Сигнализатор допустимого искривления ствола скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно к устройствам для сигнализации допустимого искривления ствола скважины в процессе бурения.

Известен преобразователь зенитного угла, содержащий датчик угла, включающий кольцевую полость, на внутренних стенках которой установлены электроды, заполненную двумя несмешивающимися жидкостями, одна из которых электропроводящая, а другая - диэлектрик, и измерительную электронную схему, причем каждый электрод выполнен в виде витка с выводом, все.электроды уложены виток к витку и электрически связаны только через электропроводящую жидкость.

Недостатками данного устройства являются невозможность его использования непосредственно в процессе бурения, так как,

во-первых, для передачи информации от забойного устройства на поверхность требуется применение кабеля связи, во-вторых, действующие вибрации будут разрушать границу между электропроводящей и диэлектрической жидкостями, что приведет к значительному снижению точности измерения, а также большая сложность или невозможность использования устройства при высоких температурах (свыше 200°С) ввиду наличия в схеме электронных компонентов, неспособных работать при таких температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для определения кривизны ствола скважины, содержащее корпус, заполненный жидкостью, подпружиненный прижимной элемент, сферу, на которой расположен шарик,

VI

CJ

ю о

ю

транспортируемый гидротолкатель с радиальными каналами на боковой поверхности, внутри которого установлен шток с лорщ- нем, зафиксированным срезным тарированным элементом, Работа данного устройства заключается в том, что для проведения измерения в бурильные трубы опу- скается гидротолкатель, который транспортируется потоком бурового раствора к забою. При посадке гидротолкателя в забойное устройство происходит его срабатывание и шарик, прижимаемый к сфере, оставляет на ней отметку (вмятину), по расположению которой судят о величине зенитного угла скважины.

Недостатком данного устройства является отсутствие оперативной информации о предельном искривлении ствола скважины в процессе бурения, так как считывание показаний производится только после подъема бурильной колонны и разборки прибора, в при продолжительных рейсах и изменениях геологических условий возможен резкий набор кривизны и превышение предельно допустимого искривления.

Целью изобретения является получение оперативной информации о предельном значении зенитного искривления ствола на забое скважины в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что сигнализатор допустимого искривления ствола, содержащий корпус, заполненный жидкостью, с размещенным в нем полусферой и шариком на ней, шток и поршень, снабжен контейнером с перегородками, в которых выполнены отверстия для прохода промывочной жидкости, седлом, установленным в одном из отверстий, корпус размещен в контейнере, шток выполнен с затвором для перекрытия седла и жестко соединен с поршнем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком, при этом поршень имеет цилиндрический выступ с диаметром, соответствующим допустимому искривлению ствола скважины.

Получение оперативной информации о допустимом значении искривления ствола скважины в процессе бурения обеспечивается за счет перекрытия затвором отверстия в седле и создания дополнительного перепада давления на устройстве, передаваемого на поверхность по гидравлическому каналу связи, причем гтерекрытие отверстия в седле осуществляется при условии, когда центр шара расположен от оси прибора на расстоянии большем, чем радиус цилиндрического выступа. Такое положение шара соответствует допустимому значению искривления ствола скаа- жины.

Получение информации о допустимом значении искривления ствола скважины производится при очередной остановке и последующем запуске буровых насосов.

На чертеже представлен предлагаемый

сигнализатор допустимого искривления ствола скважины.

Сигнализатор содержит корпус 1, установленный в контейнере 2, полусферу 3, на

которой расположен стальной шар 4, поршень 5, имеющий в нижней части цилиндрический выступ и жестки соединенный штоком 6 с затвором 7, перегородки 8 и 9, в которых выполнены промывочные отверстия А и Б для прохода бурового раствора и установлено седло 10, возвратную пружину 11. Полость корпуса заполняется рабочей жидкостью и изолируется от внешней среды уплотнительными элементами 12 и 13. Контейнер 2 является элементом компоновки низа бурильной колонны (КНБК), присоединяется к ней с помощью стандартных замковых резьб и устанавливается непосредственно над долотом.

Сигнализатор работает следующим образом.

При отсутствии потока бурового раствора поршень 5 под действием предварительно сжатой пружины 11 будет находиться в

крайнем верхнем положении, при этом шар 4, будучи свободным, под действием силы тяжести займет на полусфере 3 положение, соответствующее углу наклона прибора (зе- нитному углу искривления скважины), Отклонение г шара 4 от оси прибора будет определяться величиной зенитного угла а и радиусом R полусферы 3 согласно выражению

40

г R -shia

(1).

При наличии потока бурового раствора на отверстиях А образуется перепад давления А РА, действующий через отверстие

В на поршень 5, который, преодолевая усилие сжатия пружины 11, опустится вниз. Если при этом шар 4 будет находиться в положении (фиг.1) когда соблюдается условие

r D/2,(2)

где D - диаметр цилиндрического выступа поршня 5, последний дойдет до упора в шар и зафиксирует его на полусфере 3, а затвор 7 останется в верхнем положении и не перекроет проходное отверстие в седле 10.

Если же шар 4 окажется в положении, когда

r D/2,

поршень 5 будет иметь возможность опуститься в крайнее нижнее положение, при котором затвор 7 дойдет по упора в седло 10 и перекроет проход бурового раствора. При этом весь поток раствора направится в отверстия Б. В этом положении шар 4 будет свободно находиться в кольцевом пространстве между поршнем 5 и полусферой 3, для чего высота цилиндрического выступа поршня 5 выбирается большей, чем диаметр шара.

Так как суммарная площадь отверстий Б выбрана существенно меньшей, чем пло- щадь отверстия в седле 10, при закрытии последнего затвором 7 резко возрастает давление, которое немедленно приведет к росту давления на поверхности (на выкиде буровых насосов). Это явится сигналом того, что зенитный угол превысил предельную заданную величину.

Величина предельного угла искривления скважины определяется диаметром D цилиндрического выступа поршня 5 и ра- диусом R полусферы 3 согласно зависимо- стям (1) и (3). Суммарные площади отверстий А и Б выбираются исходя из обеспечения перепадов давления, например, на уровнях А Рд « 0,2...0,3 МПа и А РБ« 3,0...4,0 МПа при расходах бурового раствора 14 л/с и ОБ-32-35 л/с, а площадь Sn (поршня 5 и усилие F сжатия пружины 11 при крайнем нижнем положении поршня выбираются из условия

F Sn A PA

(4)

Следует отметить, что силовые характеристики пружины и необходимый пере- пад давления ДРд на отверстиях А подбираются исходя из указанных условий, чтобы обеспечить срабатывание сигнализатора при пониженном (в сравнении с рабочим) расходе бурового раствора (на- пример, при 12...14 л/с), когда вал забойного двигателя гарантированно не

10

15 20 25 30

35

4045 подвижен и не создаются помехи для работы устройства.

Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает автоматическую сигнализацию о предельном искривлении скважины путем либо заранее запланированных, либо штатных отключений и включений буровых насосов. Она является чрезвычайно простой и надежной в работе, позволяет не допускать отклонения скважины от вертикали за пределы заданных значений зенитного угла.

Предлагаемое устройство позволит повысить эффективность проводки глубоких и сверхглубоких скважин за счет оперативного получения информации о недопустимых искривлениях ствола. Дело в том, что отсутствие такой информации на практике приводит к незначительным искривлениям ствола скважины даже в процессе одного долбления, что вызывает необходимость перебуривания интервалов ствола относительно большой протяженности (150 - 200 м), причем перебуривание таких интервалов производится несколькими рейсами (5 - 6) и затрачиваются на них значительное время и материальные ресурсы.

Формула изобретения Сигнализатор допустимого искривления ствола скважины, содержащий корпус, заполненный жидкостью, с размещенными в нем полусферой и шариком на ней, шток и поршень, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности работы, он снабжен контейнером с перегородками, в которых выполнены отверстия для прохода промывочной жидкости, седлом, установленным в одном из отверстий, корпус размещен в контейнере, шток выполнен с затвором для перекрытия седла и жестко соединен с поршнем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком, при этом поршень имеет цилиндрический выступ с диаметром, соответствующим допустимому искривлению ствола скважины.

8

г

Использование: техника бурения нефтяных, газовых, геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: сигнализатор содержит корпус, установленный в контейнере, полусферу, на которой расположен стальной шар, поршень, имеющий в нижней части цилиндрический выступ и жестко соединенный штоком с затвором, перегородки, в которых выполнены промывочные отверстия для прохода бурового раствора и установлено седло, возвратную пружину. Диаметр цилиндрического выступа поршня соответствует допустимому искривлению ствола скважины. Полость корпуса заполняется рабочей жидкостью и изолируется от внешней среды уплотнительными элементами. Полость корпуса над поршнем сообщается с внешней средой посредством отверстия в корпусе. Контейнер является элементом компоновки низа бурильной колонны и присоединяется к ней с помощью стандартных замковых резьб. 1 ил.