Сейсмоакустический способ контроля бурения глубоких скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B47/22 E21B47/04 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности предназ-f начено для определения координат за- боя скважины при бурении. ; ; Известен способ, согласно которому емкостной датчик располагают у конца бура, измеряют угол отклонения оси скважины, преобразуют результат измерения в электрический сигнал, по

промывочным трубам к устью скважины, снимают сигнал при помощи детектора, преобразуют его в блоке обработки, данных, а затем в блоке управления.

Недостатками способа являются низкая точность контроля прямолиней - нбстй бурения наклонных скважин из-за невозможности осуществления контроля отклонений от прямолинййности в го

ризонтальнои плоскости, снижение надежности из-за ненадежности акустического контакта в буровом ставе а также невозможность дистанционного измерения глубины скважины при бурении и .осуществления дистанционного оперативного контроля выполненной работы. Кроме того, нет возможности контролировать одновременн бурение нескольких скважин с помощью одного и того же технического средства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, в котором в качестве сигнала, несущего информацию, используют распространяющиеся в толще пород уп ругие колебания, возникающие в процессе бурения. Сейсмические колебан возникающие в процессе бурения, рас пространяются на расстояния J-1Q км .и воспринимаются сейсмоприемниками на поверхности. Сейсмоприемники устанавливают в мелких скважинах для ослабления воздействия на них колебаний, производимых наземным оборудованием, а также для меньшего ослабления сейсмических колебаний, вызываемых работой долота при прохождении ними слоя наносных пород По параметрам сейсмических колебаний судят о скорости вращения долот и скорости бурения скважины.

Известный способ не обладает способностью контролировать прямолинейность бурения из-за отсутствия е нем признаков по размещению сей- смоприемников в пространстве, приему и обработке сейсмических .колебаний. Второй недостаток - низкая точ.нбсть определения скорости бурения, так как параметры (амплитуда, частота и форма) сейсмических колебаний, на основании которых судят о скорости, сильно зависят от многих факторов: расстояния, слоистости, трещиноватости, влагоносности и др.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет контроля прямолинейности бурения кважины и повышение точности диста ционного определения скорости буре- ния за счфт определения координат забоя скважины при бурении. | Указанная цель достигается тем, что согласно сейсмическому способу контроля бурения глубоких скважин, включающему регистрацию на поверх

to

15

25

20

ности сейсмического сигнала с забоя бурящейся скважины, регистрацию сейсмического сигнала осуществляют сейсмоприемниками, размещенными в вершинах двух равносторонних треугольников со стороной 1, равной 0,5- 2,0 м, расположенных на расстоянии между их центром L, равном 100-1000 м определяют скорость V распространения сейсМбакустической волны в среде, . определяют задержки времени t; прихода сейсмической волны на сейсмо- приемники относительно ближайшего к источнику сейсмического сигнала . сейсмоприемника, по которым для каждого треугольника по формулам определяют азимутальные углы нахождения забоя скважины

Cfw -60 + arcsin tj-V/1, (j,2 arcs lift ,,.V/1, 60-arcsih t3.V/l,

принимают центр одного из треугольников за начало прямоугольной систе30

мы координат т.ак, чтобы центр другого треугольника был размещен на оси абсцисс системы, в которой оп ределяют номер (п) 30-градусногб сектора нахождения забоя бурящейся скважины для каждого треугольника, определяют для каждого треугольника величину отношения О наименьшей 35 задержки к средне й, уточняют величину ранее определенных азимутальных углов Ср5 и по формулам

ол (. -1.2( (п , 3pm(1 -e

4.

) + lOtf,

40

- 10(Ь

45

определяют наибольшую Т для угла cj, расположенного в начале координат, по одной из приведенных формул

50

Т e/V-sin(6(T +ф3), t« - sinCj 5,

Т i.sin(60° ),

определяют по этой задержке Т и наибольшей измеренной задержке t угол места ft по Формуле:

р arccos t/Tj,

определяют по уточненным азимутальным углам прилегающие к оси абсцисс внутренние углы о/, и о/ образовавшегося треугольника с третьей вершиной на забое, скважины, . .:

..: ,у, чу- зо°, о/г 2ю° -чуу

определяют по этим углам и расстоянию между центрами L абсциссу Х и ординатусигнала

f

источника сейсмического

L- sin С/z sinp,

L sin & ,

-. sin(90 , ),

cos(90 -6/,) у

Z заa затем определяют аппликату боя скважины

. -. L згпО/г Л. л . -; Z -sinc7; Ч/,

по найденным абсциссе, ординате, аппликате судят о нахождении координат забоя, а затем по величине прироста координат определяют скорость С бурения скважины

UX2 +

&Y2 +AZ,

см/миН

и глубину d пробуренной за смену - скважины

. , .,

(Х2-Х()г +(Ґг -Yf)2+(Z2.-Z,)2 где X,

Ч

V

Zr- координаты забоя

скважины в начале : смены; Х, Y2, -Z2,ij- координаты забоя Ц :::: скважины в конце . ,,;/ :, .: ..; смены. ,ч Основой данного изобретения явЯй- ется теорема, заключающаяся в том, что если некоторая прямая UV, совпадающая первоначально с одной из/ иссектрис AD равностороннего треугольника ABC, вращается в плоскости треугольника вокруг его центра, то проекции сторон треугольника на. эту прямую изменяются по .закону синуса.

На фиг. 1 представлен чертеж, поясняющий суть теоремы (ABC - pas

- .. :-ri A v

ностороннии треугольник со стороной 1, AD биссектриса угла А, UV - прямая, первоначально coenaj щая с биссектрисой АП, Ц) - угол

ч

6

s

между AD и VV, S, Яг, S3 - проекции сторон треугольника ABC на прямую, которые равны ,о

S lsin(60

+ Ч,

I

S , S3 lsin(60° -tf); :

на фиг. 2 - чертеж, поясняющий переJQ ход от закона изменения линейных проекций сторон равностороннего треугольника на прямую, вращающуюся во- круг центра треугельника, к закону изменения задержек бремени в завиJ5 симЬсти от направления прихода сейсмо- акустйческого сигнала к равностороннему треугольнику ABC, в вершинах которого установлены сейсмоприемники; (t, и t3 - задержки времени прихо20 да сигнала к сейсмоприемникам относительно сейсмоприемника, принимающего сигнал первым, t - задержка времени между временем прихода сигнала к второму и последнему сейсмо25 приемникам 0 - центр равносторон него треугольника; - угол между направлением приход сигнала и началом отсчета; N - направление прихода сейсмоакустимеского сигнала ,

30 AD - биссектриса начала отсчета пе„v V4- /

ленга против часовой стрелки, Ј А

4

,

Сг, С$ зарегистрированное текущее время прихода сейсмосигнала к сейсмоприемникам в вершинах т0е- ,

,5 угольника ABC, Т 1/V - время); на фиг. 3 - график зависимости ази- : мутального угла (пеленга) от порядкового номера сектора п и величины С; (где - отношение наименьшей задерж40 к к меньшей для нечетных п 1,3,

-5,7,9,11 и четных п 2,,6,8,10, 12,30-градусных секторов круга); на фиг Л - чертеж, поясняющий нахождение угла места /3 (Р - горизонталь45 ная плоскость , Q - вертикальная плоскость , А, В и С вершины равно- ; стороннего треугольника; ср - уточ Иенный азимут источника сигнала (забой скважины), t - измеренная задерж50 ка времени, в соответствии с фиг.2 t будет ра вно t,, Т, - задержка

времени для уточненного азимута,

tJ - направление прихода сигнала);

на фиг о 5 схема размещения сейсмо- 55 приемников относительно устья и за

боя скважины, на фиг.6 - устройство/)

реализующее способ. В предлагаемом способе измеряют- ; 5 ся не проекции сторон треугольника,

а задержки времени t, t2, t3 прихода сейсмоакустическогр сигнала в вершины равностороннего треугольника Если обозначить буквой V скорость распространения сейсмоакустического сигнала, то в общем случае

I V s/v, .:,;. ; -.

где S - путь пройденный сигналом;

t - время прохождения пути. Схема (фиг.5) включает рабочую .площадку 1, устье 2 скважины, забой 3 скважины, сейсмический сигнал 4, , сейсмопреобразователи первой группы

.5 и второй группы 6, центр первой группы сейсмопреобразователей 7 и ; второй группы 8, пеленг на источник (забой 3 скважины) первой группы сейсмопреобразователей 9 и. второй группы 10, 30-градусный сектор первой группы 11 и второй группы 12„Устройство для реализации способа содержит сейсмопреобразбватели $ : схемы 13 и 14 измерения задержек времени поступления сигналов в различные, каналы приема, каналы 15-17 приема се йс мЪсйгналб8 и измерения задержек времени, усилитель-передатчик 1.8, приемник-преобразователь 19, компаратор 20, формирователь 21,

RS-трйггер 22, двоичный счётчик 23, схему 24 совпадения, генератор 25 тактовых импульсов и вычислит ьный

блок 26.V .:: -;: , : , -Ч -;

Схемы 13 и 14 измерения задержек, времени абсолютно идентичны. Каждая из 1этй схем содержит три идентичных канала 15-17 и схему 24 совпадения на три входа и один выход. В каждом канале Содержится компаратор 20, который пропускает положительные полуволны преобразованных сейсмоко- лебаний, формирователь 21 прямоугольных импульсов с длительностью, рав- ной длительности полуволны на уровне 0,25.от максимума амплитуды и преобразователь 19 для создания из дIfполйр ных э ле ктроколеба нйй вДно- полярных, например, положительных полуволн.

Вычислительный блок 26 предназначен для вычисления по предложенному алгоритму порядкового номера 30- градусного сектора, азимута, угла места, пространственных координат бура в момент бурения и учетных данных о выполненной буровым станком, работе. В качестве вычислительного

0

5

0

блока может служить, например, . микроЭВМ СМ-1800, которая предназна-., чена для широкого применения в сие-. темах контроля. Данная микроЭВМ ;rj снабжена печатью и дисплеем. Длина стороны 1 равностороннего треугольника задается в пределах 0,5-2 м. Она задается также, как и частота генератора в зависимо сти от обеспечения необходимой точности.

Треугольники для установки сеймо- приемнйков (фиг.5) размещаются на коренных горных породах и ориентируются в горизонтальной плоскости, а центры треугольников размещаются друг от друга и от устья скважины на расстояниях ЮОНОООм в зависимости от планируемой глубины скважины. При этом рекомендуется пользоваться формулой из теории ошибок

Р 2 Й

мг

где Р - расстояние от устья скважины/

D . n - планируемая глубина скважин. Основания треугольников располагают на одной прямой. Сейсмоприемни- ки и усилители устанавливают на горном массибё а остальные элементы - в отдельном помещений. :

В соответствии с данными определениями (фиг.2) можно записать

35

t $ъ Ъ т Т sin (60° , Ч Јз -%г TsinCf,

Г(2)

Т sin(60° -Cf )ъ

Если учесть, что сейсмосигнал к равностороннему треугольнику может приходить в плоскости с любого на- .правления, то по аналогии с вращающейся прямой формулы для задержек времени будут

t( i sin (60° +(j, t2 isinCf,

(3)

t . i sin (60° -Cf) ;

Если задержки времени каким-либо методом измерены, то согласно фиг.2 угол (f. определяется однозначно

(f -60 +arcsin -- ,

t 2

cp arcsin -- ,(4)

Cf 60° - arcsin |2 ,

где Т - - время, в течение которого сейсмоакустический сигнал пройдет путь, равный длине стороны равностороннего треугольника 1, которая задается .

При заданной 1 определяем частоту f по экспериментальной формуле

1/100 3:V/f

(5)

где V - скорость распространения сей смоакустических импульсов в

массиве горных пород, который выбран для установки сейсмоприемников, f - частота следования электрических импульсов, служащих для измерения задержек времени.

Порядок и пределы использования найденной экспериментальной формулы, (5) следующие. После измерения скорости V распространения звука в горной породе на месте установки сейсмоприемников, которая может быть измерена, например на стенде в лабораторных условиях, или на местности с помощью двух разнесенных

0

5

сейсмоприемников и сейсмосигнала, создаваемого ударом. При этом принимается, что сторона 1 равностороннего треугольника задана, а в устройстве измерения задержек времени, реализующего способ, переполнение электронных счетчиков наступает после 100 импульсов.

П р и м е f. Пусть 1 м, V 2000 м/с, счетчик на 100 импульсов. Тогда 1/100 200/f; f 200 кГц. Принимаем 1 1, f 200 кГц.

Максимальные амплитуды сейсмосиг- нала при бурении лежат в диапазоне частот f 100-500 Гц. Наименьшая длина волны ft будет V/f , т.е. Д 1. Следовательно, при выбранной 1 0, м невозмож- ны случаи приема разных полуволн сигнала при измерении задержек времени t(, tЈ , t3.

Однако угол С| по формулам (Ц) определяется с некоторой ошибкой, если источник сейсмоакустических импульсов (бур) расположен не в плоскости треугольника. Для устранения этой ошибки принимают цеУ«тр равностороннего треугольника за центр 0 окружности, разбивают эту окружность, начиная от биссектрисы начала отсчета, на 12 секторов по 30° каждый, определяют грубо С| (фиг. 3), который будет лежать в пределах одного из секторов, а порядковый номер п сектора определяют по алгоритму:

0

5

5

Изобретение относится к бурению; скважин и позволяет расширить функциональные возможности за счет определения координат забоя скважи- ны при бурении. Измеряют скорость распространения сейсмоакустических сигналов в среде. Задают длину стороны измерительного треугольника (Т), которой определяют частоту тактовых импульсов для измерения времен- нйх задержек. Различают в стороне от устья скважины два равносторонних Т и ориентируют их в одной плоско- fc: сти. В вершинах Т устанавливают сейсмопреобразователи и определяют для каждого Т задержки времени прихода сейсмического сигнала с забоя. Принимают за начало отсечет а одноименные биссектрисы Т. Для каждого Т определяют примерный азимут нахождения забоя. Вычисляют для каждого Т отношение наименьшей задержки и меньшей, по которому уточняют азимут„ Строят Т на основании, соединяющем центры двух измерительных Т и двух лучах с найденными азимутальными углами. Вычисляют внутренние углы этого Т между основанием и лучами. Строят прямоугольную систему координат, начало которой совпадает с центром первого измерительного Т, а ось абсцисс - с основанием нового Т. Определяют абсциссу и ординату забоя скважины и максимальную задержку времени для уточнённого азимута, по которой вычисляют угол места забоя. По найденному значению угла места определяют амплитуду забоя. По изменению координат забоя определяют среднюю скорость бурения и длину пробуренной скважины. 6 ил. ГО 2 ю

Да

ч- ч

Нет

Да

, - tt-1,.

t-i Ч-

-t,- t, - ts

Да

t,t

г , t4- t.

Нет

-t, - t.j - ta

t, Sx t

- Ь

Нет

-« - П i

Г г -Н

После определения п уточняют азимут Ц по формулам (6) и (7) .

Если п представлено нечетным числом, то

V,

-30ri( ) + lotf, (6) I

а если п представлено четным числом

-V2-tf e .,„ . ,.

Ч

30 Јп-(1-«

) .,.

где

й§ЙУ§иьшая заЈер жка /„% средняя задержка

Формулы (.6-8) получены на основании исследований, которые показали (фиг.k), что с увеличением угла места р возрастает ошибка в определении азимутального угла Ср . Кроме того, при изменении угла места /3 и при постоянном Ср , задержки времени изменяются пропорционально своим первоначальным величинам.

В связи с -этим было доказано, что при- постоянном С| и изменении угла места (Ь от 0 до 90° отношение наименьшей задержки времени к средней здержке есть величина постоянная, которая обозначена буквой G и получена формула (8). Относительно заданного начала отсчета (биссектриса угла А) , который, производится против -часовой стрелки, построили зависимость (о Ј(б,п), представленную на фиг. затем на основании существующих методик и научного опыта найдены формулы (6 и 7) которые с высокой точностью описывают, график на фиг. 35 и по которым определяются азимутальные углы С| при различных углах места fl.

В предлагаемом способе измеряются две задержки времени независимо от направления прихода сейсмического сигнала, так, в соответствии с фиг.2 при направлении N измеряются задержки t ц и t, a t не измеряется, но на фиг, 2 следует, что t - t - tg,, т.е. может быть вычислена, если измерены две другие задержки времени. В предлагаемом алгоритме разность tjj - t для данного направления N используется, но уже не как измеренная величина задерж- ки, а как вычисленная задержка времени. Таким образом, в алгоритме для каждого случая в диапазоне 0-

360° одна из задержек времени вычисляется.

После определения уточненных азимутов tf( 9 и Срг 10 (фиг.5) для каждого треугольника образуют треугольник 7, 3, 8 из прямой L 7-8 и двух азимутальных прямых на бур, пересекающихся в точке 3, вычисляют углы между эти прямыми и прямой L по формулам

Х Ч,- 30, rfa 210° - срг

(9)

принимают оси прямоугольной системы координат с центром CU 7, совмещая плоскость координат YX с плоскостью треугольника, а ось абсцисс X с L вычисляют сторону треугольника b 7-3 по Формуле

, L з1п(Уг

D -------

31П(Х

(10)

а затем вычисляют координаты X,, и Y (абсциссу и ординату) по Формулам

Х b-sin(90-tft) 7(11)

Y, b.cos(90 -#,).(12)

После этого определяют задержку fj для уточненного азимута по формулам

Т Т sin(60 +(p), T-sinCf,

(13)

Т, sin(60° -(|)

берут соответствующие задержки t и Т определяют угол места по Формуле

arccost/T,

(14)

а затем определяют аппликату бура по формуле

Z b-tg fb; (15)

определяют среднюю скорость С бурения за контрольную единицу времени

С - 0, ДҐ2+ Д7/7 -с-м-, (16)

мин

где ДХ,ДУ,ДЕ - приращение координат,

определяют количество выполненной работы (длину пробуренной скважины) за смену

d л|(Хг-Х, +(Ye-Y )2 м,

(17)

где Х,р Y,,, Z, - координаты забоя

скважины в начале

смены, Х, YЈ, Z - координаты забоя

скважины в конце

смены.

Ограничение сектора углом в 30° объясняется математически. При изменении азимута (пеленга) на 30° против часовой стрелки относительно начала отсчета (фиг.2) будут меняться в формуле (8) при переходе через 30градус наименьшая и средняя задержки времени, по которым определяется порядковый номер сектора (см.алгоритм) „ Например, в секторе № 1 п 1, т.е. 0-30°, наименьшая задержка t, ч средняя - t3, в секторе № 2, , т,е„ 30-60 , наименьшая задержка - t, а средняя - tz, в секторе № 3, п 3, т.е. 60-90°, наименьшая задержка t3, а средняя t1 и т.д. Таким образом, в данном способе сек- ,тор равен 30°, других значений для него нет.

Способ реализуется следующим образом.

Измеряют скорость V распространения сейсмоакустических сигналов в среде, задают сторону 1 равностороннего треугольника в пределах 0,5 2,0 м, определяют частоту f тактовых электрических импульсов, с помощью которых измеряют задержки времени, по формуле 1/100 г размечают в стороне от устья скважины на расстоянии 100-1000 м два равносторонних треугольника, центры которых 7 и 8 разнесены в пространстве на 100-1000 м, измеряют расстояние между центрами, ориентируют треугольник в одной плоскости, устанавливают сейсмопреобразователи в вершинах треугольников, измеряют обособленно в вершинах каждого треугольника задержки времени с помощью тактовых электрических импульсов, вводят задержки в память вычислителя 26, принимают за начало отсчета азимута забоя скважины одноименные биссектрисы треугольников задержки времени прихода сигнала в вершины каждого треугольника в зависимости от направления (азимута)Срописывают формула- ми

1

V pin( +Ц),

tg - sin If ,(3)

5 t3 sin(60° -tf) ;

определяют для каждого треугольнику порядковый номер 30-градусного сектора , гц - для первого треугольника и riЈ - для второго по предлагаемому алгоритму, что соответствует грубому определению азимутов tf° п, 30° и , . вычисляют для каждого треугольника С , равную отношению наименьшей задержки к задержке, которая служит для точного определения азимута, определяют уточненное значение азимутов СР6 и по экспериментальным формулам

(О, - е- 2С) п

5

0

--2k+

Ю0,(6)

30 п-(1 L

) - iotf,

(7)

строят треугольник на основании

L 7-8 и двух лучах с найденными

азимутальными углами на забой, пересекающихся в точке 3, вычисляют внутренние углы между основанием и лучами tf, 30°, г 210°-q 4) принимают оси прямоугольной системы

координат с центром 1, совмещая соь абсцисс X с основанием треугольника L, вычисляют сторону треугольника 3-7 Ъ,

Ъ (L-sinN2)/sintf, , (Ю)

затем вычисляют абсциссу и ординату забоя скважины

о

X, b sinOCT -tf,), Y - b-cos(90° -О/,) ,

(11) (12)

определяют максимальную задержку Т., для уточненного азимута по одной из формул:

50

Т T-sin(60° -t-Cf),

(13)

Т, T-sinq,

Т, Т-sin(60° -Ч),

берут максимальную измеренную задержЬ ку и определяют угол места {& забоя скважины

|5 arccos t/T1 } (14)

а затем определяют третью координату (аппликату Z забоя скважины

Z b-tgfb ,чГ15)

определяют среднюю скорость С бурения за контрольную единицу времени, например, 10 мин:

С 0,, см/мин,

(16)

где и X, ДУ, Л Z - приращение координат за единицу времени (10 мин). Определяют количество выполненной

работы (длину пробуренной скважины)

за смену

d -J ( + ,,-)2, м

(Ы

где Х, Y,,, Z - координаты забоя

скважины в начале

смены, Х, Y, Z2 - координаты забоя

скважины в конце

смены

С - величина,

которая характеризует неизменность отношения наименьшей задержки време ни к меньшей при изменении угла места и и при постоянном азимутальном угле Ср , а при постоянном и и переменном Cf величина изменяется в пределах от 0 до 1 в каждом 30-градусном секторе круга (фиг.З).

Указанные расстояния Р 100- 1000 м установки сейсмоприемников выбраны в соответствии с научными рекомендациями. Важнейшая из них - не допустить ошибки при определении координат забоя скважины. Эта ошибка минимальна, когда лучи от равно- Сторонних треугольников пересекаются на забое скважины под углом 90°. Однако реализация способа затрудняется при увеличении расстояния, так как сейсмоакустический сигнал

20 с длительностью, равной длительности полуволны. Затем этот прямоугольный импульс поступает на вход R RS-триг- гера 22. Триггер опрокидывается, при этом Дается разрешение счетчику 23

25 вести счет импульсов, вырабатываемых генератором 25 тактовых импульсов (ГТИ), а также поступает сигнал на вход схемы 2k совпадения. Через некоторое время сейсмический сигнал

30 от режущего бура достигает сейсмоприемника 5, включенного в левый канал схемы 13. При этом в левом канале, как и в предыдущем случае, срабатывают аналогичные элементы, и

35 в результате счетчик 23 левого канала тоже начнет считать импульсы, вырабатываемые ГТИ 25. С приходом .этого же сигнала к третьему сейсмо- приемнику 5, включенному в правый ка40 нал схемы 13, соответственно срабатывают все элементы правого канала и в том числе триггер 22. При этом на входе схемы 2k совпадения одновременно существуют три сигнала, она

45 срабатывает и от ее выходного сигнала, поступающего на S-РХОДЫ триггеров 22, последние перейдут в исходное состояние, вычислительный блок 26, считывает показания счетчика 23 ослабевает и становится нерегистри- 5Q схемы 13. После этого схема 13 снова руемым. На основании этих двух про- готова к приему следующего сигнала, тиворечивых и одновременно сущест- а вычислительный блок по измерению

задержки времени (данные счетчиков 23 схемы 13) вычисляют азимут С| бура по предлагаемому алгоритму и формулам (7 и 8). Через некоторый промежуток времени или даже одновременно сейсмо- сигнал от бура достигнет сейсмоприемников схемы 14. При этом в соотвующих событий выбраны указанные расстояния, которые могут

ляться по формуле Р г D,

где Dn планируемая глубина скважины.

Устройство работает следующим образом .

55

При бурении забоя скважины образуются сейсмоакустические колебания, которые принимаются сейсмоприемниками 5 и 6 схем 13 и . Причем э тот сигнал сначала достигает ближнего к забою сейсмоприемника 5 схемы 13, включенного в средний канал, преобразуется в электрический сигнал,

усиливается в передатчике-усилителе 18 и передается на приемник-преобразователь 19, который преобразует двуполярные электроколебания в од- нополярные, например в положительные

5 полуволны. Если сигнал по величине превосходит заданный уровень, то он проходит через компаратор 20 и поступает на формирователь 21, где формируется прямоугольный импульс

0 с длительностью, равной длительности полуволны. Затем этот прямоугольный импульс поступает на вход R RS-триг- гера 22. Триггер опрокидывается, при этом Дается разрешение счетчику 23

5 вести счет импульсов, вырабатываемых генератором 25 тактовых импульсов (ГТИ), а также поступает сигнал на вход схемы 2k совпадения. Через некоторое время сейсмический сигнал

0 от режущего бура достигает сейсмоприемника 5, включенного в левый канал схемы 13. При этом в левом канале, как и в предыдущем случае, срабатывают аналогичные элементы, и

5 в результате счетчик 23 левого канала тоже начнет считать импульсы, вырабатываемые ГТИ 25. С приходом .этого же сигнала к третьему сейсмо- приемнику 5, включенному в правый ка0 нал схемы 13, соответственно срабатывают все элементы правого канала и в том числе триггер 22. При этом на входе схемы 2k совпадения одновременно существуют три сигнала, она

5 срабатывает и от ее выходного сигнала, поступающего на S-РХОДЫ триггеветствующей последовательности срабатывают каналы схемы 14 и элементы каналов, а вычислительный блок 26 по данным счетчиков схемы 14 вычисляют еще один азимут (.9 по тому же алгоритму и формулам (7 и 8) , но с новым задержками времени. Затем в блоке (2б вычисляются углы (д и bl между соответствующим направлением на бур и прямой. Углы (X, и вычисляют по формулам

of, МЧ - 30°,

yt 210°

где, согласно фиг.5, Ср 9, Ц е.3 Ю

После этого по известной величине расстояния L 7-8 (йиг.5), вычисленным углам (X, и (Х2 в блоке 26 вычисляется сторона Ъ 7-3 треугольника , координаты Х и Y{ местонахождения бура, задержку Т для уточненного азимута, угол места I |3 и аппликату местонахождения бура по формулам 110-15).

Таким образом определяются координаты забоя скважины в момент бурения. Затем в вычислителе 26 по предложенным формулам (16 и 17) вычис ляется средняя скорость б урения за единицу времени и длина пробуренной скважины за смену.

Пусть расстояние между центрами измерительных треугольников (фиг.5) L 500 м а расстояние бт центра каждого треугольника до устья скважины тоже равно 500 м. Скорость распространения сейсмосигнала V 2000 м/с, стороны треугольника 1 2 м. Тогда Т 1/V 1 мс - этб время, в течение которого сейсмосигнал пройдет путь, равный длине - стороны 1. Используя формулу (5), имеем

1/100 V/f,

2/100 2000/f, ., ,

fb;100 кГц. Выбираем f , -; 100 кГц.

Тогда Т 1 мс 100 тактовых импульсов. За начало декартовой системы координат принимаем точку 7, при этом ось Z направлена вверх, а ось X совпадает с прямой L. Координаты устья скважины в метрах будут (220, 430). Пусть забой скважины в точке 3 в процессе бурения излу

чает сейсмосигнал, при этом бурение нисходящее.

Для первого треугольника с цен}-- ром 7 t,, 35 имп., t2 69 имп., Ц t2.t З1 имп.

Определяем порядковый номер сектора по алгоритму п 3, т.е. азимутальный угол попадает в третий сектор. Определяем величину 0

- i- - 34 - 1 У 35

Определяем уточненный азимутальный угол для первого треугольника по формуле (б):

() + 1°б

89° 10 к 90°.

Для второго треугольника с центром 8 t 35 имп., t-з 70 имп., t2 t - t 35 имп. Порядковый номер сектора 5 Определяем вепнчмну С) t4/t2 || К

Определяем уточненный азимут для второго треугольника

30п() +100

89°ю « 90°.

Строим треугольник и определяем внутренние углы между основанием L 7-8 и лучами и 8-3 для первого треугольника оЈ, С|)5 - 30 60 , для второго треугольника Oiz 210 - ЯЧ 60°.

Вычисляем сторону b треугольника

7-3 b (L (

500 sin60° cnn -1SSO 500 м .

Вычисляем абсциссу и ординату забоя скважины в точке 3 (фиг.5):

X, b-sin(90° «X,) 250 м, Y( b«cos(90° () 430 м

Определяем максимальную задержку ( Т для уточненного азимута треугольника, центр 7 которого расположен в начале координат по одной из ФрР7

мул (13). Поскольку максимальная задержка из числа измеренных t2, то - Т sin 10° импОпределяем угол места |3 забоя скважины ho формуле (14):

5 arccost2/T, arccos69/100 46°.

Определяем аппликату Z забоя скважины

Z Ъ- tg J3 500 tg 46 ° 520 м.

Таким образом, координаты забоя .скважины Х| и Y совпали с координатами устья скважины и равны 250 и 30 м, а координата Z (глубина) для забоя скважины составила 520 м. Скважина пробурена до глубины 520 м прямолинейно

Определяем через, каждые 10 мин среднюю скорость С бурения. В данном примере изменяется только аппликата Z, поэтому по формуле (16) имеем

см/мин.

Определяем по формуле (17) глубину d пробуренной за смену скважины

d - 12 м.

Формула изобретения

Сейсмоакустимеский способ контроля бурения глубоких скважин, включающий регистрацию на поверхности сейсмического сигнала с забоя буря- 35 определяют пр этой задержке Т и наит - i (60° )

щеися скважины, от личающии- с я -тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, регистрацию сейсмического сигнала.осуществляют сейсмоприемниками, размещенным в вершинах двух равносторонних, треугольников со стороной 1, равной 0,,0 м, расположенных на расстоянии между их центрами L, равном 100- -1000 м, определяют скорость V распространения сейсмоакустической волны в среде, определяют задержки времени t прихода сейсмической волны на сейсмоприемники относительно ближайшего к источнику сейсмического сигнала сейсмоприемника, по которым .для каждого треугольника по формулам определяют азимутальные углы СЈ,(2 нахождения забоя скважины

1(Лл 60° +arcsint V/1 (J,ia arcsintЈ V/l.

q((l« 60° -arcsint,- V/l f

принимают центр одного из треугольников за начало прямоугольной системы координат, так чтобы центр другого треугольника был размещен на оси абсцисс системы, в которой определяют номер (п) 30-градусного сектора нахождения забоя бурящейся скважины для каждого треугольника, определяют для каждого треугольника величину отношения б наименьшей задержки к средней, уточняют величины ранее определенных азимутальных углов Ср3 и Cpq. по формулам

-ЗОпО-е- 2) +

юСм

зоГп-О-е 2 - юс

определяют наибольшую задержку Т для угла Cfa,, расположенного в начале координат, по одной из приведенных формул

| sin (60° +()

30

т - v sin4V

ляют пр этой зад

т - i (60° )

большей измеренной задержке t угол места р по формуле

f$ arccost/T4

определяют по уточненным азимутальным углам прилегающие к оси абсцисс внутренние углы у, и Osfg образовавшегося треугольника с третьей вершиной на забой скважины

tf, -cpfl - 30°, 2 210°

определяют по этим углам и расстоянию между центрами L абсциссу Х и орsin(90° -tf )

-T--J- cos(90° -Об), sin(X 1

а затем определяют аппликату 2 забоя скважины

175294222

и глубину cj пробуренной за смену

скважины

21

z . kiisfif. tg а

1 Sintf, S/

по найденным абсциссе, ординате и аппликате судят о нахождении коор- динат забоя, а затем по величине , где Х, Y,, Z - координаты забоя

- скважины в начале

d Л|(Х4-Х)2 + (У/г-У1)2 + (2г-г1)а, м

прироста координат определяют скорость С бурения скважины

смены; Ъ Y4, 22 - координаты забоя

С 0,1-J(AX4+ UY + AZ2), см/мин, 10

Ъ

175294222

и глубину cj пробуренной за смену

скважины

d Л|(Х4-Х)2 + (У/г-У1)2 + (2г-г1)а, м,

смены; Ъ Y4, 22 - координаты забоя

скважины в конце сменит %

г .

- „,- ч . , .

(,

фиг. 2

CM

-я- cn

CN LT f,Ъ-