Устройство для контроля положения забоя

 

Использование: контроль и управление траекторией проводки скважины при направленном бурении. Цель - повышение надежности и точности за счет прогноза измерения угла установки отклонителя и интенсивности искривления. Сущность изобретения: устройство включает измерительные преобразователи азимутального и зенитного углов, угла установки отклонителя, длины скважины, два блока запоминания измеренных углов, пять блоков сравнения, блок пересчета координат, блок задания шага дискретизации, задатчик проектной длины, блок задания требуемой длины, блок задания проектных углов, блок вычисления угла установки отклонителя, блок прогноза требуемой интенсивности, блок задания предельной интенсивности, два элемента ИЛИ, сумматор, ключ и два блока регистрации. Положительный эффект: высокие надежность и точность проводки скважины и безопасность бурения за счет исключения возможности возникновения аварийных ситуаций, связанных с превышением интенсивности искривления. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области направленного бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для контроля и управления проводкой скважин по заданной траектории.

Известно устройство для ориентирования отклонителя при проводке скважин по заданной траектории, содержащее телеметрическую систему с забойными датчиками и наземными регистраторами углов установки отклонителя, азимута и зенита, первый узел сравнения, подключенный выходом к исполнительному механизму, а первым входом к наземному регистратору угла установки отклонителя, преобразователь угла в напряжение, соединенный с вторым входом первого узла сравнения, преобразователь прямоугольной системы координат в полярную, соединенный первым входом с выходом второго узла сравнения, первый вход которого соединен с выходом узла задания азимута, узел задания зенита, подключенный выходом к первому входу третьего узла сравнения, выход которого соединен с вторым входом преобразователя прямоугольной системы координат в полярную, выход которого соединен с входом преобразователя угла в напряжение, а выходы наземных регистраторов азимута и зенита соединены соответственно с вторыми входами второго и третьего узлов сравнения (1).

Недостатком известного устройства является низкая надежность контроля искривления скважины вследствие того, что в устройстве не производится контроль и прогноз изменения пространственной интенсивности искривления скважины. При этом формирование управляющего воздействия угла установки отклонителя производится без учета ограничений на интенсивность искривления, что может привести к возникновению аварийных ситуаций.

В качестве прототипа принято устройство для контроля положения забоя, содержащее датчики азимутального и зенитного узлов, датчик длины скважины, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи, блок запоминания измеренных узлов, блок пересчета координат, блок аппроксимации координат, блок запоминания координат, анализатор координат, первый блок регистрации, блок сравнения, блок задания шага дискретизации, блок прогноза координат, блок усреднения, блок прогноза узлов, блок запоминания проектных углов, второй блок регистрации, причем первый и второй входы блока запоминания измеренных углов подключены к первому и второму аналого-цифровым преобразователям датчиков азимутального и зенитного углов, третий вход соединен с выходом блока сравнения, первый и второй выходы блока запоминания измеренных углов соединены с первыми и вторыми входами блоков пересчета координат и усреднения, а его третий выход с третьим входом блока усреднения, выходы которого подключены к первому и второму входам блока прогноза углов, третий вход которого соединен с выходом блока задания шага дискретизации, а выход блока прогноза углов подключен к первому входу первого блока регистрации, второй вход которого связан с выходом блока запоминания проектных углов, вход которого соединен с выходом блока задания шага дискретизации, первый вход блока запоминания координат подключен к выходу блока аппроксимации координат, первый вход которого подключен к выходу блока задания шага дискретизации, а второй вход блока аппроксимации координат подключен к выходу блока пересчета координат и к первым входам блока прогноза координат и блока задания шага дискретизации, выход блока прогноза координат подключен к первому входу анализатора координат и второму входу блока задания шага дискретизации, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего аналого-цифрового преобразователя датчика длины скважины, а выход к управляющему входу блока пересчета координат, выход анализатора координат соединен с входом второго блока регистрации (2).

Недостатками известного технического решения являются низкие надежность и точность контроля искривления скважины, так как устройство не обеспечивает прогноз и контроль изменения пространственной интенсивности искривления скважины и угла установки отклонителя, что может привести к возникновению аварийных ситуаций, связанных с превышением предельной интенсивности искривления.

Задачами, на решения которых направлено изобретение, являются повышение надежности и точности проводки скважин.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения возможность прогнозирования угла установки отклонителя и интенсивности искривления, что исключает возможность превышения предельной интенсивности искривления.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство для контроля положения забоя, содержащее измерительный преобразователь азимутального угла, измерительный преобразователь зенитного угла, измерительный преобразователь длины скважины, первый блок запоминания измеренных углов, блок пересчета координат, первый блок регистрации, первый блок сравнения, блок задания шага дискретизации, блок задания проектных углов, второй блок регистрации, выход которого соединен с выходом блока пересчета координат, первый вход которого соединен с первым выходом первого блока запоминания измеренных углов, второй выход которого соединен с вторым входом блока пересчета координат, первый вход первого блока запоминания измеренных углов соединен с выходом измерительного преобразователя азимутального угла, а выход измерительного преобразователя зенитного угла соединен с вторым входом первого блока запоминания измеренных углов, третий вход которого соединен с третьим входом блока пересчета координат и выходом первого блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя длины скважины, а второй вход первого блока сравнения соединен с выходом блока задания шага дискретизации, дополнительно содержит измерительный преобразователь угла установки отклонителя, второй, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, задатчик проектной длины, второй блок запоминания измеренных углов, первый и второй логические элементы ИЛИ, блок задания требуемой длины, блок вычисления угла установки отклонителя, ключ, сумматор, блок прогноза требуемой интенсивности, блок задания предельной интенсивности, причем выход измерительного преобразователя угла установки отклонителя соединен с первым входом четвертого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом второго блока запоминания измеренных углов, первый вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя азимутального угла, выход измерительного преобразователя зенитного угла соединен с вторым входом второго блока запоминания измеренных углов, выход которого соединен с первыми входами блока вычисления угла установки отклонителя и блока прогноза требуемой интенсивности, выход измерительного преобразователя длины скважины соединен с входом задатчика проектной длины, с первыми входами второго блока сравнения и сумматора и вторым входом третьего блока сравнения, выход первого блока сравнения соединен с входом блока задания шага дискретизации, выход задатчика проектной длины соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом четвертого блока сравнения и с первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход второго логического элемента ИЛИ соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с первым входом первого блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока прогноза требуемой интенсивности и первым входом пятого блока сравнения, выход второго блока сравнения соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ и входом блока задания требуемой длины, выход блока задания требуемой длины соединен с вторым входом второго блока сравнения, вторым входом сумматора, входом блока задания предельной интенсивности и входом блока задания проектных углов, выход сумматора соединен с четвертым входом блока прогноза требуемой интенсивности, второй вход которого соединен с третьим входом блока вычисления угла установки отклонителя и вторым выходом блока задания проектных углов, первый выход блока задания проектных углов, соединенный с вторым входом блока вычисления угла установки отклонителя, подключен к третьему входу блока прогноза требуемой интенсивности, выход блока вычисления угла установки отклонителя соединен с вторым входом четвертого блока сравнения и входом ключа, выход блока задания предельной интенсивности соединен с вторым входом пятого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ и третьим входом первого блока регистрации.

Блок вычисления угла установки отклонителя содержит сдвиговый регистр, первый и второй сумматоры, умножитель, делитель, арктангенсный и синусный функциональные преобразователи, причем вход сдвигового регистра является первым входом блока вычисления угла установки отклонителя, второй вход которого является вторым входом первого сумматора, первый вход которого соединен с первым входом сдвигового регистра, второй выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого является третьим входом блока вычисления угла установки отклонителя, выходом которого является выход арктангенсного функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом делителя, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с входом синусного функционального преобразователя, выход которого соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с вторым входом делителя, а первый вход умножителя соединен с выходом первого сумматора.

Сопоставление с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается введением измерительного преобразователя угла установки отклонителя, четырех блоков сравнения, задатчика проектной длины, двух элементов ИЛИ, блока задания требуемой длины, блока вычисления угла установки отклонителя, ключа, сумматора, блока прогноза требуемой интенсивности, блока задания предельной интенсивности и новыми связями элементов в устройстве.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 то же, измерительного преобразователя азимутального угла; на фиг.3 то же, блока вычисления угла установки отклонителя; на фиг.4 то же, примера реализации блока прогноза требуемой интенсивности.

Устройство для контроля положения забоя (фиг.1) включает измерительный преобразователь азимутального угла 1,измерительный преобразователь зенитного угла 2, измерительный преобразователь угла установки отклонителя 3, измерительный преобразователь длины скважины 4, первый блок запоминания измеренных углов 5, блок пересчета координат 6, второй блок регистрации 7, первый блок сравнения 8, блок задания шага дискретизации 9, второй блок сравнения 10, задатчик проектной длины 11, второй блок запоминания измеренных углов 12, первый логический элемент ИЛИ 13, блок задания требуемой длины 14, третий блок сравнения 15, четвертый блок сравнения 16, блок задания проектных углов 17, второй логический элемент ИЛИ 18, блок вычисления установки отклонителя 19, ключ 20, первый блок регистрации 21, сумматор 22, блок прогноза требуемой интенсивности 23, блок задания предельной интенсивности 24, пятый блок сравнения 25. Выход измерительного преобразователя азимутального угла 1 соединен с первыми входами первого 5 и второго 12 блоков запоминания измеренных углов, выход измерительного преобразователя зенитного угла 2 соединен с вторыми входами первого 5 и второго 12 блоков запоминания измеренных углов. Первый и второй выходы первого блока запоминания измеренных углов 5 соединены соответственно с первым и вторым входами блока пересчета координат 6, выход которого соединен с входом второго блока регистрации 7. Выход измерительного преобразователя угла установки отклонителя 3 соединен с первым входом четвертого блока сравнения 16, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента ИЛИ 13, первый вход которого, соединенный с входом блока задания требуемой длины 14, подключен к выходу второго блока сравнения 10, первый вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя длины скважины 4, первым входом первого блока сравнения 8, входом задатчика проектной длины 11, вторым входом третьего блока сравнения 15 и первым входом сумматора 22. Третьи входы первого блока запоминания измеренных углов 5 и блока пересчета координат 6, вход блока задания шага дискретизации 9 соединены между собой и подключены к выходу первого блока сравнения 8, второй вход которого соединен с выходом блока задания шага дискретизации 9. Выход задатчика проектной длины 11 соединен с первым входом третьего блока сравнения 15, выход которого соединен с третьим входом четвертого блока сравнения 16 и с первым входом второго логического элемента ИЛИ 18, выход второго логического элемента ИЛИ 18 соединен с управляющим входом ключа 20, выход которого соединен с первым входом первого блока регистрации 21, второй вход которого, соединенный с первым входом пятого блока сравнения 25, подключен к выходу блока прогноза требуемой интенсивности 23, первый вход которого, соединенный с первым входом блока вычисления угла установки отклонителя 19, подключен к выходу второго блока запоминания измеренных углов 12, третий вход которого соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ 13. Выход блока задания требуемой длины 14, соединенный с вторыми входами второго блока сравнения 10 и сумматора 22, входом блока задания предельной интенсивности 24 подключен к входу блока задания проектных углов 17, первый выход которого, соединенный с вторым входом блока вычисления угла установки отклонителя 19, подключен к третьему входу блока прогноза требуемой интенсивности 23, четвертый вход которого соединен с выходом сумматора 22. Второй выход блока задания проектных углов 17, соединенный с вторым входом блока прогноза требуемой интенсивности 23, подключен к третьему входу блока вычисления угла установки отклонителя 19, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока сравнения 16 и входом ключа 20. Выход блока задания предельной интенсивности 24 соединен с вторым входом пятого блока сравнения 25, выход которого соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 18 и третьим входом первого блока регистрации 21.

На фиг. 2 показана функциональная схема измерительного преобразователя азимутального угла 1, который содержит последовательно соединенные первичные инклинометрический преобразователь азимутального угла 27 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 28.

В качестве первичного инклинометрического преобразователя азимутального угла 27 может использоваться, например, инклинометрический преобразователь феррозондового типа, а АЦП 28 может быть выполнен на основе интегральной микросхемы типа К572ПВ1.

Измерительный преобразователь зенитного угла 2 и измерительный преобразователь угла установки отклонителя 3 могут быть выполнены по функциональной схеме аналогично приведенной на фиг.2.

На фиг. 3 показана функциональная схема блока вычисления угла установки отклонителя 19, который содержит сдвиговый регистр 28, первый сумматор 29, умножитель 30, второй сумматор 31, делитель 32, арктангенсный функциональный преобразователь 33, синусный функциональный преобразователь 34, причем вход сдвигового регистра 28 является первым входом блока вычисления угла установки отклонителя 19, второй вход которого является вторым входом первого сумматора 29, первый вход которого соединен с первым выходом сдвигового регистра 28, второй выход которого соединен с первым входом второго сумматора 31, второй вход которого является третьим входом блока вычисления угла установки отклонителя 19, выходом которого является выход арктангенсного функционального преобразователя 33, вход которого соединен с выходом делителя 32, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора 31, первый вход которого соединен с входом синусного функционального преобразователя 34, выход которого соединен с вторым входом умножителя 30, выход которого соединен с вторым входом делителя 32, а первый вход умножителя 30 соединен с выходом первого сумматора 29.

На фиг.4 показана функциональная схема примера реализации блока прогноза требуемой интенсивности 23, который содержит сдвиговый регистр 35, первый сумматор 36, первый делитель 37, первый синусный функциональный преобразователь 38, второй сумматор 39, второй делитель 40, первый умножитель 41, третий сумматор 42, второй 43 и третий 44 синусные функциональные преобразователи, второй 45, третий 46 и четвертый 47 умножители, четвертый сумматор 48, блок извлечения квадратного корня 49, арксинусный функциональный преобразователь 50. Первый вход блока прогноза требуемой интенсивности 23 является входом сдвигового регистра 35, первый выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 36, выход которого соединен с первым входом первого делителя 37, выход которого соединен с входом первого синусного функционального преобразователя 39, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя 41, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора 48, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня 49, выход которого соединен с входом арксинусного функционального преобразователя 50, выход которого является выходом блока прогноза требуемой интенсивности 23, второй вход которого является первым входом второго сумматора 39, соединенным с первым входом третьего сумматора 42, третий вход блока прогноза требуемой интенсивности 23 является первым входом первого сумматора 36, а четвертый вход блока прогноза требуемой интенсивности 23 является вторым входом первого делителя 37, соединенным с вторым входом второго делителя 40, выход которого соединен с входом второго синусного функционального преобразователя 43, выход которого соединен с первым и вторым входами второго умножителя 45, выход которого соединен с вторым входом четвертого умножителя 47, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора 48, первый вход четвертого умножителя соединен с выходом третьего умножителя 46, первый и второй входы которого соединены между собой и подключены к выходу третьего синусного функционального преобразователя 44, вход которого соединен с выходом третьего сумматора 42, второй вход которого, соединенный с вторым выходом сдвигового регистра 35, подключен к второму входу второго сумматора 39, выход которого соединен с первым входом второго делителя 40.

В качестве измерительного преобразователя длины скважины 4 может использоваться, например, преобразователь, входящий в состав микропроцессорного комплекса контроля процесса бурения скважин МПКБ-1.

Функции первого 5 и второго 12 блоков запоминания измеренных углов, блока пересчета координат 6, первого 8, второго 10, третьего 15, четвертого 16 и пятого 25 блоков сравнения, блока задания шага дискретизации 9, масштабного блока 11, первого 13 и второго 18 логических элементов ИЛИ, блока задания требуемой длины 14, блока задания проектных углов 17, блока вычисления угла установки отклонителя 19, ключа 20, сумматора 22, блока прогноза требуемой интенсивности искривления 23, блока задания предельной интенсивности 24, выполняет стандартная микро-ЭВМ 51, например, типа "Искра 1030".

В первом 5 блоке запоминания измеренных углов производится запись значений азимутального и зенитного углов в точках i-1, i. Запись производится по сигналу "Лог. 1", поступающему на третий вход блока с выхода первого блока сравнения 8. На первый выход блока 5 поступают значения углов в точке i, на второй в точке i-1. На выходы значения углов поступают в следующем порядке: первым азимутальный угол α вторым зенитный угол q В блоке пересчета координат 6 производится вычисление координат по результатам измерений углов, выполненных в начале и конце интервала Dl по формулам: где x_i, y_i, z_i декартовы координаты i-й точки траектории скважины, Δl шаг дискретизации по длине скважины, Δx_i; Δy_i; Δz_i; приращения координат, рассчитываемых по формулам: где α_i, α_i-1, Θ_i, Θ_i-1 азимутальные и зенитные углы в точках i, i-1.

Вычисление производится по сигналу "Лог.1", поступающему на третий вход блока пересчета координат 6 с выхода первого блока сравнения 8.

В первом блоке сравнения 8 производится сравнение текущей длины скважины l, измеренной измерительным преобразователем длины скважины 4, и заданной длины скважины l_b, формируемой блоком задания шага дискретизации 9. На выходе блока сравнения 8 формируется сигнал "Лог.1" в случае l=l_b и сигнал "Лог.0", если l≠l_b.

Блок задания шага дискретизации 9 задает на своем выходе длину скважины от устья до текущей точки замера, причем l_в = l_в-1 + Δl, (7) где l_b-1 длина скважины от устья до предыдущей точки замера, Δl шаг дискретизации по длине скважины.

Во втором блоке сравнения 10 производится сравнение текущей длины скважины l и требуемой длины L, формируемой блоком задания требуемой длины 14. На выходе блока сравнения 9 формируется сигнал "Лог.1" в случае l=L и сигнал "Лог.0", если l≠L.

Задатчик проектной длины 11 формирует сигнал l_пр, соответствующий длинам участков проектного профиля. Так, например, для четырехинтервального наклонного профиля,

где длина конца вертикального участка проектного профиля,
длина конца участка набора зенитного угла, отсчитанная от устья скважины.

длина конца участка стабилизации зенитного угла, отсчитанная от устья скважины,
проектная длина скважины.

Во втором блоке запоминания измеренных углов 12 производится запись значений азимутального и зенитного углов в i-й точке. Запись производится по сигналу "Лог. 1", поступающему на третий вход блока с выхода первого логического элемента ИЛИ 13. На выход значения углов поступают в следующем порядке: первым азимутальный угол α вторым зенитный угол q.
Блок задания требуемой длины 14 задает на своем выходе длину скважины L от устья до требуемой точки на проектном профиле, причем
L_i = L_i-1 + δL, (8)
где L_i-1 длина скважины от устья до предыдущей точки на проектном профиле,
δL приращение длины.

В третьем блоке сравнения 15 производится сравнение текущей длины скважины l и заданной проектной длины l_пр. На выходе блока 150 формируется сигнал "Лог.0", если данный участок профиля скважины бурится с отклонителем, и сигнал "Лог.1" в остальных случаях.

В четвертом блоке сравнения 16 производится сравнение текущего значения угла установки отклонителя ϕ измеренного измерительным преобразователем 3, и вычисленного в блоке 19 значения угла установки отклонителя ϕ^*.
На выходе блока 16 формируются сигнал "Лог.1" в случае выполнения условия и подачи на его третий вход сигнала "Лог.0", сигнал "Лог.0", если или на его третий вход подается сигнал "Лог.1".

Здесь dv точность задания угла установки отклонителя, которая может быть принята равной δϕ = (0,1 ... 0,15)ϕ^*.
Блок задания проектных углов 17 осуществляет хранение в виде таблицы и задание на своих выходах значений углов проектного профиля бурящейся скважины: азимутального угла α_пр на первом выходе, зенитного Θ_пр на втором выходе. Выбор углов осуществляется на основе линейной интерполяции по требуемой длине скважины L, т.е.

где значения азимутального и зенитного углов в j; j-1 точках проектного профиля,
L_i; L_j; L_j-1 требуемая длина скважины.

В блоке вычисления угла установки отклонителя 19 производится вычисление требуемого значения угла ϕ^* в соответствии с выражением, полученным путем интегрирования модели движения компоновки низа бурильной колонны.

где α_i, Θ_i значения азимутального и зенитного углов, поступающие с выхода второго блока запоминания измеренных углов 12.

Ключ 20 осуществляет соединение выхода блока вычисления угла установки отклонителя 19 с первым входом первого блока регистрации 21. Ключ 20 открыт, когда на его управляющий вход поступает сигнал "Лог.0", и закрыт при подаче сигнала "Лог.1".

В сумматоре 22 вычисляется длина ΔL от забоя до требуемой точки на проектном профиле
ΔL = L - l. (12)
В блоке прогноза требуемой интенсивности 23 производится расчет требуемой интенсивности пространственного искривления i_j по результатам измерения углов на забое, записанных во втором блоке запоминания углов 12, и задания проектных значений углов по формуле:

В блоке задания предельных интенсивностей 24 производится задание предельной интенсивности пространственного искривления в зависимости от длины скважины в соответствии с выражением:

где i^*_ji предельная интенсивность искривления на i-ом участке (i=1.n) проектного профиля скважины,
l_bi заданная длина i-го участка проектного профиля скважины.

В пятом блоке сравнения 25 производится сравнение вычисленной интенсивности пространственного искривления с предельно допустимой. Если вычисленная интенсивность искривления превышает предельно допустимую, то на выходе блока 25 появляется сигнал "Лог.1", в противном случае на выходе блока сравнения поддерживается сигнал "Лог.0".

В качестве второго блока регистрации 7 блока регистрации координат, может использоваться алфавитно-цифровое печатающее устройство, например, типа СМ6337, а в качестве первого блока регистрации 21 алфавитно-цифровой дисплей, например, типа "Электроника 6305".

Устройство работает следующим образом.

Вначале, когда измерительные преобразователи 1-3 находятся в устье скважины, производится сброс в нуль регистров и сумматоров блоков устройства, на выходе измерительного преобразователя длины скважины 4 устанавливается сигнал, соответствующий l=0, на выходе блока задания шага дискретизации 9 -сигнал l_b= 0, а на выходе блока задания требуемой длины 14 сигнал На выходе первого блока сравнения 8 появляется сигнал "Лог.1", разрешающий запись измеренных углов в первый блок запоминания измеренных углов 5, расчет координат в блоке пересчета координат 6 и приращение длины l_b согласно выражению (7) в блоке задания шага дискретизации 9. На выходах третьего блока сравнения 15 и второго элемента ИЛИ 18 поддерживается сигнал "Лог.1", и ключ 20 закрыт.

На выходе второго 10 и четвертого 16 блоков сравнения поддерживается сигнал "Лог.0", следовательно, и на выходе первого логического элемента ИЛИ 13 также будет сигнал "Лог.0", запрещающий запись во второй блок запоминания измеренных углов 12, на выходе которого будут нулевые значения азимутального и зенитного углов. На выходе блока задания проектных углов 17 будут выставлены значения α_пр = 0 и Θ_пр = 0, соответствующие длине , т.е. концу вертикального участка проектного профиля. На выходе блока прогноза требуемой интенсивности 23 будет поддерживаться нулевое значение требуемой пространственной интенсивности до прохождения всего вертикального участка, а на выходе пятого блока сравнения 25 сигнал "Лог.0".

Второй и последующие моменты записи измеренных азимутального и зенитного углов в первом блоке запоминания измеренных углов 5 соответствуют равенству заданной длины l_b, поступающей с выхода блока задания шага дискретизации 9, текущей длине l, поступающей с выхода измерительного преобразователя длины скважины 4. Только при этом условии первый блок сравнения 8 выдает разрешение на запись углов блоком 5, пересчет координат блоком 6 и наращивание длины l_b в блоке 9. Вычисление координат в блоке 6 производится в соответствии с выражениями (1).(6), а их отображение осуществляется во втором блоке регистрации 7.

Запись измеренных азимутального и зенитного углов во втором блоке запоминания измеренных углов 12 соответствует равенству требуемой длины L, поступающей с выхода блока 14, текущей длине l. Только при этом условии второй блок сравнения 10 выдает разрешение на запись углов блоком 12 и наращивание длины L в блоке 14 в соответствии с выражением (8). При этом на выход блока 17 в соответствии с выражениями (9) и (10) будут рассчитаны новые проектные значения углов α_пр и Θ_пр, соответствующие требуемой длине L. В блоке 19 согласно (11) производится вычисление требуемого значения угла установки отклонителяϕ^*, а в блоке 23 согласно (10) производится вычисление (прогнозирование) требуемой пространственной интенсивности ij^* необходимой для достижения проектных углов α_пр и Θ_пр Интервал прогноза вычисляется в сумматоре 22 согласно выражению (12). Вычисленные значения i^*_j и ϕ^* будут поддерживаться неизменными, пока не произойдут изменения углов a и Θ на выходе блока 12 или проектных углов a_пр и Θ_пр на выходе блока 17. С целью контроля интенсивности искривления скважины в пятом блоке сравнения 25 производится сравнение вычисленной интенсивности i^*_j с ее предельным для данной длины скважины значением, которое вычисляется в блоке 24 согласно (14). Если вычисление интенсивности превышает предельную, то на выходе блока 25 формируется сигнал "Лог.1", который поступает во второй логический элемент ИЛИ 18 и в первый блок регистрации 21, где вырабатывается сигнал о превышении предельно допустимой интенсивности искривления, для принятия решения о дальнейшем управлении бурением. В блоке 21 производится также регистрация вычисленных значений угла установки отклонителя и требуемой пространственной интенсивности. При этом вычисленное значение угла установки отклонителя поступает в блок 21 только в том случае, если требуемая интенсивность не превышает предельную, а текущий участок профиля скважины бурится с отклонителем.

Если бурение производится с отклонителем и фактическое значение угла установки отклонителя ϕ отличается по модулю от вычисленного значения ϕ^* на величину, превышающую dv то на выходе четвертого блока сравнения 16, а, следовательно, и на выходе первого логического элемента ИЛИ 13 появляется сигнал "Лог. 1", разрешающий запись измеренных углов a и Θ во второй блок запоминания измеренных углов 12. При этом в блоке 19 произойдет перерасчет требуемого угла установки отклонителя ϕ^*, что позволяет повысить точность его поддержания.

Таким образом, в заявляемом устройстве в отличие от прототипа осуществляется прогнозирование требуемого управляющего воздействия угла установки отклонителя и требуемой интенсивности искривления с последующим сравнением величины интенсивности с предельно допустимой, что позволяет повысить надежность контроля искривления скважины, так как учитываются ограничения на интенсивность искривления. Кроме того, при турбинном бурении с отклонителем производится контроль отклонения фактического значения угла установки v отклонителя на забое от вычисленного ϕ^* и в случае превышения заданного допуска производится пересчет требуемого значения ϕ^* что позволяет повысить точность управления искривлением скважины.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить безопасность бурения за счет надежного контроля искривления скважины, исключающего аварийные ситуации, связанные с превышением интенсивности.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля положения забоя, содержащее измерительный преобразователь азимутального угла, измерительный преобразователь зенитного угла, измерительный преобразователь длины скважины, первый блок запоминания измеренных углов, блок пересчета координат, первый блок регистрации, первый блок сравнения, блок задания шага дискретизации, блок задания проектных углов, второй блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока пересчета координат, первый вход которого соединен с первым выходом первого блока запоминания измеренных углов, второй выход которого соединен с вторым входом блока пересчета координат, первый вход первого блока запоминания измеренных углов соединен с выходом измерительного преобразователя азимутального угла, а выход измерительного преобразователя зенитного угла соединен с вторым входом первого блока запоминания измеренных углов, третий вход которого соединен с третьим входом блока пересчета координат и выходом первого блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя длины скважины, а второй вход первого блока сравнения соединен с выходом блока задания шага дискретизации, отличающееся тем, что в него введены измерительный преобразователь угла установки отклонителя, второй, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, задатчик проектной длины, второй блок запоминания измеренных углов, первый и второй логические элементы ИЛИ, блок задания требуемой длины, блок вычисления угла установки отклонителя, ключ, сумматор, блок прогноза требуемой интенсивности, блок задания предельной интенсивности, причем выход измерительного преобразователя угла установки отклонителя соединен с первым входом четвертого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом второго блока запоминания измеренных углов, первый вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя азимутального угла, выход измерительного преобразователя зенитного угла соединен с вторым входом второго блока запоминания измеренных углов, выход которого соединен с первыми входами блока вычисления угла установки отклонителя и блока прогноза требуемой интенсивности, выход измерительного преобразователя длины скважины соединен с входом задатчика проектной длины, с первыми входами второго блока сравнения и сумматора, вторым входом третьего блока сравнения, выход первого блока сравнения соединен с входом блока задания шага дискретизации, выход задатчика проектной длины соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом четвертого блока сравнения и с первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход второго логического элемента ИЛИ соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с первым входом первого блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока прогноза требуемой интенсивности и первым входом пятого блока сравнения, выход второго блока сравнения соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ и входом блока задания требуемой длины, выход блока задания требуемой длины соединен с вторым входом второго блока сравнения, вторым входом сумматора, входом блока задания предельной интенсивности и входом блока задания проектных углов, выход сумматора соединен с четвертым входом блока прогноза требуемой интенсивности, второй вход которого соединен с третьим входом блока вычисления угла установки отклонителя и вторым выходом блока задания проектных углов, первый выход блока задания проектных углов, соединенный с вторым входом блока вычисления угла установки отклонителя, подключен к третьему входу блока прогноза требуемой интенсивности, выход блока вычисления угла установки отклонителя соединен с вторым входом четвертого блока сравнения и входом ключа, выход блока задания предельной интенсивности соединен с вторым входом пятого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ и третьим входом первого блока регистрации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок вычисления угла установки отклонителя содержит сдвиговый регистр, первый и второй сумматоры, умножитель, делитель, арктангенсный и синусный функциональные преобразователи, причем вход сдвигового регистра является первым входом блока вычисления угла установки отклонителя, второй вход которого является вторым входом первого сумматора, первый вход которого соединен с первым выходом сдвигового регистра, второй выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого является третьим входом блока вычисления угла установки отклонителя, выходом которого является выход арктангенсного функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом делителя, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с входом синусного функционального преобразователя, выход которого соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с вторым входом делителя, а первый вход умножителя соединен с выходом первого сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4