Устройство для определения кривизны ствола скважины

 

Использование: в области бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения, устройство содержит корпус, полусферу, установленную на выходном валу, понижающий редуктор, выходной вал которого соединен с валом забойного двигателя , стальной шарик, свободно расположенный, на полусфере. Устройство установлено в контейнере. Полость между корпусом и полусферой заполнена слабоконцентрированным раствором неорганической соли меди в глицерине. 1 зп.ф-лы. 2 ил

(19) RÖ (11) (51) 5 Е 21 В 47 02

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 Qggggggg

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ (21) 4917171/03 (22) 11.02.91 (46) 15.12.93 Бюл. Мю 45 — 46 (71) Кольская комплексная геологоразведочная экспедиция сверхглубокого бурения (72) Васович В.C.; Леонов А.И.; Спедков В.В. (73) Научно-производственный центр "Кольская сверхглубокая" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИВИЗНЫ СТВОЛА СКВАЖИНЫ (57) Использование: в области бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, полусферу, установленную на выходном валу, понижающий редуктор, выходной вал которого соединен с валом забойного двигателя, стальной шарик свободно расположенный. на полусфере. Устройство установлено в контейнере.

Полость между корпусом и полусферой заполнена слабоконцентрированным раствором неорганической соли меди в глицерине. 1 з.п.ф-лы, 2 ип.

ЬЭ

СР

)

QO

2004788

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для измерения зенитного угла в процессе бурения, Известно устройство для определения кривизны ствола скважины, содержащее корпус, заполненный жидкостью, подпружиненный прижимной элемент, сферу, на которой расположен шарик.

Недостатком известного устройства являются ложные срабатывания при высокой забойной температуре, из-за расширения масла и повышения давления в камере, а также малая надежность элементов конструкции при высоких температурах и давлении . Управление устройством измерения зенитного угла путем увеличения расхода промывочной жидкости в условиях глубокого и сверхглубокого бурения затруднено иэза значительных гидродинамических потерь в скважине.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является автономн ый инклинометр в части контроля зенитного угла искривления скважины, содержащий корпус, подпружиненный прижимной элемент, носитель информации, шарик, гидротолкатель со срезным элементом, тарированным на различные усилия.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, связанная с необходимостью приведения s действие устройства с помощью опускаемых в скважину гидротолкателей; большие потери времени на срабатывание устройства в глубоких и сверхглубоких скважинах, связанные с временем движения гидротолкателя в бурильной колонне; значительные гидравлические удары на забое скважины при срезке тарированного элемента гидротолкателя.

Целью изобретения является упрощение конструкции и увеличение надежности устройства при проводке глубоких и сверхглубоких скважин.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения кривизны ствола скважины, содержащее корпус, носитель информации, шарик, снабжено понижающим редуктором, входной вал которого соединен с валом забойного двигателя, носитель информации установлен на выходном валу, а полость корпуса заполнена раствором неорганической соли меди в глицерине. В качестве неорганической соли меди взят сульфат меди, а концентрация его в глицерине определена по формуле:

С=0,47g Гомэ

55 входному валу 5, а затем через понижающий редуктор 4- выходному валу 3 с установленными на нем полусферой 2 и корпусом 1.

Передаточное отношение редуктора обеспечивает низкую частоту вращения выходного вала 3 и полусферы 2 на уровне долей где С - концентрация сульфата меди в глицерине, мас, ;

Т - температура на забое скважины, С, Упрощение конструкции и увеличение

5 надежности устройства обеспечивается за счет получения информации о зенитном угле скважины в процессе бурения путем избирательного переноса ионов меди из раствора на поверхность соприкосновения

10 вращающейся сферы со стальным шариком без использования внешних управляющих воздействий (вбрасываемой гидротолкатель, увеличение расхода промывочной жидкости и т.д.).

15 Ни в одном из известных авторам устройств для определения кривизны ствола скважины не достигается такое упрощение конструкции и увеличение надежности, как в предлагаемом и, поэтому оно соответству20 ет критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого устройства, на фиг.2 - по стрелке А на фиг.1 (вид носителя информации в плане с зарегистрированной информацией о кри25 визне скважины).

Устройство для определения кривизны ствола скважины содержит полый корпус 1, носитель информации 2, выполненный в виде стальной полусферы, установленной на

30 выходном валу 3 понижающего редуктора

4, входной вал 5 которого соединен посредством узла соединения 6 с валом забойного двигателя, стальной шарик 7, свободно расположенный на полусфере 2.

35 Устройство установлено в контейнере 8, являющемся элементом компоновки низа бурильной колонны. Полость между корпусом

1 и полусферой 2 заполняется слабоконцентрированным раствором неорганической

40 соли меди в глицерине.

Устройство работает следующим образом, При наклоне устройства в скважине ввиду ее искривления шарик 7 под действием силы тяжести откатывается от оси уст45 ройства и занимает на полусфере 2 положение, соответствующее углу наклона (зенитном углу искривления скважины) а, согласно выражению:

r = R sfn и, {2)

50 где г- расстояние от центра шарика до оси устройства;

R - радиус полусферы 2.

Вращение вала забойного двигателя посредством узла соединения 6 передается

2004788

10

20

30

Герца (например 0,2 Г, т.е. 12 об/мин). При этом шарик 7 перекатывается относительно полусферы 2 по окружности с радиусом r, то есть остается на том же расстоянии от оси устройства, что и в состоянии покоя. Возможны два варианта исполнения предлагаемого устройства,а именно совмещение его с редуктором датчика для контроля частоты вращения забойного двигателя, обеспечивающим на его выходном валу указанную выше пониженную частоту вращения полусферы 2. Кроме того, возможен вариант жесткой установки собственно узла для определения кривизны (детали

1,2,7) в контейнере 8 без редуктора 4 при условии вращения колонны бурильных труб (контейнера 8) с частотой не более 0,5 с (30 об/мин).

Оба варианта были практически реализованы и показали хорошие результаты при бурении Кольской сверхглубокой скважины.

При перекатывании шарика 7 по поверхности полусферы 2 за счет наличия незначительных сил трения и присутствия в глицерине растворенной неорганической соли меди с малой концентрацией действует известное в машиностроении явление избирательного переноса ионов меди из раствора на поверхность стальной полусферы, с которой соприкасается шарик при его перекатывании.

При использовании в качестве неорганической соли меди, нап ример сульфата меди (CuSO<), концентрация его в растворе выбирается в пределах 0,025...0,1 мас, в зависимости от рабочей температуры. Обоснование такой концентрации описано ниже.

Таким образом, при многократном вращении на полусфере 2 (фиг.2) образуется омедненное кольцо с радиусом r, пропорциональным зенитному углу Q искривления скважины согласно выражению (2), а ширина кольца Ь характеризует изменение зенитного угла в процессе одного рейса долота. Если значение зенитного угла в начале рейса было известно, то, наблюдая за величинами r и hr, можно судить о тенденции искривления скважины в течение одного рейса долота.

Информация о кривизне скважины считывается после подьема инструмента и разборки устройства, а при подготовке его к следующему рейсу омедненное кольцо легко стирается простыми шлифовальными средствами (шлифовальная паста, тонкая наждачная бумага и др.).

Применение в устройстве глицерина, кроме получения описанного эффекта избирательного переноса, позволяет снизить влияние вибраций забойного оборудования на результат измерения за счет высокой вязкости рабочей жидкости.

Для получения надежного результата измерения (ярко выраженного кольца цвета полированной меди) необходимо концентрацию неорганической соли меди в глицерине выбирать с учетом термобарических условий работы устройства.

Испытания, проведенные с использованием растворов сульфата меди в глицерине на высокотемпературном консистометре

КЦ-З, установленном с отклонением от вертикали на 4О, показали, что с повышением температуры процесс избирательного переноса интенсифицируется, поэтому концентрацию сульфата меди необходимо снижать.

На основании проведенных экспериментальных работ была получена эмпирическая зависимость концентрации сернокислой меди в глицерине от температуры (см.формулу 1). При концентрации меньшей, чем расчетная, контрастность образующегося кольца недостаточна, При концентрации сульфата меди большей, чем расчетная, на всей сферической поверхности образуется медная вуаль, также снижающая контрастность образующегося кольца.

Например, для забойной температуры

Т=200 С концентрация раствора сульфата меди в глицерине должна быть:

Czoo = 0,479 Т = 0.479/200

=0,03 мас. . т.е, при приготовлении раствора в 1 кг глицерина нужно растворить 0,3 г сульфата меди.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными обладает исключительной простой и высокой надежностью в работе даже при самых экстремальных условиях в скважине (гидростэтическое давление до 200 МПа и температура до 220 С), позволяет получать дополнительную информацию об изменении кривизны ствола скважины в течение каждого рейса бурильного инструмента.

Предлагаемое устройство может быть использовано при бурении сверхглубоких, глубоких и наклонно-направленных скважин. Оно позволяет повысить эффективность проводки скважины за счет упрощения конструкции и увеличения надежности устройства. (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЕ 582383, кл. Е 21 В 47/022.

2004788

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КРИВИЗНЫ CTEOJlA СКВАЖИНЫ, содержащее заполненный жидкостью полый корпус и полусферу с размещенным на ней шариком, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности определения при проводке глубоких и сверхглубоких скважин, оно снабжено понижающим редуктором, выходной вал которого соединен с валом забойного двигателя, полусфера установлена на выходном валу, а полость корпуса заполнена раствором неорганической соли меди в глицерине.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве неорганической соли меди взят сульфат меди, а концентрация С

10 его в глицерине определена по формуле

С = 0,479Тожз где Т - температура нэ забое скважины, С.

2004788

Составитель В.Басович

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор Е.Полионова

Заказ 3389

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

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