Способ управления направленным бурением наклонных скважин и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к добыче нефти и газа и предназначено для проведения бурения наклонно направленных скважин, где бурение производится с помощью забойных двигателей: турбобуров или винтовых. 3адачей изобретения является упрощение способа управления и конструкции устройства. Для этого осевое отклонение задают силой неуравновешенного радиального магнитного тяжения между разнополярными магнитными полюсами электрогенератора, устанавливаемого на валу долота. Величину и направление силы магнитного тяжения изменяют путем регулирования тока в короткозамкнутой обмотке электрогенератора и под действием управляемой радиальной силы изменяют профиль скважины. Устройство для осуществления способа содержит пульт управления буровой установки и скважинный блок для создания осевого отклонения. Забойный двигатель при работе вращает через шарнирное соединение вал с долотом и электрогенератором. Индуктор электрогенератора с постоянными магнитами жестко закреплен на валу между долотом и шарнирным соединением. Якорь с обмоткой накоротко соединен с тиристорным блоком, который состоит из встречно-параллельно включенных тиристоров, закорачивающих разноименные полюсы обмотки якоря электрогенератора. Кроме того, для создания осевого отклонения в скважинный блок заходят последовательно соединенные формирователь импульсов управления и автономная система передачи информации. Для обеспечения пространственного перемещения максимума неуравновешенной силы каждый полюс якоря электрогенератора имеет две взаимно перпендикулярные обмотки. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области добычи нефти и газа и, в частности, предназначено для проведения бурения наклонно направленных скважин. Бурение наклонных скважин проводится с помощью гидравлических забойных двигателей: турбобуров и винтовых (объемных). Искривление ствола скважины обеспечивается применением отклоняющих приспособлений и шарнирных отклонителей.

Известен способ, который позволяет бурить наклонно направленные скважины с необходимой интенсивностью искривления, так как в нем применен двухшарнирный вал, который соединяет вал термобура с валом шпинделя, что значительно увеличивает длину нижнего плеча, т.е. расстояние от точки перекоса до долота [1].

Однако данный способ обладает тем недостатком, что в процессе бурения на шарниры постоянно действует осевая нагрузка, создаваемая ротором термобура. В связи с этим уменьшается долговечность указанного устройства.

Известен способ и устройство для его осуществления [2], при котором необходимое пространственное положение ствола скважины достигается с помощью силы, возникающей под действием отклоняющего механического приспособления. Профиль наклонной скважины на первом этапе имеет вертикальный участок. После его проходки забойный двигатель поднимают, к нему прикрепляют кривой переводник или отклонитель, с помощью которого при дальнейшем бурении искривляется профиль ствола и скважина становится наклонной.

Однако данный способ не позволяет управлять забойным двигателем и направлять его в любом направлении с пульта, расположенного на устье скважины, и не позволяет изменять профиль ствола наклонной скважины в процессе бурения.

Известен способ управления направленным бурением скважин [3], принятый за прототип, включающий приложение к инструменту (долоту) перпендикулярно направлению подачи в процессе бурения импульсного отклоняющего радиального усилия в непосредственной близости от режущего инструмента, управление которым осуществляют с пульта управления буровой установки.

Устройство для его реализации содержит забойный двигатель, соединенный шарнирным соединением с долотом, пульт управления буровой установки и связанный с ним скважинный блок для создания осевого отклонения.

Недостатком этого способа и устройства является сложность управления процессами направленного бурения.

Задачей предложенного способа и устройства является устранение указанных недостатков и создание более простых способа и устройства управления бурением скважин.

Задача решается тем, что способ управления направленным бурением наклонных скважин, включающий приложение к инструменту перпендикулярно направлению подачи в процессе бурения импульсного отклоняющего радиального усилия в непосредственной близости от режущего инструмента, управление которым осуществляют с пульта управления установки, характеризуется тем, что осевое отклонение создают силой неуравновешенного радиального магнитного тяжения между разнополярными полюсами электрического генератора, устанавливаемого на валу инструмента.

Устройство для управления направленным бурением наклонных скважин, включающее забойный двигатель, соединенный шарнирным соединением с долотом, пульт управления буровой установки и связанный с ним скважинный блок для создания осевого отклонения, характеризуется тем, что скважинный блок для создания осевого отклонения снабжен последовательно соединенными автономной системой передачи информации, формирователем импульсов управления и тиристорным блоком и установленным на валу долота электрогенератором, индуктор которого с постоянными магнитами расположен на валу между долотом и шарнирным соединением, а каждый полюс обмотки якоря соединен с встречно включенными тиристорами тиристорного блока, управляемые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов управления, а каждый полюс якоря электрогенератора имеет две взаимно перпендикулярные обмотки, при этом вход автономной системы передачи информации соединен с выходом пульта управления буровой установки.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - электрическая схема управления буровой установкой; на фиг. 3 - соединение полюсов обмотки якоря генератора.

Устройство для осуществления способа состоит из входящего в скважинный блок для создания осевого отклонения электрогенератора 1, расположенного на валу долота 2, которое соединено с забойным двигателем 3 шарнирным соединением 4. Электрогенератор 1 выполнен из индуктора 5, который состоит из постоянных магнитов, жестко закрепленных на валу долота 2, и якоря с обмотками 6. Каждый полюс якоря электрогенератора имеет две взаимно перпендикулярные обмотки, накоротко соединяющиеся с тиристорным блоком 7. Тиристорный блок 7 состоит из встречно-параллельно включенных тиристоров 8, закорачивающих разноименные полюсы обмотки якоря 6 электрогенератора 1. Тиристорный блок 7 соединен с также входящей в скважинный блок автономной системой передачи информации 9, которая расположена в забое и соединена с пультом управления буровой установки 10 через формирователь импульсов управления 11, причем управляемые входы тиристорного блока 7 соединены с выходом формирователя импульсов управления 11. Тиристорный блок 7 может быть выполнен в виде цилиндрического кольца из электроизоляционного материала, на котором расположены тиристоры.

Устройство, реализующее способ управления направленным бурением наклонных скважин, работает следующим образом.

Забойный двигатель 3 при работе вращает вал с долотом 2, на котором расположен индуктор 5 электрогенератора 1. После того как оператор принял решение изменить направление траектории бурения, он подает сигнал с пульта управления буровой установки 10, который воспринимается по гидроканалу автономной системой передачи информации 9, расположенной в забое, и затем поступает на вход формирователя импульсов управления 11 и далее на тиристорный блок 7. Посланная информация обеспечивает такой режим тиристорного блока 7, при котором по обмотке полюса якоря 6 одной полярности ток не протекает (тиристор закрыт), а по обмотке полюса якоря 6 другой полярности протекает максимальный ток (тиристор открыт). Величина магнитной индукции под одним полюсом становится в несколько раз больше, чем под другим. Магнитное тяжение, пропорциональное квадрату величины магнитной индукции, становится неравновесным и образуется результирующая сила, направленная перпендикулярно оси скважины. Под действием этой силы нижняя часть бурового долота 2 будет искривлять профиль ствола, делая скважину наклонной.

Для изменения азимута точки приложения неуравновешенной силы изменяют ток во взаимно перпендикулярных обмотках якоря 6 электрогенератора 1, что осуществляется с помощью тиристоров 8. Каждому азимутальному углу соответствует определенная величина тока, протекающего по обмоткам электрогенератора.

Источники информации 1. Патент США N 3586116, Н.кл. 175-74, 1971.

2. А.с. СССР N 947375, E 21 B 4/02, 7/06, 1979.

3. А.с. СССР N 1698411, E 21 B 7/04, 91 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ управления направленным бурением наклонных скважин, включающий приложение к долоту перпендикулярно направлению подачи в процессе бурения импульсного отклоняющего радиального усилия в непосредственной близости от режущего инструмента, управление которым осуществляют с пульта управления буровой установки, отличающийся тем, что осевое отклонение создают силой неуравновешенного радиального магнитного тяжения между разнополярными магнитными полюсами электрического генератора, устанавливаемого на валу долота.

2. Устройство для управления направленным бурением наклонных скважин, включающее забойный двигатель, соединенный шарнирным соединением с долотом, пульт управления буровой установки и связанный с ним скважинный блок для создания осевого отклонения, отличающееся тем, что скважинный блок для создания осевого отклонения снабжен последовательно соединенными автономной системой передачи информации, формирователем импульсов управления и тиристорным блоком и установленным на валу долота электрогенератором, индуктор которого с постоянными магнитами расположен на валу между долотом и шарнирным соединением, а каждый полюс обмотки якоря соединен с встречно включенными тиристорами тиристорного блока, управляемые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов управления, а каждый полюс якоря электрогенератора имеет две взаимно перпендикулярные обмотки, при этом вход автономной системы передачи информации соединен с выходом пульта управления буровой установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3