Устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B47/02 

Изобретёние относится к бурению наклонно-направленных скважин турбинным способом в нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам регистрации углов пространственного положения отклоняющей компоновки в скважине непосредственно в процессе бурения.

Контроль параметров траектории наклонно-направленных скважин, бурящихся Турбинным способом, осуществляется с помощью различных видов инклинометров. Для осуществления контроля бурят определенный интервал, останавливают процесс

бурения и спускакзт инклинометр на каротажном кабеле в бурильный инструмент для проведений контрольных замеров, затем поднимают бурильный инструмент и снова спускают инклинометр для проведения из- мерений в открытом стволе..

Недостатками указанного процесса с использованием инклинометров являются: дополнительные затраты бремени на проведение инклинометрических измерений (до 10% от общего календарного времени бурения скважины); опасность прихвата бурильного инструмента при проведении контрольных замеров в бурильных трубах и

СА

СО

инклинометра- при спуске вслкрыгомство ле; отсутствие непрерывного контроля за траекторией скважины в процессе бурения

Известно устройство для измерения зенитного угла скважины, которое состоит из отвеса, снабженного грузом с острым наконеиником, шарнирно подвешенного в верхней части герметизированного наполненного жидкостью корпуса, узлз фиксации отвеса, состоящего из поршня, подвижного в осевом направлении с проточками, пластиной и центробежным механизмом,, гидравлического реле, выполненного в виде многошайбового дросселя инерционного типа, который размещен в поршне Для облегчения снятия показаний в верхней части корпуса выполнена кольцевая шкала из немагнитного материала и имеется ферромагнитный указатель зенитного угла.

Указанное устройство предназначено для измерения зенитного угла и даетинфор- мзцию только об угле отклонения скважины от вертикали, тем самым снижая эффективность его использования. Кроме того, устройство обладает большим количеством промежуточных элементов, что делает процесс регистрации параметра недостаточно надежным

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ориентирования отклонителя, которое включает в себя поворотную рамку с эксцентричным грузом, ось вращения которой совпадает с продольной осью прибора, два датчика азимута, жестко связанные между собой, выполненные в виде электромагнитной буссоли. В поворотной рамке установлен датчик зенитного угла, плоскость реохорда которого совпадает с главной плоскостью рамки Датчики азимута размещены внутри рамки на осях, которые лежат в одной продольной плоскости, проходящей через ось прибора и центр тяжести эксцентричного груза. Прибор, размещенный в диамагнитной трубе, спускают на кабеле к отклонителю по колонне бурильных труб до посадки его на упорное кольцо, установленное в спецпереводнике с магнитом и экраном, сориентированных по отношению плоскости действия отклонителя.

Прибор позволяет на поверхности по разности показаний датчиков азимута определять азимутальное направление отклонителя в скважине, а по показаниям датчика зенитного угла - зенитный угол ствола скважины, и в случае необходимости производить корректировку направления отклонителя с помощью колонны бурильных труб

Однако конструкция прибора не позво ляет производить измерение параметров непосредственно в процессе бурения и гем самым не учитывает угол закручивания бурильной колонны от реактивною момента забойного двигателя, что снижает точность производимых замеров. Отсутствие непрерывного контроля за траекторией скважины значительно снижает эффективность его

0 применения, а необходимость в дополнительных спускоподъемных операциях снижает производительность выполняемых работ, связанных с дополнительными трудозатратами.

5 Цель изобретения - повышение произ водительности и точности работы устройства.

Поставленная цель достигается за счет обеспечения устройством непрерывного

0 контроля за траекторией скважины путем регистрации положения отклонителя и зенитного угла непосредственно в процессе бурения и своевременной корректировки профиля скважины

5Устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины, установленное в колонне бурильных труб, представляет собой кинематически связанную систему, заключенную в герметичный

0 корпус, выполненный в виде двух гидравлически изолированных друг от друга и соединенных между собой обоймой верхней камеры регистрации и нижней рабочей камеры, заполненной жидкостью, содержит

5 пусковой узел, вал, установленный вдоль оси корпуса, на котором со стороны рабочей камеры расположены верхний и нижний поршень с шарикоподшипниковыми опорами, жестко соединенный с валом датчик по0 ложения отклонителя выполненный в виде эксцентричного груза и установленный между поршнями с возможностью полного проворота вокруг своей оси, а со стороны камеры регистрации установлен жестко со5 единенный с валом датчик зенитного угла скважины .и механизм регистрации углов, причем датчик зенитного угла содержит рамку, валик с отвесами, выполняющими функции чувствительного

0 элемента датчика зенитного угла, размещенный в поперечном направлении на рамке, которая укреплена на валу таким образом, что плоскость, условно проходящая через ось вала и ось валика датчика

5 зенитного угла, перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вала и направление центра тяжести эксцентричного груза, внутри рамки размещена коническая зубчатая пара, состоящая из колеса, жестко укрепленного на валике и вала-шестерни.

установленного в направляющей а механизм регистрации выполнен в виде цилиндра из прозрачного материала установленного в незаполненной жидкостью части корпуса пишущего элемента датчика зенитного угла закрепленного на выходном конце вала-шестерни датчика зенитного угла и пишущего элемента угла положения отклонителя закрепленного на направляющей датчика зенитного угла, кроме того, вал снабжен узлом стопоренйя. верхний поршень содержит проточные каналы, а в нижне- поршне установлены дроссель и обратный клапан

На фиг 1 изображено размещение устройства в компоновке бурильного инструмента; на фиг 2 - устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины, общий вид, на фиг 3 - вид А на фиг 2 с изображением датчика зенитного угла и пишущих элементов

Устройство 1 (фиг 1) размещено в переводнике 2 посредством верхней опоры 3 и нижней опоры 4, имеющих каналы 5 для протока промывочной жидкости В верхней части прибора имеется метка 6 нуль прибора, служащая для предварительногоориен- тирования прибора по отношению к плоскости действия отклонителя Переводник 2 устанавливают в бурильной колонне непосредственно над турбобуром-отклони- телем (не показано)

Устройство 1 регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины (фиг. 2) состоит из двух камер верхней камеры 7 регистрации углов и нижней камеры 8, заполненной рабочей жидкостью (например, глицерином или техническим маслом). Обе камеры заключены соответственно в металлических герметичных корпусах 9 и 10, соединенных между собой при помощи обоймы 11. Кроме того, камеры 7 и 8 гидравлически изолированы друг от друга манжетным уплотнением 12 предотвращающим переток рабочей жидкости в камеру 7 регистрации из рабочей камеры 8 Вдоль оси устройства 1 через рабочую и регистрационную камеры проходит вал 13. на котором со стороны рабочей камеры 8 закреплены верхний поршень 14 и нижний поршень 15 посредством шарикоподшипниковых опор 16 и 17. Между поршнями 14 и 15 на валу 13 жестко закреплен чувствительный элемент датчика положения отклонителя, выполненный в виде эксцентричного груза 18. Система поршней 14 и 15, связанных с валом 13, предназначена для плавного регулируемого перемещения сверху вниз вала 13с установленными на нем элементами и одновременно является его подвижным центратором.

Скорость продольного перемещения вала 13 с элементами задается величиной гидравлического сопротивления дроссели 19 установленного в нижнем поршне 15. на 5 котором также установлен обратный клапан 20, служащий для ускоренного возврата вала в исходное положение вверх для настройки на началь ный цикл регистрации В верхнем поршне 14 предусмотрены проточ0 ные отверстия 21 для свободного перетока рабочей жидкости

Со стороны регистрационной камеры 7 на валу 13 установлен датчик 22 зенитного угла (фиг 3). Датчик зенитного угла содер5 жит рамку 23 с направляющей 24 В поперечном направлении на рамке 23 размещен валик 25 с установленными на его концах отвесами 26, выполняющими функции чувствительного элемента датчика зенитного

0 угла. При этом рамка 23 укреплена на валу 13 таким образом, что плоскость, условно проходящая через ось вала 13 и ось валика 25, перпендикулярна плоскости, условно проходящей через ось вала 13 и направле5 ние центра тяжести эксцентричного груза 18 Внутри рамки 23 размещена зубчатая пара, причем её колёсо 27 жестко укреплено на валике 25, а вал-шестерня 28 установлен в направляющей 24. На выходном конце ва0 ла-шестерни 28 закреплен пишущий элемент 29 датчика 22 зенитного угла, а на определенном расстоянии, ниже в той же плоскости, к направляющей 24 прикреплен пишущий элемент 30 угла положения откло5 нителя Конструктивно пишущие элементы 29 и 30 выполнены в виде держателей с подпружиниванием сухих разноцветных грифельных стержней. Для фиксации величины зенитного угла скважины, с учетом ре0 дукции конической пары, а также угла положения отклонителя внутри камеры 7 регистрации углов соосно валу 13 установлен цилиндр 31 из прозрачного материала, например органического стекла. Для удобства

5 расшифровки кривых на внутренней стенке цилиндра 31, полученных в результате фиксации углов пишущими элементами, на его наружной поверхности нанесена масштабная угловая сетка.

0Настройка времени свободного перемещения пишущих элементов 29 и 30 по цилиндру 31 задается величиной гидравлического сопротивления дросселя 19, регулирующего переток жидкости и

5 обусловливающего скорость продольного перемещения вала 13 с элементами 29 и 30. Для предотвращения самопроизвольного проворота вала 13, а следовательно, и хаотического движения пишущих элементов в процессе спуска устройства в скважину устройство снабжено узлом стопорения в виде жестко установленной на валу 13 вилки 32, охватывающей своим пазом штифт 33, укрепленный в торце головки 11.

В крыщке 34 корпуса 9 смонтирован пусковой узел устройства в виде лебедки 35, на барабане которой намотан тропик 36 с цанговым зажимом 37 на конце, соединенный с торцом выходного конца вала-шестерни 28 датчика 22 зенитного угла. Лебедка 35 снабжена шкивом 38, который имеет возможность вступать в фикционное сцепление с тормозом 39 при помощи пружины 40. На крышке 34 соосно тормозу 39 установлен гидровключатель 41.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно перед спуском бурильной колонны на забой непосредственно в устройстве 1 производят настройку узлов, а именно совмещают нуль масштабной угловой сетки, нанесенной на наружной части цилиндра 31, с отметкой 6 нуль прибора (фиг. 1), после чего путем проворота прибора в опорах 3 и 4 устанавливают метку 6 в плоскости действия отклонителя; настраивают гидровключатель 41 пускового узла с учетом гидростатического давления и давления нагнетания буровых насосов; устанавливают вал 13 с закрепленными на нем элементами в исходное верхнее положение, при этом штифт 33 узла стопорения фиксируют вилкой 32, установленной на валу, предотвращая тем самым самопроизвольный проворот вала с элементами в процессе спуска устройства в скважину; тросик 36 с цанговым зажимом 37 на конце находится в смотанном состоянии на лебедке 35 и заторможен тормозом 39; производят настройку времени свободного перемещения пишущих элементов 29 и 30 по цилиндру из оргстекла, подбирая соответствующую величину гидравлического сопротивления дросселя 19.

После настройки всех узлов производят спуск бурильной колонны на забой. Запуск прибора в работу осуществляется гидровключателем 41 от дополнительного перепада давления, получаемого включением в работу насосов. Гидровключатель 41, воздействуя через тормоз 39, растормаживает шкив 38 лебедки 35 пускового узла, в результате чего вал 13 с расположенными на нем элементами, соединенный с тросиком 36 посредством цангового зажима 37 и выходным концом вала-шестерни 28 датчика 22 зенитного угла, под действием силы тяжести перемещается вниз.

Перемещение происходит с замедлением вследствие дросселирования жидкости

через проточные отверстия 21, расположенные в нижнем поршне в зависимости от настройки времени величиной гидравлического сопротивления дросселя 19. При этом

штифт 33 узла стопорения, укрепленный в торце головки 11, выходит из зацепления с вилкой 32, в результате чего вал 13 приобретает возможность вращательного движения.

0 При наклоне к вертикали эксцентричный груз 18 ориентирует вал 13 в плоскости наклона, т.е. в апсидальной плоскости скважины, и передает движение через жестко связанный с ним вал- 3 на рамку 23.

5В результате замедленного перемещения системы эксцентричный груз 18 успевает занять положение в апсидальной плоскости, соответствующее углу положения отклонителя, а посредством направляю0 щей 24 пишущий элемент 30 зафиксирует это значение на внутренней стенке цилиндра 31.

Одновременно с регистрацией угла положения отклонителя при наклоне к верти5 кали отвесы 26 датчика 22 зенитного угла занимают положение, соответствующее углу наклона к вертикали. При этом отвесы 26, связанные посредством валика 25 с конической зубчатой парой, передадут движение

0 валу-шестерне 28, на выходном конце которого закреплен пишущий элемент 29 датчика зенитного угла, в результате чего на внутренней стенке цилиндра 31 будет зафиксировано значение зенитного угла.

5Учитывая, что рамка 23 укреплена на

валу 13 таким образом, что плоскость, проходящая через ось вала 13 и ось валика 25, перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вала 13 и направление центра

0 тяжести эксцентричного груза 18, отклонение скважины от вертикали будет воспринято обоими датчиками одновременно и синхронно зафиксировано пишущими элементами.

5Поскольку пишущий элемент 30 угла положения отклонителя расположен на определенном расстоянии (например, 10 мм) ниже пишущего элемента 29 датчика зенитного угла, кривые замеров углов будут сме0 щены на таком же расстоянии, что учитывается при интерпретации записи.

При прекращении работы насосов и отсутствии давления гидровключатель 41 выходит из зацепления с тормозом 39, что

5 вызывает торможение шкива 38 лебедки 35, движение вала13 прекращается, а вместе с ним - снятие показаний.

Для настройки прибора на начальный цикл работы необходимо снять крышку 34 пускового узла, поднять вал 13 с закрепленными на нем элементами обеспечивая переток жидкости в нижнюю часть камеры 8 посредством обратного клапана 20 Применение устройства регистрации угла положения отклонителя и зенитного угля скважины непосредственно в процессе бурения позволяет учитывать угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента забойного двигателя и вносить необходимую коррекцию. Регистрация зенитного угла скважины позволяет оперативно принимать решения по раннему исправлению возможных отступлений от заданной траектории ствола скважины

Косвенная оценка результатов, регистрации углов при наличии первоначальных данных азимута и зенитного угла ствола дает возможность прогнозировать текущее изменение азимутального угла как на определенных участках ствола, так и в конце рейса бурения, исходя из известной зависимости угла установки отклочителя

Повышение производительности и точности работ при использовании устройства позволяет достичь экономии только на одной буровой 3600 руб

Формула изобретения 1. Устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины, содержащее корпус с размещенными в нем эксцентричным грузом и датчиком зенитного угла, отличающееся гем, что, с целью повышения производительности и точности работы, оно снабжено расположенными в корпусе механизмом регистрации углов, пусковым узлом, установленным по оси корпуса с возможностью поворота

вокруг нее валом обоймой, разделяющей корпус на две изолированные друг от друга части, одна из которых заполнена жидкостью шарикоподшипниковыми опорами 5 дросселем обратным клапаном, двумя поршнями, установленными на валу посредством шарикоподшипниковых опор, в одном из поршней выполнены проточные отверстия, а в другом установлены дроссель и

0 обратный клапан, при этом датчик зенитного угла расположен в не заполненной жидкостью части корпуса и выполнен в виде рамки, направляющей, валика с отвесами, ось которого перпендйку лярна тэси вала, и

5 расположенной внутри рймки конической зубчатой пары, состоящей из зэкрепленно го на валике колеса и закрепленного на направляющей вала-шестерни, механизм регистрации углов расположен в не запол0 ненной жидкостью части корпуса и выполнен из установленного на внутренней поверхности корпуса ЦйЛйндра из прозрачного материала, закрепленного н выходном конце вала-шестерни пишущего

5 элемента датчика зеййтнбго угла и закрепленного на направляющей пишущего элемента угла положения отклонителя причем корпус выполнен герметичным, эксцентрич- ч ный груз расположен на валу между порш0 нями, а оси вала ивалйка лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости, условно проходящей через ось вала и направление центра тяжести эксцентричного груза

2. Устройство поп. 1,отличающее5 с я тем, что, с целью предотвращения самопроизвольного проворота вала в процессе спуска в скважину, оно снабжено узлом сто- порения

V 35

Я/./

40

39

36

19

Вид А

23

3026

13

36

$г

37

2k

28

Фиг.З