Способ определения местоположениязАбОя СКВАжиНы Советский патент 1981 года по МПК G01V1/40 E21B49/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ

1

Изобретение относится к контролю Iтехнологических параметров бурения нефтяных и газовых скважин, а точнее - к контролю положения забоя скьажины в пространстве.

В процессе бурения по ряду причин геологического и технического ар.чктера ствол скважины отклоняется от заданного направления - искривляется. Контроль за изменением направления ствола скважины в первую очередь необходим для определения истинного положения забоя скважины, чем обуславливается качество проводки скважины и ее себестоимость.

В настоящее время при бурении скважин на нефть и газ из всех существующих способов контроля пространственного положения забоя скважины наиболее распространен инклинометрический способ, считающийся наиболее точным. Способ основан на регистрации электрических сигналов.

уровень которых пропорционален величинам зенитного и азимутального углов скважины. Электрические сигналы с забоя скважины передаются на поверхность земли по проводному каналу связи U.

Наряду с точностью и сравнительной быстротой определения местоположения забоя скважины данным способом, контроль за положением забоя скважины требует остановки процесса бурения и дополнительных затрат времени на вспомогательные, а главным образом, на спускоподъемные операции, что в значительной мере снижает коммерческую скорость бурения.

Указанные недостатки устранены в наиболее близком способе определения местоположения забоя скважины, в основу которого положено измерение амплитудно-фазовых характеристик упругих колебаний, возни.кающих при вращении долота на забое

и последующее сопоставление разности фаз и разности амплитуд, записаН ных в функции глубины. Регистрацию упругих колебаний производят с помрщью сейсмоприемников, располо хенпых вокруг устья скважины С2 J.

Однако точность определения по- . ложения забоя скважины таким способом не всегда может быть достаточной и зависит от интенсивности упругих колебаний, генерируемых работающим на забое долотсм. При бурении скважин в горных породах различной твердости интенсивность упругих колебавши различна и может достигать таких малых значений, при которых их регистрация на поверхности земли либо крайне затруднена, либо вообще невозможна.

Таким образом, упругие колебания, возниканщие при вращении долота на забое, являются ненадежным источником для передачи информации на дневную поверхность, и как следствие это го, точность определения положения забоя буровой скважины не всегда может быть достаточной.

Цель изобретения - повгавение точности определения местоположения забоя скважины за счет роста интенсивности упругих колебаний.

Цель достигается тем, что согласно способу определения местоположения забоя скважины путем регистрации например ceйcмипpиeмникa aI, параметров акустических сигналов, поступающих с забоя, регистрируют время прихода прямой волны, возникающей в момент резонанса, который наступает при равенстве частот вынуяоденных колебаний, обусловленимх скоростью вращения долота, и собственшлх колебаний низа бурильной колонны, возникающих из-за изменениянагрузки на долото.

На фиг. 1 приведены графики зависимости амплитуды упругой прямой волны и частоты вращения долота от осевой статической нагрузки-, на фиг. 2 схема определения местоположения забоя скважины.

С целью осуществления контроля за изменением положения забоя скважины н процессе бурения, основанного на регистрации времен прихода прямой волны к каждому из сейсмоприемников, расположенных вокруг устья скважины, н последующего их сопоставления, на

забое скважины без привлечения дополнительных источников колебаний путем использования явления резонанса низа бурильной колонны на контакте долота с горной породой возбуждается интенсивная упругая прямая проходящей волны.

Этот эффект достигается при условии равенства (кратности) одной из частот собственных колебаний низа бурильной колонны с частотой выиуж.денных колебаний последнего, связанной с частотой вращения долота В момент возникновения резонансного явления низ бурильной колонны работает в режиме вибратора, интенсивно генерирующего упругие волны.

Различие величин осевой статической нагрузки (. I) обусловлено литологической неоднородностью рабуриваемой горной породы. На обоих графиках четко воделяются области минимальных значений амплитуды упругой волны (область обычного бурения) равгеях 2-3 отн, ед. и области максимальных значений (область резонанса.) в которых амплитуда упругой волны равна 16-21 отн, ед.

При отклонении от режим кратности путем изменения частоты враще1НИЯ долота (варьируя осевую нагруз1ку) осуществляется выход из резонансной области в область режимов обычного бурения, при этом напряжения на контакте долота с горной породой, мгновенно спадают и амплитуда упругих волн становится на порядок ниже Таким образом, изменяя частоту вращения долота путем изменения осевой нагрузки на нем и осуществляя тем самым вход в резонансную область и выход из нее, на забое скважины создается источник вибрационного воздействия, генерирующий ограниченные во времени интенсивные упругие волны. Частота собственных колебаний низа бурильной колонны для различного вида его компоновок определяется экспериментальным путем непосредственно на буровой скважине.

Практически определение местоположения забоя скважины непосредственно в процессе бурения осуществляется аледукщим образом (фиг. 2), На поверхности земли вокруг устья скважины или в стороне от него в зависимости от конкретных поверхностных условий устанавливаются сейсмоприемники (СП-1, CII-2, СП-З CI1-4) в вершинах многоугольника, например квадрата, воспринимающие смещение почвы, связанное с происхождением прямой (проходящей) волны. ЭJ «iктpичecкиe аналоги этих смещений по проводным каналам связи поступают на входы многоканальной регистрирующей аппаратуры. Запись полезного сигнала осуществляется на магнитную ленту или бумагу в масштабе времени. Определение параметров искривления ствола скважины без останов ки процесса бурения осуществляется путем попарного сопоставления относительных времен прихода прямой (проходящей) волны к каждому из сейсмоприемников и последующего оп ределения координат точек d а УЪ с УС 3 о1 Х, УЛ) ле;каии1х в основании перпендикулярных линий, пересечение которых определяет проекцию точек забоя А, В на горизонтальную плоскость: где Х, XQ, Х, Х и У,, У, У , координаты сейсмоприемников; Г.; tj; 14 время вступления 7 . 4 прямой (проходящей) волны, зарегистрированное сейсмоприемниками. Зная величину приращения гориз.он тальной проекции ствола скважины (смещение забоя скважины по вертикали) и приращение длины бурового инструмента АВ меяаду двумя точками замера, определяют зенитный у гол: а г CS (п -у| Применение способа при проводке буровых скважин даст возможность значительно повысить качество бурения и его скорость. Формула изобретения Способ определения местоположения забоя скважины путем регистрации параметров акустических сигналов, поступающих с забоя, и последушцего их сопоставления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения местоположения забоя скважины за счет роста интенсивности упругих колебаний, регистрируют время прихода прямой волны, возникающей в момент резонанса наступающего при равенстве частот вынужденных колебаний, вызвашолх вращением долота, и собственных колебаний низа бурильной колонны, возникающих из-за изменения нагрузки на долото. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дьяконов Д. Леонтьев Е.И. Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин, М., Недра, 1977, с. 313-321. 2,Авторское свидетельство СССР № 286800, кл. Е 21 В 47/02, 1971.

h.

СП-2

л / , ;

C/f-j (Xt

J//.

;

() S(Xg;t/g)

т

/

V/v,