри-ним судят о направлении искривления руемых колебаний, и по форме и нап-ствола скважины.

равлению его построения приблизитель- 2. Устройство для контроля направно определяется азимут искривленияления искривления ствола скважины в

ствола скважины. Точное значение ази-процессе бурения по .авт.св.№ 1052653,

мута определяет положение вертикальнойотлич. ающееся тем, что, с

плоскости.целью повышения точности определения

направления искривления ствола скважины, оно снабжено двумя дополнительными полосовыми усилителями, реле времени с коммутирующими цепями и графопостроителем, при этом выходы

датчиков поперечных колебаний бурильной колонны подключены через дополнительные полосовые усилители и коммутационные цепи реле времени к входам графопостроителя.

Изобретение относится к бурению. Цель изобретения - повышение точности определения направления искривления ствола скважины. Сигналы от установленных в плоскости поперечного сечения бурильной колонны 1 датчиков 2 и 3 поперечных колебаний направленного действия с помощью специальной рамки 4 передают через полосовые усилители 5 и 6 на входы накопительно-суммирующего запоминающего блока 7 и по его показаниям определяют положение плоскости, в которой происходит искривление ствола скважины. Одновременно выходы датчиков 2 и 3 подключают через дополнительные полосовые усилители 8 и 9 и коммутирующие цепи реле времени 10 к входам графопостроителя 11. Посредством последнего определяют изменение величины и направления регистрируемых параметров колебания (смещение, скорость или ускорение) бурильной колонны в плоскости ее поперечного сечения в течение одного периода и по ним судят о направлении искривления ствола скважины. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

фигЪ

сриг4

фиг 2.

(рие.5