Сейсмоакустический способ контроля бурения глубоких скважин

 

Изобретение относится к бурению; скважин и позволяет расширить функциональные возможности за счет определения координат забоя скважины при бурении. Измеряют скорость распространения сейсмоакустических сигналов в среде. Задают длину стороны измерительного треугольника (Т), которой определяют частоту тактовых импульсов для измерения временнйх 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Я2 «, 1752942 А1

51) 5 Е 21 В 47/022, 47/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автаскомм свидвтвпьслтВм. ж вдавав юв

Изобретение относится к горной промышленности, s частности преднаэ" начено для определения координат забоя скважины при бурении.

Известен способ, согласно которому емкостной датчик располагают у конца бура, измеряют угол отклонения оси скважины, преобразуют результат из:мерения в электрический сигнал, по

t 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 прямолинейности бурения наклойных скважин из"эа невозможности осуществления контроля отклонений от прямолинейности в го1,2 (21) 4793004/03 сти. В вершинах Т устанакгвлливагют " (22) 13 11.89 сейсмопреобраэователи и определяют (и6} 07.08.92. Бел. 1г 29 - длл каждого Г еадержки времени лри(71} Государственный проектно-кон- .; хода сейсмического сигнала с забоя. структорский и научно-исследователь- ". „, Принимают эа йлачало отсчета одноский институт по автоматизации уголь-." именные биссектрисы Т. Для каждого ной промышленности . ::"-.":;. Т определяют примерный азимут на.(72) Л.В.Кинокуров, Ю.Н.Камынин, "-. .хождения забоя. Вычисляют для каж-

Г. Ф.Чупановскии и S.Ë.Õîèåíêî :::,;,::;.: -дого Т отношение наименьшей -задерж(56) Патент Польши Р 138278, ".-";:."::.:: ки и меньшей, по которому уточняют кл. Е 21 В 47/09, 1987. -: : ;:;:.::.:;: .азимут . Строят T на основании, Авторское свидетельство СССР ;.:.";.,:,.: соединяющем центры двух илоэг мгекритель Н 402639, кл. Е 21 В 45/00, 1966.;:;. -:-ных Т и двух лучах с йаойкденными ази(54) СЕЙСИОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТ-: "::мутальными углами. Вычисляют внутренРОЛЯ БУРЕНИЯ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН .-- " ние углы этого Т между основанием и (57) Изобретение относится к бурению, . - лучами; Строят прямоугольную систескважин и позв6ляет расширить Функ- -. : : му коордийат, начало которой совпа циональные возможности за счет .:„„.::,.-::,:,: дает с центром первого измерительопределения коордийат забоя скважи- ;:. ;., ::,:ного Т, а ось абсцисс - с основанием ны при бурении. Измеряют скорость " нового Т. Определяют абсциссу и орраспространения сейсмоакустических - дийату забоя скважины и максимальйую сигналов в среде. Задают длину сто- задержку временй для уточненногго азироны измерительного треугольника мута, по кот9рой вычисляют угол ме(Т), которой определяют частоту так- . ста забоя. По найденному значению товых импульсов для измерения времен" угла места определяют амплитуду зань1х задержек. Различают в стороне .. боя. По йзменению-координат забоя от устья скважины два равносторонних определяют среднюю скорость бурения

:Т и ориентируют их в одной плоско- ".- .-" - и длину пробуренной скважины. 6 ил. т определяют наибольшей угол места

3 1 $2942 4

Ризонтальной плоскости, сниженйе на- ности ности сеисмического сигнала с забоя дежности из-за ненадежности ак аку- бурящейся скважины, — регистрацию сейстического контакта в буровом ставе, смическ смического сигнала осуществляют сей" а также невозможность дистанционно- 1 смоприемникам р смоприемниками, размещенными в верб ении и .ос го измерения глубины скважины при 5 шинах двух равнбсторонних треугольсо сторонои, равной О, урении и .осуществления дистайцион-: йиков со стор " 1., " g,5ного оперативного .контроля выпол-..:, 2 0 м Р Л -" * неннои работы. Кроме того нет воз- н . -. :., м, Расположенных на расстояний р б . Кроме того, нет воз" " между их цейтром 1„ равном 100-1000 м, можности контролировать одновременно,: 10 определяют скор 7 бурение нескольких скважин с помо» -; с скорость распространенйя сеисйбакустйческой волны в среде,; . щью Одного и того -Фе- технического Определяют за Ф ью о ног и :, определяют задержки времени t; при"средства.. . сре ст . - . . . - . . хода сейсмйческой волны на сейсмо-

Наиболее близким ho технической прием приемникй относительно ближайшего . сущности к предлагаемому является ., 1 к источн к к ис очнику сеисмического сигнала .:. способ; в которОм в качестве сигйа-.,, сеисмоприемника, по которым для каждо ла, несущего информацию, используют, го треуго распространяющиеся в толще пород Уп - деляют азиму Л С -: деляют азимутальные углы с -" : нахожругие колебания, возникающие в про" .: д и б дения забоя скважины цессе бурения, Сейсмические колебания, 20 возникающие в процессе бурения рас,", " у

Яд= -. +аксаями t U/1, пространяются на расстояния 7-10 км .и воспринимаются сейсмоприемниками .: q),я = arcsin t< U на поверхности. Сейсмоприемники :- р = 60 — ",Vi i ф„ = -агсз1п t V/ устанавливают в мелких скважинах 25

1 для ослабления воздеиствия на них, пРийимают ЦентР ОДйого из тРеУгольколебаний, производимых наземным:;. ников за начало пРЯмоУгольной сиСтв" оборудованием, а также для меньшего мы ОРДинат так, чтобы центр ДРУI

Ослабления сейсмических колебайий, гого треугольника был Разиец ен йа вызываемых работой долота при про-. «0 оси абсцисс системы, .в которой оп" хождении ними слоя наносных пород, РеДелЯют номе (n) 30-гРаДУсного

Ilo параметрам сейсмических колеба- . сектора нахождения забоя бурящейся, ний судят о скорости вращения долота скважины для каждого треугольника и скорости бурения скважинь!. ОпРелелЯют ДлЯ кажДого тРеУгольника

Известный способ не обладает спо- вели"è"H> отношениЯ б наименьшей

coGHocòüþ контролировать прямоли- .. задержки к средней, уточняют вели" нейность бурения из-за отсутствия чину ранее определенных азимуталь"

Н8М призна"ков- Ао размещению сей " ных. углов У5 и V4 по формулам смоприемнйков в пространстве прие-;,",,,: — "0 1 С ) му и обработке сейсмических .колеба- 4О T n=2k+f" ний. Второй недостаток - низкая точность Определения скорости бурвния," так как параметры (амплитуда, y = 30 п-(1-е }1 - 100 частота и форма) сейсмических колебаний; на основании которых судят о .скорости, сильно зависят от многих : Определяют наибольшую Т для угла (р факторов: расстояния, слоистости, расположенного в начале координат, трещиноватости, влагоносности и др . по одной из привед нн ф

° о одной из приведенных формул

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет, gg т = eðó.в „(60 + ) контроля прямолинейности бурения скважины и -повышение точности дистан4 ", 1 . <

I Т< = — ° 8111 (.ционного определения скорости буре-: . U ния за счет определения координат забоя скважины при бурении. - sin(60 -(о ) „

Указанная цель достигается тем, что согласно сейсмическому способу по этой задержке 7 и контроля бурения глубоких скважин, измеренной задержке с и

:включающему регистрацию на поверх- j3 по формуле;

1752942 между М) и UV, S, S>, "з пРо екции сторон треугольника AK на прямую,. которые равны

S = 1sin(60 + g), P = лассоs t/ 1, определяют по уточненным азимуталь", ным углам прилегающие к оси абсцисс внутренние углы М, и оl образовав- 5 шегося треугольника с третьей вераиной на забое. с.кважины, 82 = )sin<(, S> = 1з1п(60 p ); на фйг. 2 - чертеж, и» оясняющий переф, = Ц - 30, 0 = 210...-<Ц-" -.: 1»p ход от за»кбн»а йзмене»ни»я линейных про1 3 2 ...,. Фр екций сторон равностороннего треопределяют по этим углам и расс "я . угольника на прямую, вращаю ухая вонию между центрами 1 абсциссу Х и круг центра,реу, :,-льника к закону орлинату У < источника сеисмическб о : изменения задержек Време»ни в зави. 5 сйМЬс»ти» бт направлеНия йрихбда сейсмо1. sinh ã . » ).. " .-- акустического сигнала к равносторон-:

Д ц, " ..- нему тр»е»угольнику ЯВС, в вершинах которого ус»тановлены сейсмоприемники; !. Бж )" » . .. (t и tg " задержки времени npuxosin 07, . ) 20 да сигнала к сейсмоприемникам отно сительйо сейс»моприемника, йринимаюа затем определяют айпликату Z за- " щего сигнал пер ым, t - задержка .»2 боя скважины — — tg p нала к второму и йоеле»д»нему сейсмо25 приемникам 0 - центр равносторон

7 по найденным абсциссе, ординате, ап- - него треугольника, - угол между пликате судят о нахождении координат направлением прихода сигнала и начазабоя, а затем по величине прироста лом отсчета; Я - направление прикоординат определяют скорость С, хода сейсмоакустического"сигнала; бурения скважины 30 AD — биссектриса начала отсчета- пеленга протйв часовои стрелки, с,„, С = 0,1 ЬХ + Ь7 + ЬZ, см!мин 2, сg - зарегистрированйое текущее время прихода сейсмосигнала к и глубину d пробуренной за смену- -,ейсмопрйем»нй»к,-ам- в--верш»ин»а»1-,;-,-е скважины угольника АВС, Т = 1/7 — время);

2 + 2+ 2 „ . на Фиг. 3 - график завиеимости ази 35 мутального угла (пеленга) от порядгде X Y Z †координ»аты забоя "" кового номера сектора и и величины б

4 скважины в начале (где - отношение наименьшей .задержсмены . .: . : 40 ки к меньшей для нечетных ri = 1,3, . Х2, У2, .Z< — координаты забоя -- „:.: : ::::., 5,7,9,11 и четных и 2,4,6,8,10, скважины в конце::, .:12,30-градусных секторов круга); на смены. :.::,- .- .:;,,.-.. -. Фиг.4 - черт»ея, поясняющий нахождеОсновой данного изобретения явля-:.." ние угла места ф (Р - горизонтальется теорема, заключающаяся в тоМ,:: ; g ная плоскость, О - вертикальная плочто если некоторая прямая UV„ coa-- ". :. - скость; А, В и С - вершины равнопадающая первоначально с одной из,. :.. стороннего треугол»ьйика, (р - уточбиссектрис AD равностороннего тре" "-"".: -: йенный азимут йсточйика сигнала (за" угольника АВС, вращается в плоско-.: ".. бой скважины), t, — измеренная задержсти треугольника вокруг его цейтрв," 50 ка времени, в соответствии с фиг.2 то проекции сторон треугольника на " t будет равно t<, Т - задержка эту прямую изменяются по закону,," -::;. ::-- .:::вр» е»меии» для уточненного азимута, синуса ..: : -:..:, Я -. направление прихода сигнала);

На фиг. 1 представлен чертеж,. :, ;.. : на фиг., - схема раэм»ещения сейсмопоясняющий суть теоремы (АВС - ра6" - >> приемников отн»ос»ител»ьйо устья и за-носторонний треугольник со сторо-":", "" -" :: боя скважины, на фиг.6 - устройство, ной 1, AD — биссектриса угла А, ",:,;.. :;,реаЛизуйщее способ.

UV — прямая, первоначально совпадай " -" . "8" йрв»д»ласкаемом сйособе измеряют- щая с биссектрисой АП, Q - угол -,-. ::": " .ся не- проекци»и сто»р»он»»треугольника, A4 М. —:1752942 а задержки времени с,, при- хода сейсмоакустического сигнала в вершины равностороннего треугольника.

Если обозначить буквой v -скорость распространения сейсмоакустического сигнала, то в общем случае !

S/V где S - путь пройденный сигналом; и — время прохождения пути.

Схема (фиг.5) включает рабочую площадку 1, устье 2 скважины, забой

3 скважины, сейсмический сигнал 4, сейсмопреобразователи первой группы, 5 и второи группы 6, центр первой ч

15 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 содержйт сейсмопреобразователи схемы 13 и 14 измерения задержек 2 времени поступления сигналов в различные каналы приема, каналы 15-17приема сейсмосигналов и измерения задержек времени, усилитель -передатчик 1,8, приемник-преобразователь 19, З компаратор 20, формирователь 21, RS-триггер 22, двоичный счетчик 23, схему 24 -совпадения, генератор 25 тактовых импульсов и вычислительный блок 26.Схемы 13 и 14 измерения задержек . времени абсолютно идентичны. Каждая из этих схем содержит три идентичных канала 15-17 и схему 24 совпадения на три входа и один выход. В каждом 4О канале содержится компаратор 20, который пропускает положительные полуволны преобразованных сейсмоколебаний, формирователь 21 прямоугольных импульсов с длительностью, равной длительности полуволны на уровне 0,25 от максимума амплитуды и преобразователь 19 для создания из двуйолярнйх электроколебанйй"одйополярных, например, положительных полуволн.

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

Т sin (60 +(р)

h .. о л л

e =c> — с = т sing

2 )

= T sin (60 — g), л. л

Если учесть, что сейсмосигнал к равностороннему треугольнику может приходить в плоскости с любого направления, то по аналогии с вращающейся прямой формулы для задержек времени будут (2) t = - sin (6O +V), 1 ° о

1 — sin f, 1 . о

= — sin (60 - );

Если задержки времени каким-либо методом измерены, то согласно Фиг.2 угол (определяется однозначно (= -60 + arcsin

Т блока может служить, например

J микроЭВМ CM-1800, которая предназна- чена для широкого применения в сис- . темах контроля. Данная микроЭВМ снабжена печатью и дисплеем.

Длина стороны 1 равностороннего треугольника задается в пределах

0 5-2 м. Она задается также, как и частота генератора в зависимости от обеспечения необходимой точности.

Треугольники для установки сеймоприемников (фиг 5) размещаются на коренных горных породах и ориентируются в горизонтальной плОскОсти, а центры треугольников размешаются друг от друга и от устья скважины на расстояниях 100"1000 м в зависимости от планируемой глубины скважины.

При этом рекомендуется пользоваться формулой из теории ошибок п

< где P ..- - р асстояние от устья скважины;

E :„ - планируемая глубина скважин.

Основания треугольников располагают на одной прямой. Сейсмоприемники и усилители устанавливают на горном массиве, а остальные элементыв отдельном помещении.

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

52942

arcs inâ т (4) !

1 где Т = — — время, в течение которого сейсмоакустический сигнал пройдет путь, равный длине стороны равностороннего треугольника 1, которая задается, При заданной 1 определяем часто- 15 ту f по экспериментальной Формуле (s) 1/100 o V/f где V — - скорость распространения сейсмоакустических импульсов в массиве горных пород, который выбран для установки сейсмоприемников, f — частота следования электри- 25 ческих импульсов, служащих для измерения задержек времени.

Порядок и пределы использования найденной экспериментальной Формулы 30 (g) следующие. После измерения скорости V распространения звука в горной породе на месте установки сейсмоприемников, которая может быть измерена, например на стенде в ла.бораторных условиях, или на местности с помощью двух разнесенных

Да t2

2 а < 2 а— н

Нет

Ла

«,-н и с

Нет 2>т < 2> 2 Е< Е< >

Да сс с нс, Нет й- < 2 Э

Да

tt> с

: н*

С<(tg — — но-е2 ш

Да п 9 с -сн э

Нет

2Ь t3 t< t2 tS й<) . n< < пы ff4 с с -сс сс>с н о (Р = 60 — arcsin — > т 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.

Пример. Пусть 1 = 1 м, Ч = — 2000 м/с, счетчик на 100 импуль- сов. Тогда 1/100 - 200/f; f = 200 кГц.

Принимаем 1 = 1, f = 200 кГц.

Максимальные амплитуды сейсмосигнала при бурении. лежат в диапазоне частот ff= 100-500 Гц. Наименьшая длийа волны A, будет Q V/f

= 4 м, т.е. Q > 1. Следовательйо, при выбранной 1 = 0,5-2 м невозмож- . ны случаи приема разных полуволн сигнала при измерении задержек вре-, MBHN tf ° tg ° З

Однако угол (по Формулам (4) определяется с некоторой ошибкой, если источник сейсмоакустических импульсов (бур) распрложен не в плоскости треугольника. Для устране. ния этой ошибки принимают центр равностороннего треугольника за центр окружности, разбивают эту окружность начиная от биссектрисы начаЭ о ла отсчета, на 12 секторов по 30 каждый, определяют грубо((фиг.3), который будет лежать в пределах одного из секторов, а порядковый номер п сектора определяют по алгоритму!

17529««2

После определения и уточняют ази- мут (по формулам (6) и (7) .

Если и представлено нечетным числом, то

1« =)Ой(1-e . ) + 10б > 16) 20

n=2k+1 а если п представлено четным числом ! — «,2.

<)1/ = 30 С -(1 )) -105 >

fn=2k (7) наименьшая задержка средняя задержка

Формулы (6-8) получены на основании исследований, которые показали (фиг,4), что с увеличением угла места Р возрастает ошибка в определении азимутального угла (P . Кроме того, при изменении угла места Р и при постоянном С, задержки времени изменяются пропорционально своим первоначальнь«м величинам. 25

В связи с 5тим было доказано, что при постоянном Ц) и изменении угла места (5 от 0 до 90 отношение наименьшей задержки времени к средней задержке есть величина постоянная, которая обозначена буквой 6 и получена формула (8). Относительно заданного начала отсчета (биссектриса угла А), который проиЗводится против часовой стрелки, построили зависимость (It = f((),n), представленную на фиг.3, а затем на основании существующих методик и научного опыта найдены Формулы (6 и 7), которые с высокой точностью опись«вают, график

4О на фиг. 3, и по которым определяются азимутальные углы р при различных углах места Р, 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 и t, à t не измеряется„, но на фиг. 2 следует, что t> =

g2 т.е. может быть вычислена, если измерены две другие задерж ки времени. В предлагаемом алгорит,ме разность С,« — t для данного направления N используется, но уже не как измеренная величина задерж:ки, а как вычисленная задержка времени. Гаким образом, в алгоритме для каждого случая в диапазоне 0360О одна из задержек времени вычисляется.

После определения уточненных азимутов g, = 8 и g = t0 (фиг.5) для каждого треугольника образуют треугольник 7, 3, 8 из прямой «. =

= О«02 = 7-8 и двух азимутальных

npRMbIx на бур, пересекающихся в точке 3, вычисляют углы между этими прямыми и прямой L по формулам

0 )« =g 30

C« = 2t0 — (д (9) принимают оси прямоугольной системы координат с центром 0« = 7, совмещая плоскость координат YX с плоскостью треугольника, а ось абсцисс

Х с L = 0«0.0 вычисляют сторону . треугольника Ь = 7-3 по формуле

). sinhz

b = - — —.— —- (10)

sin )У ) а затем вычисляют координаты Х и у„ (абсциссу и ординату) по формулам

X « = b sin(90-Oe,) (11)

Y« = Ь соз(90 -Ж,), (12)

После этого определяют задержку

Т«для уточненного азимута по Формулам

Т1 = Т sin(60 + (p), о

Т = Т ° sin(P, Т « = sin(60 — $ )

«)

1 берут соответствующие задержки t и Т« определяют угол места по формуле

arccost/Ò, (1 ) а затем определяют аппликату бура по формуле

Z=b tgfb, (15) определяют среднюю скорость С бурения за контрольную единицу времени

С = 0 1 ---, (16) см мин где Д Х, Д Y, Q Z — приращение координат, определяют количество выполненной работы (длину пробуренной скважины) за смену (Z -2,) м, (17) 17529"2

13 (3) 1

t - =- sin((, .1 . о

= — s in (60 — P)

3 ) Т = 7 sin(60 +(P), (13) (14) P = arccos t/Ò1 где Х, У<, 7,1 — координаты забоя скважины в начале смень:, Х, Y, Z — координаты забоя скважины в конце смены. о

Ограничение сектора углом в 30 обьясняется математически. При изменении азимута (пеленга) на 30 про- 10 тив часовой стрелки относительно начала отсчета (фиг,2) будут меняться в формуле .(8) при переходе через 30-й градус наименьшая и средняя задержки времени, по которым определяется 15 порядковый номер сектора (см.алгоритм). Например, в секторе V 1 и = 1, т.е. 0-30, наименьшая задержка а средняя — t>, в секторе Г 2, и = 2, О т „е. 30-60, наименьшая задержка - 20

t>, а средняя - tz, в секторе М 3, n = 3, т.е. 60-90О, наименьшая задержка tg, а средняя t 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 30 среде, задают сторону 1 равностороннего треугольника в пределах 0,5-

2,0 м, определяют частоту f такто"

Bblx электрических импульсов, с помощью которых измеряют задержки вре- 35

U мени, по, формуле 1/100> â€, размечают в стороне от. устья скважины на расстоянии 100-1000 м два равносторонних треугольника, центры которых 40

7 и 8 разнесены в пространстве на

100-1000 м, измеряют расстояние между центрами, ориентируют треугольники

s одной плоскости, устанавливают сейсмопреобразователи в вершинах 45 треугольников, измеряют обособленно в вершинах каждого треугольника задержки времени с помощью тактовых электрических импульсов, вводят задержки в память вычислителя 26, при- 50 нимают за начало отсчета азимута за" боя скважины одноименные биссектрисы треугольников задержки времени прйхода сигнала в вершины каждого тре- угольника в зависимости от направ-, 55 ления (азимута)(описывают формулами о

t = 1/Ч ..in(to +(Е), определяют для каждого треугольник порядковый номер 30-градусного сектора, n — для первого треугольника и п - для второго по предлагаемому алгоритму, что соответствует грубоо o му определению азимутов <. = и, 30 о 1 и P< = п 30, вычисЛяют для каждого треугольника 6, равную отношению наименьшей задержки к задержке, которая служит для точного определения азимута, определяют уточненное значение азимутов Ц и Ц по экспериментальным формулам

= ЗОп(1- е ) + 105 (6)

-Ыб п=2k+ I

p (: = ЗО(п-(1-е }) — 10G, /n=2k (7) строят треугольник на основании

=.7-8 и двух лучах с найденными азимутальными углами на забой, пересекающихся в точке 3, вычисляют внутренние углы между основанием и лучами 0 = Ц - 30, g = 210 — <, принимают оси прямоугольной системы координат с центром 7, совмещая соь абсцисс Х с основанием треугольника

Ь, вычисляют сторойу треугольника

3 7 - b

Ь = (1 ° sin0(<) /sing (10). затем вычисляют абсциссу и ординату забоя скважины а

Х, = Ь sin(90 -Ф,), („)

Y = Ь cos(90 -М,); (12) определяют максимальную задержку Т для уточненного азимута по одной из формул:

Т, = T«sing

Т, = Т sin(60 - Q) берут максимальную измеренную задерж,ку и определяют угол места Р забоя скважины

1752942

16 см/мин, С = 0,1 (16) 17) а затем определяют третью координату (аппликату Е забоя скважины

Z b tg(5 (15) определяют среднюю скорость С бурения за контрольную единицу времени, например, 10 мин: где а Х, У, Ь 2 — приращение координат за единицу времени (10 мин) .

Определяют количество выполненной работы (длину пробуренной скважины) за смену где Х, Y<, Z< — координаты забоя скважины в начале смены, Х, 7, Z — координаты забоя скважины в конце смены

G- велич йна, которая характеризует неизменность отношения наименьшей задержки време. ни к меньшей при изменении угла места Р и при постоянном азимутальном угле Ч, а при постоянномф и переменном (величина изменяется в пределах от 0 до 1 s каждом 30-градусном сектаре круга (фиг.3).

Указанные расстояния P = 1001000 м установки сейсмоприемников выбраны в соответствии с научными рекомендациями. Важнейшая из. нихне допустить ошибки при определении координат забоя скважины. Эта ошибка мииимальна, когда лучи от равносторонних треугольников пересекаются на забое скважины под углом 90

Однако реализация способа затрудняется при увеличении расстояния, так как сейсмоакустический сигнал ослабевает и становится нерегистрируемым. На основании этих двух противоРечивых и одновременна существующих событий выбраны указанные расстояния, которые могут опреде1 ляться по формуле Р = - D где D

2 и

П плайируемая глубина скважины.

Устройство работает следующим образом.

При бурении забоя скважины образуются сейсмоакустические колебания, которые принимаются сейсмоприемниками 5 и 6 схем 13 и 14. Причем этот 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 однополярные, например в положительные полуволны, Если сигнал по величине превосходит заданный уровень, то он проходит через компаратор 20 и поступает на формирователь 21, где формируется прямоугольный импульс с длительностью, равной длительности полуволны. Затем этот прямоугольный импульс .поступает на вход R RS-триггера 22. Триггер опрокидывается, при этом дается разрешение счетчику 23 вести счет импульсов, вырабатываемых генератором 25 тактовых импульсов (ГТИ), а также поступает сигнал на вход схемы 24 совпадения, Через некоторое время сейсмический сигнал 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 в результате счетчик 23 левого канала тоже начнет считать импульсы, вырабатываемые ГТИ 25. С приходом этого же сигнала к третьему сейсмоприемнику 5, включенному в правый ка" нал схемы 13, соответственно срабатывают все элементы правого канала и в том числе триггер 22. При этом на входе схемы 24 совпадения одновременно существуют три сигнала, она срабатывает и от ее выходного сигнала, поступающего на S-входы тригге ров 22, последние перейдут в исходное состояние, вычислительный блок

26, считывает показания счетчика 23 схемы 13. После этого схема 13 снова готова к приему следующего сигнала, 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 сейсмосигнал от бура достигнет сейсмоприемников схемы 14. При этом s соот18

17529М чает сейсмосигнал, при этом бурение нисходящее.

Для первого треугольника с центром 7 t» = 35 имп., t2 = 69 имп. — t<- t < = 3»» имп, Определяем порядковый номер сектора по алгоритму n = 3, т.е. азимутальный угол попадает в третий сектор. Определяем величйну 6 =

34

t 3/ 1 ч5 ° .Определяем уточненный азимутальый угол для первого треугольника по формуле (6}:

О{, =Qg-30, . н ф = 210 -Ц4 где, согласно фиг.5, Ц, = 9, д = 10.

После этого по известной величине расстояния L = 7-8 (фиг.5), вычисленным углам 0(и К2 в блоке 26 вычисляется сторона Ь 7-3 треугольника 7-3-8, координаты Х и Yj местонахождения бура, задержку Т для уточненного азимута, угол места

t P и аппликату местонахождения бура 25 по формулам (10-15).

Таким образом определяются коор" динаты забоя скважины в момент бурения. Затем в вычислителе 26 по предложенным формулам (16 и 17} вычис" QQ ляется средняя скорость бурения за единицу времени и длина пробуренной скважины за смену °

Пусть расстояние между центрами измерительных треугольников (фиг.5}

7-8 = L = 500 м. а расстояние от центра каждого треугольника до устья скважины тоже равно 500 м. Скорость распространения сейсмосигнала U =

= 2000 м/с, стороны треугольника 4п

1 = 2 м. Тогда Т = 1/V = 1 мс - это" время, в течение которого сейсмосигнал пройдет путь, равный длине стороны 1. Используя формулу (5) имеем 45

= 89 10 ж90.

Для второго треугольника с- цент- ром 8 t< = 35 имп., t+ = 70 имп., = 35 имп. Порядковый номер сектора = 5. Определяем величи35 нУ Q = Е»/t2 = -- = Ф-.

Определяем уточненный азимут для второго треугольййка :

=89 10 «90, Строим треугольник 7-3-8 и определяем внутренние углы между основанием L = 7-8 и лучами 7-3 и 8-3 для первого треугольника о(, = о (— 30 = 60, для второго треугольника М = 210 - gq = 60

Вычисляем сторону 7-3 = Ь треугольника

7-3 = b .= (L sing<)/вй Ь » =

500 sin60

= 500 м, вхпбО

1/100 ) 7/f

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

Определяем максимальную задержкуТ для уточненного азимута треуголь-.

» ника, центр 7 которого расположен в начале координат по одной из фор1. ветствующей последовательности сра- ..батывают каналы схемы 1»» и элементы каналов, а вычислительный блок 26 по данным счетчиков схемы 1»» вычисляют еще один азимут (по тому же алгоритму и формулам (7 и 8), но с новыми задержками времени, Затем в блоке 26 вычисляются углы б » и между

I соответствующим направлением на бур и прямой. Углы О(, и 0 вычисляют по формулам

2/100) 2000/f, f ) 100 кГц. Выбираем E =.,: - .-»- 0

100 кГц.

Тогда Т = 1 мс = 100 тактовых импульсов. 3а начало декартовой системы координат принимаем точку 7, при этом ось Z направлена вверх, а ось Х совпадает с прямой Ь. Коор-, динаты устья скважины в метрах будут (220, »»30) . Пусть забой скважйны в точке 3 в процессе бурения излу"

Cpq/ = 30п(1-е ) + 106=

1,аб

n=2k+1

P/ = 30n(1-å ) +100 =

-»,26 n--2k+1

= Ь sin(90 -C<) = 250 м

Y» = Ь cos(90 -М») =»»30 м

1752942

20 льная за,. принимают центр одного иэ треугольников за начало прямоугольной системы координат, так чтобы центр другого треугольника был размещен на оси абсцисс системы, в которой определяют номер (и) 30-градусного сектора нахождения забоя бурящейся скважины для каждого треугольника, определяют для каждого треугольника величину отношения б наименьшей задержки к средней, уточняют величины ранее опрелеленных азимутальных углов Ц> и (f» no формулам

-f„25

g » = 30л(1-е " ) + 10G >

/= . забоя

/100 =46 . забоя

gyes/ = 30 (а(1-е ) — 100, гб 1

20 n2k определяют наибольшую задержку Т для угла. (, расположенного в начале координат, по одной из приве25 денных формул

С 2 см/мин.

1 . о

Т(= —. sin (60 +<уз) 1

Т1 = — sin(P> Ä

d -=12 м.

Формула изобретения

Сейсмоакустический способ контроля бурения глубоких скважин, включающий регистрацию на поверхности сейсмического сигнала с забоя буря- З5 щейся скважины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения

Функциональных возможностей, регистрацию сейсмического сигнала. осуществляют сейсмоприемниками, размещенными в вершинах двух равносторонних. треугольников со стороной 1, равной

0,5-2,0 .м, расположенных нв расстоянии между их центрами L, равном 100-1000 м, определяют скорость V рас- 45 пространения сейсмоакустической волны в среде, определяют задержки времени t ïðèõîäà сейсмической волны ма сейсмоприемники относительно ближайшего к источнику сейсмического 50

° сигнала сейсмоприемника, по которым для каждого треугольника по форму лам определяют азимутальные углы Cp .нахождения забоя скважины

t (, -60о +arcsint < V/1,, 55

Я = arcs int Ч/1.

Ц1 ь * 60 - arcsint> V/1 т = — (60 -g,)

1 о

V ф = krccost/Т

Мг= 210 — Ц » мул (13) . Поскольку максима держка из числа измеренных

Т1 = Т sin pq= 100 имп.

Определяем угол места 8 скважины по формуле (14):

P = arccost

Определяем аппликату скважины

Z = Ь tg P = 500 tg 46 = 520 м.

Таким образом, координаты забоя

;скважины Х < и У < совпали с координатами устья скважины и равны 250 и 430 м, а координата 2 (глубина) для забоя скважины составила 520 м.

Скважина пробурена до глубины 520 и прямолинейно.

Определяем через. каждые 10 мин среднюю скорость С бурения. В данном примере изменяется только аппликата Z, поэтому по формуле (15) имеем

Определяем по формуле (17) глубину d пробуренной за смену скважины определяют пр этой задержке Т и наибольшей измеренной задержке t угол места (3 по Формуле определяют по уточненным азимутальным углам прилегающие к оси абсцисс внутренние углы (, и о образовавшегося треугольника с третьей вершиной на забой скважины определяют поэтим углам и расстоянию между центрами L абсциссу Х< и ординату У < источника сейсмического сигнала

Ь sinks. o

X = — —.— — э1п(90 -О )

81ПО, 7 = з(90 — 0 )

sin а затем определяют аппликату 2< забоя скважины

С = О,! см/мин, f6 ь

L я1пЮ, Е( по найденным абсциссе, ординате и аппликате судят о нахождении коор- динат забоя, а затем по величине прироста координат определяют ско" рость С бурения скважийы

1752942 22 и глубину Д пробуренной за смену скважины

/ г 2

d = (Х -Х,) +(Y -т, ) +(г;К, ), м,, где Х, 7, Z, — координаты забоя скважины в начале смены, Х, Y<, Kz — координаты забоя скважины в конце сменЪ ;

1752942

1 фиг,5

« У

Ю n 1 I

fJ . P-- — 1- « Ф4 ! I !

I ! ! !

I ! !

l !. ! !

-! !

I !

I

Составитель К6инокуров

- Редактор Н.Яцояа Техред ц, яо»ргентал Коррек70Р О.Русти

» ««»» »«»«» «»«» ««»»»»»»»йаleеааааю»Фа ° 4»»»»»»»»&аОММ»»» ю»»»» ф»

Заказ 2742," . : Тирам ":. - :::::--..;; !1оддисное

ВНИИПИ Государственного комитета ao йэобретекиям н открытиям прй ГКНТ СССР

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

»»ее»»» »»в» »йвййааЬааМм »вав» а»м»»»еъв й»4»юане»в«м» мю»»»ю»м» «

Производственно-издательский комбинат «Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 1 . 1