Устройство для ориентирования отклонения в скважине

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, внутри которого расположен вал, жестко связанный с переходником , и камеру с отвесом, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности ориентирования в процессе бурения, оно снабжено акустическим излучателем с приемником, двумя автономными источниками питания, дополнительной камерой из диамагнитного материала с размещенным в ней сигнализатором положения отклонителя, соединенным через радиоканал с управляемым преобразователем, и диамагнитным основанием, при этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердого материала, основная камера - из диамагнитного материала и установлена на основании, а дополнительная камера расположена с возможностью поворота относительно основания, причем излучатель установлен в переходнике и связан с управляемым преобразователем , который подключен к одному из источников питания, а к другому сигнализатор положения отклонителя. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что в качестве,, сигнализатора положения отклонителя использован набор магнитно-управляе (П мых контактов, соединенных через коммутатор с управляемым генератором радиоимпульсов. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что в качестве управляемого преобразователя использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда , выходы которых подключены к логическому блоку, соединенному с блоком управления акустическим излучателем .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NUt

РЕСПУБЛИК

09) (И) зло E 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3518049/22-03 (22) 06.12.82 (46) 15. 07. 84. Бюл. у (72) Ф.А.Бобылев, 3. Н.Шехтман, И.М.Троппер и А.Я.Анищенко (71) Казахский научно-исследовательский институт минерального сырья (53) 622. 242. 7 (088. 8) (56) 1. Журнал "Разведка и охрана недр", 9 6 изд. "Недра", с. 20-27.

2. Авторское свидетельство СССР

У 708045, кл. Е 21 В 47/022, 1980 (прототип) ° (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, внутри которого расположен вал, жестко связанный с переходником, и камеру с отвесом, о т л ич а к щ е е с я тем, что, с целью повышения точности ориентирования в процессе бурения, оно снабжено акустическим излучателем с приемником, двумя автономными источниками питания, дополнительной камерой из диамагнитного материала с размещенным в ней сигнализатором положения отклонителя> соединенным через радиоканал с управляемым преобразователем, и диамагнитным основанием, при этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердого материала, основная камера — из диамагнитного материала и установлена на основании, а дополнительная камера расположена с воэможностью поворота относительно основания, причем излучатель установлен в переходнике и связан с управляемым преобразователем, который подключен к одному из источников питания, а к другому— сигнализатор положения отклонителя.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве., сигнализатора положения отклонителя O использован набор магнитно-управляемых контактов, соединенных через коммутатор с управляемым генератором радиоимпульсов.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве управляемого преобразователя использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда, выходы которых подключены к логическому блоку, соединенному с блоком управления акустическим излу! чателем.

1102917

Изобретение относится к технике бурения геологоразведочных скважин, а блоее конкретно к направленному бурению, и предназначено для отклонителей с многократным ориентирова; нием в цикле искривления.

Известно устройство, в котором эксцентричный груз, открыто расположеннь>й в скважине, жестко связан с корпусом отклонителя $11.

Недостаток известного устройства понижение точности ориентирования из-за очевидного противодействия сил трения между корпусом отклонителя и стеыками скважин (причем в среде призабойного зашломованного промывочного раствора, влияющего также На работу эксцентричного груза) силе, устанавливающей эксцентричный груз в апсидальной плоскости.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по техническому решению„ является устройство, содержащее эксцентричный груз с винтовой поверхностью, свободно установленный в камере и защищенный от контакта со стенками скважины и промывочной жидкостью, с расположенным в корпусе валом свя2

Укаэанная цель достигается тем что устройство для ориентирования отклонителя в скважине, содержащее корпус, внутри которого расположен вал„ жестко связанный с переходником, и камеру с отвесом, снабжено акустическим излучателем с приемником, двумя автономнь":ми источниками питания, дополнительной камерой из диамагнитного материала с размещенным в ней сигнализатором положения отклонителя, соединенным через радиоканал с управляемым преобразователем, и диамагнитным основанием, - ри этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердого материала, основная камера — из диамагнитного материала и ус.тановлена на основании, а допол- 1 нительная камера расположена с возможностью поворота относительно основания, причем излучатель установлен в переходНике и связан с угравляемым преобразователем, который подключен к одному из источников питания, а к другому — сигнализатор положения отклонит&ля.

В качестве сигнализатора положения отклонителя использован набор зан переходник с радиальными отверстиями, имеющий ответную поверхность

30 для ее взаиМодействия с винтовой псверхностью эксцентричного груза (2 ", Однако наряду с поворотом отклонителя относительно эксцентричного -.ðóэа в плоскость своего действия возможен также и поворот самого эксцент- ричного груза (выходящего при этом из апсидальной плоскости) вместе с колонной бурильных труб, с которой он жестко связан в процессе ориентиЩ рования, из-эа скручивания колонны, вызываемого наличием сил трения меж ду корпусом отклонителя и стенками сквалыжны, особенно больших в искривленном участке. Это понижает точность

4 ориентирования, что может привести к отрицательным циклам искривления.

Кроме того, отмечаемый, например, манометром на поверхности сигнал срабатывания, возникающий в резульс0 тате понижения давления в системе в момент прохода промывочной жидкости через радиальные отверстия штока, свидетельствует не о том, что отклонитель повернут на нужный угол, а об окончании процесса ориентирования.-

Цель изобретения — повышение точности ориентирования в процессе бурения. магнитно-управляемых контактов, соединенных через коммутатор с управляемым генератором радиоимпульсов.

В качестве управляемого преобразо""àòåëÿ использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда, выходы которых подключены к логическому блоку„. соединенному с блоком управления акустическим

H 3 л уч а т е л е м ., На фиг, 1 изображено устройство, общий вид в разрезе; на фиг. 2 вид А на фиг. 1 (показывающий угол между плоскостью действия отклонителя и апсидальной плоскостью, устанавливаемый на по>зерхности); на фиг. 3 переключатель (заштрихованная часть вьптолнена из проводящего материала); на фиг. 4 — взаимное расположение установочной р::- ски и свободного шарика в случае, когда aòêëîíèòåëü находится в заданной плоскости его действия, частичный разрез; на фиг. 5 — то же, в случае, когда отклонитель вьппел из заданной плоскости его действия; на фиг. б — структурная электрическая схема устройства1 на фиг. 7 — функциональная электрическая схема датчика режима работы буронога снаряда.

50 з 1102

Устройство содержит (фиг. 1) основную KcfMepy 1 иэ диамагнитного материала, закрепленную на цилиндричесК0М основании 2 из диамагнитного материала, закрепленного на корпусе 3

5 отклонителя. В камере 1 расположен свободный шарик 4 из намагниченного магнитотвердого материала, а на наружной ее поверхности нанесена круговая угломерная шкала делений, например, через 5О. На основании 2 также расположена по свободной посадке дополнительная камера 5 из диамагнитного материала. На наружной поверхности камеры 5 нанесена продольная установочная риска (фиг. 2), а внутри расположен сигнализатор положения отклонителя 6 (фиг. 6), содержащий группу магнитоуправляемых контактов 7 (например, три геркона, 20 фиг. 1 и 4), сторого центрирова нных относительно установленной риски, соединенную с коммутатором 8, состоящим иэ схем И и ИЛИ и расположенного ,вне камеры 5 переключателя 9 в виде

:кольца из изоляционного материала (фиг. 3) с нанесенной на нем проводящей площадкой (на фиг. 3 заштрихована). Переключатель 9 расположен с возможностью скольжения по контакттам (не показаны) на прилегающем тор-З0 це камеры 5, связанным со входами схем И (что позволяет вводить в работу один геркон или любой из трех).

Выход коммутатора 8 связан со входом управляемого генератора радиоимпуль- 35 сов 10, имеющего возможность генерировать пачку радиоимпульсов при поступлении сигнала с коммутатора 8.

Внутри камеры 5 расположен также автономный источник питания 11 40 (фиг. 6), связанный через выключатель 12 (фиг. 1 и 6), кнопка которого до сборки переключателя с камерой выступает над торцом последнего, с сигнализатором 6 Камера 5 и переклю-45 чатель установлены на основании 2 с возможностью их последующего закрепления гайкой с контргайкой 13 °

Внутри вала 14 отклонителя установлен подпружиненный клапан 15 (например, шариковый). На верхней части вала 14 укреплен переходник 16 с каналами для прохода промывочной жидкости, сообщающимися с центральным каналом вала 14. Внутри переход- ss ника закреплен контейнер 17 с размещенным в нем управляемым преобразователем 18 (фиг. 6), состоящим иэ

917 4 датчика режима работы бурового снаряда (ДР) 19, включающего (фиг.7) электроакустический преобразователь 20, детектор 21 и схему сравнения 22, выход которого подсоединен к логическому блоку 23 (состоящему, например, иэ схем И, ИЛИ, триггеров, работающих по фронту сигнала и таймера). К другому входу блока 23 подсоединен приемник радиоимпульсов 24 с цифровым выходом. Выход блока 23 связан с блоком управления акустическим излучателем сигнала срабатывания 25. В контейнере расположен также автономный источник питания 26, подключенный через выключатель 27 (кнопка которого до сборки с переходником выступает за нижний торец контейнера) к управляемому преобразователю 18. На верхнем торце кон— тейнера укреплен акустический излучатель сигнала срабатывания 28 (например, пьезокерамического типа диаметром 30 мм), электрически соедиеннный с блоком 25 и имеющий прямой выход в гидравлический канал бурильных труб.

Приемник 24 связан с генератором 10 по радиоканалу через стенки камеры 5, основание 2, вал 14, переходник 16 и стенку контейнера 17.

Для центрации контейнера в переходнике установлена перфорированная перегородка 29. Переходник соединен с колонной, собранной из труб с постоянным внутренним сечением (например, труб ССК) . На фиг. 1 показана первая труба колонны. На поверхности внутри ведущей трубы, на неподвижной части вертлюга-сальника смонтирован акустический приемник сигнала срабатывания 30 (например, пьезокерамического типа).

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с заданием на искривление скважины камеру 5 устанавливают своей риекой (фиг. 2) против соответствующего значения угла на угломерной шкале (этот угол является углом между апсидальной плоскостью действия отклонителя). Затем задают степень точности ориентирования переключателем 9, коммутирующим контакты на прилегающем к нему торце камеры (замыкание контактов проводящей площадкой соответствует низкой точности, т.е. опросу всех трех герконов, размыкание — высокой точности, т.е.

5 l1O2 опросу только центрального геркона), Камеру и переключатель закрепляют гайкой с контргайкой в нужном положе—

HHH при этом утапливаеT(:ÿ кнопка выключателя 12, запитывая -.eì самым сигнализатор 6 (на фиг. 6) жирные ли— нии показывают энергетическую цепь, тонкие — информационную). Контейнер 17 сочленяют с переходником 16, при этом кнопка выключателя 27 утоп- 10 ливается, запитывая тем самым преобразователь 18, и блок 23 устанавлива- . ется в исходное состояние, т.е. ожидание команды запроса сигнала срабатывания. 15

В цикле искривления предлагаемое устройство работает в двух режимах:

1 — спуска-подъемные операции и бурение; 2 — ориентирование.

В первом режиме на преобразователь 20 (фиг. 7) может поступать акустический шум различного происхождения (от двигателей бурового станка и бурового насос, ударов друг о друга свинчиваемых труб, трения коронки о забой, шум, создаваемый движением промывочной жидкости в процессе прокачки и т.д.). Напряжение с выхода преобразователя поступает на детектор 2 1, где оно выпрямляется. Уровень выпрямленного напряжения пропорционален уровню акустического шума. Это напряжение поступает на схему сравнения 22, на другой вход которой подается U д, причем

35 схема 22 настроена так (выбором U. ), что при наличии любого из указанных источников шума напряжение на выходе детектора 21 всегда больше Б,,„и ДР выдает в блок 23 сигнал логического "0", что свидетельствует о режиме спуско-подъемных операций и бурения.

Начальными условиями для режима ориентирования опущенного до забоя

45 отклонителя являются: отсутствие вращения снаряда, его разгрузка и работа бурового насоса с выходом на поверхность промывочной жидкости.

Для перехода в режим ориентирования подается команда запроса сигнала срабатывания представляющая собои совокупность, например, следующих действий: выключение бурового насоса, включение бурового насоса, повторение его выключения, причем все эти действия должны выполняться в течение определенного времени, например, 10 с.

UpH первом выключении бурового насоса пропадает создаваемый им, а также движением промывочной жидкости, акустический шум (остальные источники при создании начальных условий ориентирования шума убраны), при этом напряжение на выходе детектора 21 становится меньше Бвв и на выходе ДР появляется "1". По фронту "0-1" блок 23 на некоторое время, например (10 с, переходит к ожиданию вторичного появления "1" с выхода ДР, которая формируется при вторичном выключении бурового насоса. После вторичного появления в течение этих

10 с логический "1" блок 23 с некоторой паузой, например 10 с, переходит в режим ориентирования, в котором начинает анализировать в течение, например i мин. Это время достаточно, чтобы вручную повернуть буровую колонну на 360 . По истечении 1 мин олок 23 переходит в исходное состояние. Причем во время паузы и анализа логическая "1" с выхода ДР не должна сниматься, т.е. не должны появляться шумы, связанные с работой буровых механизмов (в противном случае блок 23 переходит в исходное состояние). Незначительные шумы, связанные, например, с медленным поворотом колонны и движением промывочной жидкости в затрубном .пространстве (при наличии пластового поглоще— ния) не влияют на работу ДР, так как U выбрано заведомо большим, чем напряжение на выходе детектора, соответствующее этим шумам.

Если во время анализа с выхода приемника 24 поступает сигнал то блок 23 выдает сигнал блоку 25, по которому последний вырабатывает в излучатель 28 пачку импульсов (длительностью, например 10 с) с частотой, например, 100 кГц, при этом интенсивность излучения составляет 10 Па, что соответствует амплитуде давления 5 .105 Па (это легко .Ф осуществимо, так как современная техника позволяет создавать интенсивность в сотни Вт/см .

Логическая "1" на выходе приемника 24 свидетельствует о наличии радиоимпульсов, поступающих с генератора 10, которые возникают при срабатывании центрального или любого из группы герконов (в зависимости от точности ориентирования), сигнал с которых через коммутатор 8 поступает в режиме ориентирования, но это не истощает источник 11 из-за весьма малой мощности генератора). Если шарик не находится под герконами, то генератор не вырабатывает радиоимпульсов и при этом на выходе приемни 10 ка 24 формируется "0", следовательно, сигнал срабатывания не посылается.

Кодирование команды запроса сигнала срабатывания и наличие паузы после команды сводит к минимуму вероят- 15 ность ложного срабатывания излучате— ля 28 (что могло бы привести к преждевременному истощению источника 25) из-за снятия и возникновения шумов, не связанных с подачей команды 20

В режиме срабатывания оператор ожидает появления сигнала срабатывания (являющегося одновременно и сигналом ориентирования), отмечаемого на индикаторе приемника сигнала 25 срабатывания, находящегося на буровой. Если после начала режима ориентирования сигнал срабатывания не пос тупает (т.е. шарик не находится под гернами), то оператор медленно пово- 30 рачивает разгруженную буровую колонну, следя при этом за показанием индикатора. При появлении сигнала ñðàбатывания поворот прекращают. После этого корпус отклонителя известными

35 методами закрепляют в скважине и начинают бурение. Для оперативного контроля работы отклонителя команду запроса сигнала срабат . чания периодически (например, через 20-50 см бурения) повторяют. Если сигнал срабатывания не поступает (т.е. отклонитель отошел от линии своего действия), то описанной операцией проводят коррекцию положения отклонителя.

Каналом связи, соединяющим забой с поверхностью, является столб промывочной жидкости постоянного сечения (так как используются трубы гладкоствольные изнутри), по которому

50 распространяются ультра звуковые колебания в виде трубной волны. Поскольку у трубной волны геометрического расхождения фронта энергии нет, она может распространяться по оси сква-. жины на большие расстояния. В этом

45

7 11029 на генератор 10. Срабатывание герконов происходит только при нахождении, под ними шарика 4 (генератор 10 может вырабатывать радиоимпульсы и не

17 случае затухание определяется лишь поглощением в жидкости. Коэффициент поглощения ультразвука в воде на

-У -1 частоте 100 кГц составляет 25 -10 с .

В тяжелых буровых растворах и эагазированных жидкостях (особенно при низких давлениях) коэффициент поглоще— ния может достигать величины в 30

40 большей, т.е. уменьшение интенсивности излучения происходит для воды через каждые 4000 м, для бурового раствора (худший случай) через каждые 100 м.

После остановки насоса приемник продолжает оставаться в контакте с жидкостью в течение определенного времени, достаточного для приема сигнала срабатывания с излучателя, благодаря наличию подпружиненного клапана 15.

Современная портативная приемная аппаратура позволяет легко зафиксировать амплитуду давления 5 ° 10 Па.

Предлагаемый излучатель дает возможность на поверхности с глубины, например 1500 м при заполненной буровым раствором колонне труб амплитуду давления не менее 0,15 ° 10 " Па, что существенно больше разрешающей способности приемника. В случае технической воды интенсивность излучения может быть значительно уменьшена.

Эффективность применения предлагаемого устройства состоит в существенном повышении надежности выведения скважины в заданное направление и точности ориентирования, обусловленном отсутствием жесткой связи ориентирующего элемента (свободного п арика) с бурильным трубами в процессе ориентирования и бесконтактным его взаимодействием с магнитно-управляемым контактами. Кроме того, применение оперативного контроля (с учетом сигнала срабатывания как сигнала ориентирования) позволяет с высокой точностью следить за работой отклонителя в плоскости его действия и (при необходимости) производить корректировку его положения. Все сказанное сокращает количество отрицательных циклов искривлений и связанных с этим непроизводительных затрат, а также повьппает угол набора кривизны за цикл искривления путем увеличения длины рейса в 1,5-2 раза.

5 2

1102917 олу

f4(V сриа 7

Составитель И.Карбачинская

Редактор M.Парфенова ТехредЖ. Кастелеви Корректор В.Бутяга

Подписное

Заказ 4919/21 Тираж 565

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю ею лаю

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4