Устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины

 

C0IO3 СOBF Ic:KI1X

СОЦИАЛ ИСТ ИЧ = CK VIX

РЕСПУБЛИК (l9) (s»s Е 21 В 4 и О2 — — ф ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

:ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ вЂ” " :-:;.;,;::,,"" "!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4846867/03: -:- : :вом шарикоподшипниковыхойордва порш. (22) 02, 07.90 ., : .:,::;-::: - -: ня и эксцентричный груз, расположенный (46) 30,07,92, Бюл, N28,, между поршнями, в одном из поршней вы(71) Ивано-Франковский институт нефти йолнены проточные отверстйя, а в другом и газа -- . .. -: . ..:::::. .. :. установлены дроссель" и обратный клапан, (72)Н.Н. Ногач, Н.В. Петрук, Н.В.Лужэница " датчик зейитного угла расйоложен в неэа, T,А. Мамченко; О.А. Турянский, М.С. Бабяк .полненной жидкостью части корпуса и выи И.А, Коваленко : .... -:;: . . "..:: . полнен в виде рамки, направляющей, (56) Авторское свидетельство СССР : валика с отвесами, ось которого перпенди--

N. 1182159, кл, Е 21 В 47/022,1984. : кулярна оси вала, внутри рамки расположеАвторское свидетельство СССР .. : на кбническая зубчатая пара, в которой на

N. 1333768, кл. Е 21 В 47/022, 1985. -: направляюьцей закреплен пишущий эле- . мент угла положения отклонителя, вал-шес{54) YCTPOlilCTBO РЕГИСТРАЦИИ УГЛА терня и пишущий элемент датчика

ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ И ЗЕНИТ- зенитного угла, а на валике закреплено КОНОГО УГЛА СКВАЖИНЫ ::: лесо, На внутренней поверхности корпуса . (57) Использование: относится к бурению установлен цилиндр из прозрачного матенаклонно-направленных скважин турбин- риала для фиксации углов. Оси вала и валика ным способом, Сущность изобретейия уст- лежат в плоскости, перпендикулярной пло- ройство содержит герметичный корпус,, скости, условно проходящей через ось вала разделенйый обоймой на две изолирован- и направление центра тяжести эксцентричные части; одна из которых заполнена жид- ного груза. С целью предотвращения самокостью, пусковой узел, вал, установленный " произвольного проворота вала в процессе по оси корпуса с воэможностью поворота спуска в скважину устройство снабжено узвокруг нее. на валу установлены посредст- " лом стопорения, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к бурению наклонно-направленных скважин турбинным способом в нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам реги- страции 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.с бурения и спускают инклинометр на каротажном кабеле в бурильнйй инструмент для проведений контрольнйх 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 времени на проведение инклинометрических измерений (до

10 от общего календарного времени бурения скважины); опасность прихвата бурильного инструмента при проведении контрольных замеров в бурильных трубах и

1751303 инклинометра — при спуске в открытом стволе; отсутствие непрерывного контроля за траекторией скважины в процессе бурения.

Известно устройство для измерения зенитного угла скважины, которое состоит из отвеса, снабженного грузом с острым наконечником, шарнирно подвешенного в верхней части герметизированного наполненного жидкостью корпуса, узла 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 дает информацию 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 связанныемежду 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, устайовленное 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 руб.

50 контроля за траекторией скважины путем регистрации поло>кения отклонителя и зенитного угла непосредственно в процессе бурения и своевременной корректировки профиля скважины.

Устройство регистрации угла положения отклон«лтеля и зенитного угла скважины, установленное в колонне бурильных труб, представляет собой кинематически связанную систему, заключенную в герметичный 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 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 положения отклонителя, выполненíblë s виде эксцентричного груза и установленный между поршнями с возможностью полного проворота вокруг своей оси, а со стороны камеры регистрации установлен жестко соединенный с валом датчик зенитного угла скважины.и механизм регистрации углов, причем датчик зенитного угла содержит рамку, валик с отвесами, выполняющими функции чувствительного элемента датчика зенитного угла, размещенный в поперечном направлении на рамке, которая укреплена на валу та ким образом, что плоскость. условно проходящая через ось вала и ось валика датчика 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, Однако конструкция прибора не позволяет производить измерение параметров непосредственно в процессе бурения и тем самым не учитывает угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента забойного двигателя, что снижает точность производимых замеров, Отсутствие непрерывного контроля за траекторией скважины значительно снижает эффективность его применения, а необходимость в дополнительных спускоподьемных операциях снижает производительность выполняемых работ, связанных с дополнительными трудозатратами

15 Цель изобретения — повышение производительности и точности работы устройства.

Поставленная цель достигается за счет обеспечения устройством непрерывного

1751303 установленного в направляющей. а меха- Скорость продольного перемещения вала низм регистрации выполнен в виде ци- 13 с элементами задается величиной гидлиндра из прозрачного материала. равлического сопротивления дросселя 19, установленного в незаполненной жидко- установленного в нижнем поршне 15, на стью части корпуса, пишущего элемента 5 котором также установлен обратный клапан датчика зенитного угла, закрепленного на 20, служащий для ускоренного. возврата вавыходном конце вала-шестерни датчика зе- ла в исхбдное полбжение вверх для настройнитного угла. и пишущего элемейта угла по- ки на начальный цикл регистрации, В ложения отклонителя. закрепленного на верхнем пбршне14предусмотрены проточнаправляющей датчика зенитного угла, кро- 10 ные отверстия 21 для свободного перетока ме того, вал снабжен узлом стопорения, рабочей жидкости, верхний поршень содержит проточные ка- Со стороны регистрационной камеры 7 налы, а в нижнем поршне установлены на валу 13 установлен датчик 22 зенитного дроссель и обратный клапан. угла (фиг. 3). Датчик зенитного угла содерНа фиг, 1 изображено размещение уст- 15 жит рамку 23 с направляющей 24. В поперойства в компоновке бурильного инстру- речном направлении на рамке 23 размещен мента; на фиг, 2 — устройство регистрации валик 25 с установленными на его концах угла положения отклонителя и зенитйого уг- отвесами 26, выполняющими функции чувла скважины, общий вид; на фиг. 3 — вид А ствительного элемента датчика зенитного на фиг, 2 с изображением датчика зенитного 20 угла. При этом рамка 23 укреплена на валу угла и пишущих элементов. 13 таким образом, что плоскость, условно

Устройство 1 (фиг. 1) размещено в пере- проходящая через ось вала 13 и ось валика воднике 2 посредством верхней опоры 3 и 25, перпендикулярна плоскости, условно нижней опоры 4, имеющих каналы 5 для проходящей через ось вала 13 и направлепротока промывочной жидкости. В верхней 25 ние центра тяжести эксцентричного груза части прибора имеется метка 6 "нуль прибо- 18. Внутри рамки 23 размещена зубчатая ра", служащая для предварительного орйен- . пара; причем ее"колесо 27 жестко укреплено ти рова ния прибора по отношению к на валике 25, а вал-шестерня 28 установлен плоскости действия отклонителя. Перевод- в направляющей 24. На выходном конце ваник 2 устанавливают в бурильной колонне 30 ла-шестерни 28 закреплен пишущий эленепосредственно над турбобуром-отклони- мент 29 датчика 22 зенитного угла, а на телем(не показано), : определенном расстоянии,. ниже в той же

Устройство 1 регистрации угла положе- плоскости, к направляющей 24 прикреплен ния отклонителя и зенитного угла скважины пишущий элемент 30 угла положения откло(фиг. 2) состоит из двух камер: верхней ка- 35 нителя. Конструктивно пишущие элементы меры 7 регистрации углов и нижней камеры 29 и 30 выполнены в виде держателей с

8, заполненной рабочей жидкостью (напри- подпружиниванием сухих разноцветных мер, глицерином или техническим маслом). грифельных стержней. Для фиксации велиОбе камеры заключены соответственно в чйны зенитногоугла скважины, сучетом реметаллических герметичных корпусах 9 и 40 дукции конической пары, а также угла

10, соединенных между собой при помощи положения отклонителя внутри камеры 7 реобоймы 11, Кроме того, камеры 7 и 8 гидрав-. гистрации углов соосно,валу 13 установлен лически изолированы друг от друга манжет- цилиндр 31 из прозрачного материала, наным уплотнением 12, предотвращающим пример органического стекла. Для удобства переток рабочей жидкости в камеру 7 реги- 45 расшифровки кривых на внутренней стенке страции из рабочей камеры 8. Вдоль оси цилиндра 31, полученных в результате фикустройства 1 через рабочую и регистрацион- сации углов пишущими элементами, на его ную камеры проходит вал 13. на котором со наружной поверхности нанесена масштабстороны рабочей камеры 8 закреплены вер- ная угловая сетка. хний поршень 14 и нижний поршень 15 по- 50 Настройка времени свободного пересредством шарикоподшипниковых опор 16 мещения пишущих элементов 29 и 30 по и 17. Между поршнями 14 и 15 на валу 13 цилиндру 31 задается величиной гиджестко закреплен чувствительный элемент равлического сопротивления дросселя датчика положения отклонителя; выполнен- 19, регулирующего переток жидкости и ный в виде эксцентричного груза 18. Систе- 55 обусловливающего скорость продольного ма поршней 14 и 15, связанных с валом 13, перемещения вала 13 с элементами 29 и 30. предназначена для плавного регулируемого Для предотвращения самопроизвольного перемещения сверху вниз вала 13 с установ- проворота вала 13, а следовательно, и хаоленными на нем элементами ирдновремен- тического движения пишущих элементов в но является его подвижным центратором, прбцессеспуска устройства вскважинууст1751303 ройство 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 тро ик 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, расторма>кивает 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

25 кали отвесы 26 датчика 22 зенитного угла

50

5

20 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 B торце головки 11, выходит из зацепления с вилкой 32, в результате чего вал 13 приобретает возможность вращательного движения.

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.

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

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

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

Поскольку пишущий элемент 30 угла положения отклонителя расположен на определенном расстоянии (например, 10 мм) ниже пишущего элемента 29 датчика зенитного угла, кривые замеров углов будут смещены 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 вызывает торможение шкива 38 лебедки 35, движение вала13 прекращается, а вместе с ним — снятие показаний, Для настройки прибора на начальный цикл работы необходима снять крышку 34 пускового узла, поднять вал 13 с закреплен1751303

10 ными на нем элементами, обегпечивая переток жидкости в нижнюю часть камеры 8 посредством обратного клапана 20. Применение устройствз регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины непосредственно в процессе бурения позволяет учитывать угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента забойного двигателя и вносить необходимую коррекцию, Регистрация зенитного угла скважины позволяег оперативно принимать решения по раннему исправлению возможных от гуплений 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 кзк на определенных участках ствола, так и в конце рейса бурения, исходя из известной зависимости угла установки отклонитепя.

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 дат иком зенитного угла, о т л и ч а ю щ е c я тем, 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 изолйрованные друг от друга части, одна из которых заполнена жидкостью. шарикоподшипниковыми опорами, 5 дросселем, обратным клзпаном, двумя поршнями, установленными на валу посредством шарикоподшипниковых опор, в одном из поршней выполнены проточные отверстия, а в другом установлены дроссель и

i0 обратный клапан, при этом датчик зенитного угла расположеH в не заполненной жидкостью части корпуса и аыполнен в виде

pBMKvi, направляющей, валика с отвесами. ось которого-перпендйкулярйа"оси вала, и

15 расположенной внутри раглки конической зубчатой пары, состоящей из закрепленного на валике колеса и закрепленного на направляющей вала-шестерни, механизм регистрации углов расйоложен* в- не запол20 ненной жидкостью части корпуса и выполнен из установленного на внутренней поверхности кбрпуса*"ц1>глйндра из прозрачного материала, закрейленного йа выходном конце вала-шестерни пишущего

25 элемента датчиКа зеййтнбго угла и закрепReHHoI на направляющей пишущего элемента угла поло>кения отклонителя. причем корпус вы пол нен герметичн ьгм, эксцентричный груз расположен на валу между порш30,нями, а оси вала ивалика лежат в плоскости, перпендикулярйой плоскости; условно проходящей через ось вала и направление центра тяжести эксцентричйого -груза, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е35 с я тем, что, с целью предотвращения самопроизвольного проворота вала в процессе спуска в скважину, оно снабжено узлом стопорения.

1751303

1751303

Составитель Ю.Лупичева

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор М.Бандура

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2669 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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