Устройство для контроля за положением отклонителя ствола скважины

 

Использование: ориентирование отклоняющей компоновки низа бурильной колонны в процессе бурения при строительстве скважин. Сущность изобретения: в корпусе 1 из немагнитного металла жестко закреплен цилиндр 2 из непроводящего электрический ток материала с тороидальной полостью 3, перпендикулярной его оси. Внутри полости размещены металлическое кольцо 4 и кольцевой резисторный элемент 5, разомкнутый в точке, совпадающей с направлением отклонителя. Капля ртути 7, введенная в тороидальную полость, электрически замыкает в процессе измерений кольцо 4 и резисторный элемент 5 между собой в точке, совпадающей с направлением искривления скважины. Выводы 8, 9 соединены с электронным измерительным блоком 10, обеспечивающим в процессе измерений вычисление значений сопротивлений плеч кольцевого резисторного элемента R₁ и R₂. Отношение R₁/R₂ является функцией положения отклонителя ствола скважины в угловых градусах. 3 ил.

Изобретение относится к бурению наклонно-направленных и горизонтальных скважин и решает задачу ориентирования отклоняющей компоновки низа бурильной колонны в процессе бурения при строительстве скважин.

Неоперативность получения инклинометрической информации, связанная с необходимостью остановки бурения для спуска и подъема инклинометра, невозможность получения информации о направлении действия отклонителя непосредственно в процессе бурения приводит к тому, что отклонение фактического профиля от проектного достигает величин, требующих корректировки профиля с повторным использованием отклонителя, что приводит к значительному увеличению времени строительства скважины и удорожанию работ.

Оперативность получения информации о пространственном положении оси ствола скважины и направлении действия отклонителя существенно повышает эффективность наклонно-направленного бурения.

Известен способ и устройство для контроля за положением отклонителя ствола скважины, включающие размещение на колонне бурильных труб над отклонителем жестко связанного с ним переводника с магнитной меткой (постоянным магнитом), спуск инклинометра, содержащего магнитный датчик азимута, в скважину до переводника, регистрацию магнитной метки переводника, перемещение датчика азимута в удаленную от магнитной метки точку, регистрацию азимута ствола скважины и определение на основе полученной информации положения отклонителя [1] Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают контроль за положением отклонителя ствола скважины в процессе бурения, так как при его использовании требуется перемещение инклинометра из одной точки в другую, что в процессе бурения осуществить невозможно.

Это обстоятельство вызывает необходимость остановки бурения для спуска и подъема инклинометра, приводит к снижению точности определения положения отклонителя из-за невозможности полного учета поправки на поворот бурильной колонны от реактивного момента инструмента.

Известно устройство для ориентирования отклонителя, выбранное за прототип. Оно содержит диамагнитную трубу расположенную над отклонителем, инклинометр с датчиками зенитного угла и азимута и фиксатор положения инклинометра относительно отклонителя [2] Недостатком этого устройства является необходимость применения второго дополнительного датчика азимута, причем он должен быть удален от основного датчика азимута вдоль оси корпуса инклинометра на значительное расстояние (не менее 3 м) с тем, чтобы показания основного датчика азимута не влияло на магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Это обстоятельство значительно усложняет конструкцию устройства, во-первых, за счет наличия двух относительно сложных датчиков азимута вместо одного и во-вторых, за счет значительного увеличения (до 6 7 м) общей длины инклинометра, что приводит к снижению надежности работы устройства в целом, особенно, в горизонтальных и пологонаправленных скважинах, в которых имеются интервалы с резким набором кривизны и длинные приборы (более 2,5 3 м) в них практически не проходят.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы.

Достигается это тем, что известное устройство для контроля за положением отклонителя ствола скважины, содержащее расположенную над отклонителем диамагнитную трубу, инклинометр с датчиками зенитного угла и азимута и фиксатор положения инклинометра относительно отклонителя, согласно изобретению, снабжено цилиндром, в котором в плоскости, перпендикулярной его оси, выполнена герметичная торроидальная полость, в которой соосно размещены металлическое кольцо и кольцевой резисторный элемент, разомкнутый в точке, при этом цилиндр жестко закреплен внутри корпуса инклинометра соосно с ним и выполнен из непроводящего электрический ток материала, а в торроидальную полость введена ртуть для замыкания в процессе измерения металлического кольца и кольцевого резисторного элемента.

Такое решение позволяет исключить второй магнитный датчик азимута и этим самым значительно упростить конструкцию устройства. Кроме того, предлагаемое решение исключает применение постоянного магнита, поэтому не требует значительного увеличения длины инклинометра с целью обеспечения исключения влияния магнита на показания основного датчика азимута.

Предлагаемое решение является простым и надежным в работе. Как показала практика и прикидочные расчеты, высота цилиндра, в котором выполнена торроидальная полость, не превышает 2 4 см. Поэтому общая длина инклинометра практически не увеличивается.

Таким образом, предлагаемое техническое решение приводит к упрощению конструкции устройства в целом и повышению надежности его работы, особенно в скважинах с горизонтальными и пологонаправленными стволами, в которых из-за резкого набора кривизны приборы большой длины (более 2,5 м) практически не проходят.

На фиг.1 схематично изображен общий вид устройства в разрезе по его продольной оси; на фиг.2 поперечное сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 градуировочный график для определения в угловых градусах положения отклонителя относительно направления искривления скважины.

Датчики зенитного угла и азимута на фиг.1 и 2 не показаны, поскольку они не отличаются от известных технических решений, в частности, от технических решений, используемых в прототипе.

Устройство содержит герметичный корпус 1, выполненный из немагнитного металла. Внутри корпуса 1 соосно с ним жестко закреплен цилиндр 2, выполненный из непроводящего электрический ток материала, например эбонита. Внутри цилиндра 2 в плоскости, перпендикулярной его оси, выполнена герметичная торроидальная полость 3. Диаметр поперечного сечения торроидальной полости равен примерно 5-6 мм. В торроидальной полости 3 соосно размещены металлическое кольцо 4 и кольцевой резисторный элемент 5, причем он разомкнут в точке, совпадающей с направлением отклонителя (направление отклонителя отмечено на фиг. 2 условной точкой 6). В торроидальную полость 3 введена ртуть 7, электрически замыкающая в процессе измерений металлическое кольцо 4 и кольцевой резисторный элемент 5 между собой в точке, совпадающей с направлением искривления скважины. Металлическое кольцо должно быть выполнено из металла, химически не реагирующего со ртутью, например, и титана или нержавеющей стали. Резисторный элемент 5 выполнен в виде жестко намотанной спирали из тонкой маганиновой или нихромовой проволоки. Количество введенной в торроидальную полость ртути зависит от величины поперечного сечения полоcти. Так, при площади поперечного cечения полости, равной 25 мм², количество ртути должно составлять примерно 2 3 гр.

Металлическое кольцо 4 имеет герметично встроенный электрический вывод 8, а кольцевой резисторный элемент 5 имеет два электрических вывода 9, соединенный соответственно с обоими его концами в месте размыкания. Электрические выводы 8 и 9 соединены с электронным измерительным блоком 10, обеспечивающим в процессе измерений вычисление значений сопротивлений обоих плеч кольцевого резисторного элемента R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂ является функцией положения отклонителя ствола скважины в угловых градусах (от 0 до 360^о).

С целью улучшения условий работы устройства, торроидальная полость 3 может быть заполнена демпфирующей непроводящей электрический ток жидкостью, например трансформаторным маслом.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости определения положения отклонителя ствола скважины следует прекратить циркуляцию бурового раствора и отвернуть ведущую трубу (квадрат). Затем на каротажном кабеле предлагаемое устройство опускают внутрь бурильной колонны до его входа в диамагнитную трубу, расположенную над отклонителем. В этом случае корпус инклинометра 1 будет зафиксирован в трубе таким образом, что точка 6 и соответствующая ей точка, в которой резисторный элемент 5 разомкнут, совпадает с направлением отклонителя. При этом ртуть всегда будет электрически замыкать металлическое кольцо и кольцевой резисторный элемент между собой в точке, совпадающей с направлением искривления скважины, образуя два сопротивления R₁ и R₂, отношение которых R₁/R₂ является функцией положения отклонителя ствола скважины и угловых градусах. Для определения значений положения отклонителя в угловых градусах (от 0 до 360^о) используется специальный градуировочный график (фиг.3).

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие преимущества: значительное упрощение конструкции и повышение надежности в работе за счет исключения второго датчика азимута, исключения применения постоянного магнита и значительного уменьшения длины скважинного прибора; возможность оперативного получения информации о положении отклонителя ствола скважины и установку отклонителя в заданном направлении в процессе бурения скважины с передачей информации на поверхность по проводному каналу связи.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА ПОЛОЖЕНИЕМ ОТКЛОНИТЕЛЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ, включающее расположенную над отклонителем диамагнитную трубу, инклинометр с датчиками зенитного угла и азимута и фиксатор положения инклинометра относительно отклонителя, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндром с герметичной тороидальной полостью, в которой соосно размещены металлическое кольцо и разомкнутый в точке кольцевой резисторный элемент, при этом цилиндр жестко закреплен внутри корпуса инклинометра соосно с ним и выполнен из непроводящего электрический ток материала, а в тороидальную полость введена ртуть для замыкания в процессе измерений металлического кольца и кольцевого резисторного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3