Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин

 

Изобретение относится к области бурения наклонных и горизонтальных скважин, в частности к способу передачи информации от забойных телеметрических систем на дневную поверхность в процессе бурения. Изобретение обеспечивает повышение надежности и качества бурения горизонтальных скважин. Это достигается тем, что в предлагаемом изобретении устанавливают нижнюю и верхнюю приемно-передающие антенны, которые излучают и принимают электромагнитные информационные сигналы. Сигналы передаются по буровому раствору внутренней области бурильных труб, причем нижняя антенна возбуждает переменный импульсный электрический ток, который по буровому раствору внутри колонны труб достигает верхней антенны, и, охватывая ее, ток возвращается по стенкам колонны труб к нижней антенне, образуя замкнутое электрическое кольцо вокруг антенн. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к бурению наклонных и горизонтальных скважин при телеметрическом измерении текущих координат забоя и управлении направлением бурения.

Известен способ бурения наклонных скважин (1), где при сборке буровой компоновки, после установки забойного двигателя, кривого переводника, посадочного устройства устанавливают и фиксируют инклинометр, а каротажный кабель, подсоединенный к инклинометру, через кабельный переводник выводят в затрубное пространство и дальше выводят на дневную поверхность к наземной аппаратуре. Информация от инклинометра передается по каротажному кабелю.

Однако способ имеет следующие недостатки: - необходимость вывода кабеля через кабельный переводник в затрубное пространство не позволяет производить бурение роторным способом; - наличие кабеля в затрубном пространстве не исключает смятие, разрыв или утечку кабеля; - вывод кабеля усложняет операции бурения, требует дополнительное время на сборку и разборку кабельного переводника; - при использовании кабеля в течение всего периода бурения необходим каротажный подъемник.

Все это снижает надежность и качество бурения наклонных и горизонтальных скважин.

Наиболее близким техническим решением является способ бурения наклонных и горизонтальных скважин (2). Способ включает бурение вертикального ствола скважины, установку в буровую компоновку с глубины набора кривизны забойного двигателя, кривого переводника и посадочного устройства, опускании внутри труб компоновки посредством геофизического кабеля инклинометра и фиксации его в посадочном устройстве.

После спуска и фиксации инклинометра в посадочном устройстве в компоновку монтируют нижний трубный переводник с размещенным внутри электронным блоком, обеспечивающим прием и передачу сигналов (нижний ретранслятор). Нижний ввод блока присоединен к верхнему разъему кабеля, идущего от инклинометра, а верхний ввод присоединен к системе бескабельной передачи информации на поверхность (часть буровой компоновки, осуществляющей бескабельную передачу сигналов, устанавливают трубы-ретрансляторы, имеющие между дросселями муфты и ниппеля усилитель с источником питания, верхний трубный переводник (верхний ретранслятор), верхний трубный переводник, обеспечивающий соединение верхнего ретранслятора с наземной аппаратурой.

Недостатками известного способа являются: - трудоемкость изготовления электрических дросселей; - трудоемкость изготовления специальных бурильных труб (проточка канавок в торцах ниппелей и муфт, проточка канавок по всей длине трубы, укладка, монтаж и изоляция дросселей и соединяющих проводников); - ослабление бурильной трубы, после проточки канавки вдоль трубы; - большое затухание сигнала в системе передачи информации (60 дБ на 20 трубах), что не позволяет передавать информацию на большие расстояния (свыше 300 м) и вызывает применения промежуточных ретрансляторов; - наличие ретрансляторов, а также соединительного кабеля от инклинометра до нижнего ретранслятора, не позволяет провести контроль траектории скважины, не разбирая колонну.

Целью предполагаемого изобретения является повышение надежности и качества бурения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе бурения наклонных и горизонтальных скважин, включающем сборку буровой компоновки: забойного двигателя, кривого переводника, удлинительной трубы, посадочного устройства, инклинометра, бурильных труб, крана шарового, квадрата, вертлюга и наземной аппаратуры, согласно изобретению, в буровую компоновку после инклинометра устанавливают нижнюю приемно-передающую антенну, соединенную через блок согласования с инклинометром, а в верхней части буровой компоновки устанавливают верхнюю приемно-передающую антенну, соединенную через блок согласования и токосъемник, или непосредственно с наземной аппаратурой обработки и визуализации информации,причем конструкцию приемно-передающих антенн выполняют так, что при передаче информационного сигнала от инклинометра нижняя антенна возбуждает переменный (импульсный) электрический ток по буровому раствору внутри буровой компоновки, достигая верхней антенны и охватывая ее, ток возвращается по стенкам колонны к нижней антенне, образуя замкнутое электрическое кольцо вокруг нижней и верхней антенн, возбуждая в последней переменное (импульсное) напряжение - информационный сигнал.

Кроме этого, приемно-передающую антенну изготавливают в виде двух цилиндров разного диаметра, помещают один в другой и соединяют в торце, а в зазор между цилиндрами устанавливают цилиндр из магнитомягкого материала с обмоткой, который закрывают электроизолирующим материалом, внешний цилиндр выполняют по диаметру бурильной трубы с муфтой и ниппелем, второй торец внутреннего цилиндра изолируют от внешнего цилиндра, кроме этого бурильные трубы, кран шаровый и квадрат покрывают внутри электроизолирующим слоем, а токосъемник изготавливают со скользящим контактом или бесконтактный с электромагнитной (радио)связью.

Наличие двух однотипных приемно-передающих антенн позволяет передавать информационный сигнал как снизу-вверх, так и сверху-вниз.

Предлагаемый способ бурения представлен на фиг. 1 и фиг. 2.

Сущность способа заключается в следующем. Собирают буровую компоновку, состоящую из следующих элементов: долото 1, забойный двигатель 2, кривой переводник 3, удлинительная труба (посадочное устройство) 4, инклинометр 5, блок согласования 6, нижняя приемно-передающая антенна 7, бурильные трубы 8, кран шаровый 9, квадрат 10, верхняя приемно-передающая антенна 11, блок согласования 12, токосъемник 13, вертлюг 14, наземная аппаратура обработки и визуализации информации 15.

Приемно-передающая антенна на фиг. 2 состоит из внутреннего 16 и внешнего 17 цилиндров, цилиндра 18 из магнитомягкого материала с обмоткой, электроизолирующего материала 19, электроизолирующего слоя 20. Буровой раствор 21.

После пробуривания вертикального ствола скважины собирают компоновку для бурения наклонно-горизонтальной части скважины, устанавливают долото 1, забойный двигатель 2, кривой переводник 3, удлинительную трубу с посадочным устройством 4, инклинометр 5, соединенный через блок согласования 6 с нижней приемно-передающей антенной 7, и бурильные трубы.

Отдельно собирают верхнюю часть компоновки: кран шаровый 9, квадрат 10, верхнюю приемно-передающую антенну 11, соединенную через блок согласования 12 и токосъемник 13 с наземной аппаратурой 15, и вертлюг 14.

Верхнюю часть компоновки подсоединяют к нижней при установке достаточного количества бурильных труб. Через вертлюг 14 подают раствор 21, который заполняет внутреннюю область колонны.

Включают аппаратуру, инклинометр 5 измеряет текущие параметры скважины и через блок согласования 6 подает информационный сигнал на нижнюю приемно-передающую антенну 7, которая возбуждает переменный электрический ток. Электрический ток идет от внутреннего цилиндра нижней антенны до внутреннего цилиндра верхней антенны и, замыкаясь на стенку буровой колонны, образует токовую петлю 22 (пунктир) вокруг антенн. Токовая петля возбуждает в верхней антенне переменное (импульсное) напряжение, идентичное передаваемому. Этот сигнал через блок согласования 12 и токосъемник 13 поступает в наземную аппаратуру обработки и визуализации информации 15. Данные, полученные на поверхности, используют для контроля направления бурения и для управления направлением бурения.

Предлагаемый способ бурения позволяет повысить надежность и качество бурения за счет:
- сокращения времени сборки и разборки колонны;
- возможности работы в режиме гидробурения и роторном режиме;
- исключения каротажного кабеля и эксплуатации подъемника;
- независимости качества передачи информации от свойств бурового раствора и от физико-механических характеристик горных пород;
- исключения регулярных замен деталей и узлов.

Источники информации:
1. Патент РФ N 2078921, кл. E 21 B 47/022, 1997.

2. Патент РФ N 2140537, кл. E 21 B 47/022, 1999.

Формула изобретения

1. Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин, включающий сборку буровой компоновки: забойного двигателя, кривого переводника, удлинительной трубы, посадочного устройства, инклинометра, бурильных труб, крана шарового, квадрата, вертлюга и наземной аппаратуры, отличающийся тем, что в буровую компоновку после инклиномера устанавливают нижнюю приемно-передающую антенну, соединенную через блок согласования с инклинометром, а в верхней части буровой компоновки устанавливают верхнюю приемо-передающую антенну, соединенную через блок согласования и токосъемник или непосредственно с наземной аппаратурой обработки и визуализации информации, причем конструкцию приемно-передающих антенн выполняют так, что при передаче информационного сигнала от инклинометра нижняя антенна возбуждает переменный импульсный электрический ток по буровому раствору внутри буровой компоновки, достигая верхней антенны и охватывая ее, ток возвращается по стенкам колонны к нижней антенне, образуя замкнутое электрическое кольцо вокруг нижней и верхней антенн, возбуждая в последней переменное импульсное напряжение - информационный сигнал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемно-передающую антенну изготавливают в виде двух цилиндров разного диаметра, помещают один в другой и соединяют в торце, в зазор между цилиндрами устанавливают цилиндр из магнитомягкого материала с обмоткой, который закрывают электроизолирующим материалом, внешний цилиндр выполняют по диаметру бурильной трубы с муфтой и ниппелем, а второй торец внутреннего цилиндров изолируют от внешнего цилиндра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурильные трубы, кран шаровый и квадрат покрывают внутри изолирующим слоем.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что токосъемник изготавливают со скользящим контактом или бесконтактный с электромагнитной радиосвязью.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что информационный сигнал передают однотипными приемно-передающими антеннами, верхней и нижней, как снизу вверх, так и сверху вниз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2