Система бурения наклонных и горизонтальных скважин

 

Изобретение относится к бурению наклонных и горизонтальных скважин, в частности к системам передачи информации текущих координат бурения для управления процессом бурения. Техническим результатом изобретения является повышение надежности бурения за счет снижения потребления энергии от батареи питания и возможности передачи информации "сверху-вниз". Для этого в систему бурения с использованием магнитоэлектрического бескабельного канала связи введены дополнительные электронные узлы, обеспечивающие передачу как от забойной телеметрической системы к наземной аппаратуре обработки информации, так и от наземной аппаратуры к забойной телесистеме. Это позволяет, например, с поверхности включать телеметрический комплекс, переключать приемопередающую систему в дежурный режим, обеспечивая экономное использование автономной батареи питания. 2 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к бурению наклонных и горизонтальных скважин при телеметрическом измерении текущих координат забоя, передаче информации от забоя к наземной аппаратуре и управлению направлением бурения.

Известна система бурения наклонных и горизонтальных скважин, содержащая буровую компановку: долото, забойный двигатель, кривой переводник, посадочное устройство, инклинометр, каротажный кабель, кабельный переводник, бурильные трубы, кран шаровой, квадрат, вертлюг; и наземную аппаратуру обработки информации.

Инклинометр, установленный в посадочном устройстве, подсоединен к каротажному кабелю, а кабель через кабельный переводник выведен из буровой колонны в затрубное пространство и подсоединен к наземной аппаратуре.

В режиме бурения инклинометр измеряет угловые и азимутальные параметры направления бурения и сформированный электрический информационный сигнал передает по каротажному кабелю в наземную аппаратуру для обработки и визуализации информации [1].

Известная система имеет следующие недостатки: - необходимость вывода кабеля через кабельный переводник в затрубное пространство не позволяет производить бурение роторным способом; - наличие кабеля в затрубном пространстве создает опасность смятия, разрыва и утечку кабеля; - вывод кабеля усложняет операции бурения, требует дополнительное время на сборку и разборку кабельного переводника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой системе бурения наклонных и горизонтальных скважин является система бурения наклонных и горизонтальных скважин, включающая буровую компановку: забойный двигатель, кривой переводник, посадочное устройство, инклинометр, нижний электронный блок, бескабельный канал связи, верхний электронный блок и наземную аппаратуру, где нижний электронный блок содержит узел питания и выходной усилитель и обеспечивает прием информации от инклинометра и передачу ее к нижнему дросселю бескабельного канала связи, а верхний электронный блок содержит узел питания и входной усилитель и обеспечивает прием информации от верхнего дросселя бескабельного канала связи и передачу ее к наземной аппаратуре [2].

Недостатком известной системы является отсутствие возможности оперативного управления системой с поверхности, в частности, включение и выключение инклинометра и ретрансляторов при перерывах в работе, что увеличивает расход электроэнергии от автономных элементов питания и снижает ресурс и надежность системы ввиду того, что передача информационного сигнала идет только от инклинометра к наземной аппаратуре.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности бурения.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известную систему бурения наклонных и горизонтальных скважин, содержащую в составе стандартной буровой компановки инклинометр, нижний электронный блок с узлом питания, выходным усилителем и нижним дросселем бескабельного канала связи; верхний электронный блок с узлом питания, входным усилителем и верхним дросселем бескабельного канала связи, где узел питания нижнего электронного блока подсоединен к инклинометру, выход усилителя подсоединен к нижнему дросселю; вход входного усилителя верхнего электронного блока подсоединен к верхнему дросселю бескабельного канала связи, а выход подсоединен к узлу питания и к наземной аппаратуре, согласно изобретению, в нижний электронный блок дополнительно введены: входной усилитель, усилитель ответного сигнала, формирователь блокирующих импульсов и таймер включения питания; а в верхний электронный блок дополнительно введены: формирователь ответного сигнала, генератор импульсов начального запуска, генератор запускающих импульсов, генератор сигнала ответа и выходной усилитель; причем вход входного усилителя нижнего электронного блока соединен с инклинометром, а выход соединен с входом выходного усилителя, вход усилителя ответного сигнала подсоединен к дросселю, а выход соединен с первым входом формирователя блокирующих импульсов, второй вход которого соединен с выходом входного усилителя, выход формирователя блокирующих импульсов соединен с входом таймера, выход последнего подсоединен к узлу питания; первый вход формирователя ответного сигнала верхнего электронного блока подсоединен к выходу входного усилителя, выход формирователя подсоединен к первому входу генератора запускающих импульсов и через генератор импульсов начального запуска подсоединен ко второму входу генератора запускающих импульсов, выход которого соединен со вторым входом формирователя ответного сигнала и с входом генератора сигналов ответа, а последний через выходной усилитель подсоединен к верхнему дросселю бескабельного канала связи.

На фиг. 1 представлена предлагаемая система бурения.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы системы бурения.

Система состоит из нижнего электронного блока 1, входного усилителя 2, выходного усилителя 3, дросселя 4, усилителя ответного сигнала 5, формирователя блокирующих импульсов 6, таймера 7, узла питания 8, верхнего электронного блока 9, верхнего дросселя 10, входного усилителя 11, формирователя ответного сигнала 12, генератора импульсов начального запуска 13, генератора запускающих импульсов 14, генератора сигнала ответа 15, выходного усилителя 16, узла питания 17.

Вход входного усилителя 2 нижнего электронного блока 1 подсоединен к инклинометру и узлу питания 8, выход входного усилителя 2 подсоединен к формирователю блокирующих импульсов 6 и через выходной усилитель 3 - к дросселю 4, выход усилителя 3 через усилитель ответного сигнала 5, формирователь блокирующих импульсов 6 и таймер 7 подсоединен к узлу питания 8; дроссель 4 нижнего электронного блока 1 через бескабельный канал связи 4 связан с дросселем 10 верхнего электронного блока 9, дроссель 10 подсоединен к входу входного усилителя 11 и к выходу выходного усилителя 16, выход усилителя 11 подсоединен: к узлу питания 17, к наземной аппаратуре и к первому входу формирователя ответного сигнала 12, выход формирователя 12 подсоединен к генератору запускающих импульсов 14 и через генератор импульсов начального запуска 13 подсоединен ко второму входу генератора запускающих импульсов 14, выход генератора 14 подсоединен ко второму входу формирователя ответного сигнала 12 и через генератор сигнала ответа 15 подсоединен к входу выходного усилителя 16.

Работа системы поясняется временными диаграммами, представленными на фиг. 2, где: 18 - информационный сигнал на входе и выходе усилителя 2, 19 - сигнал на выходе усилителя 3, 20 - сигнал на выходе усилителя 5, 21 - импульс на выходе формирователя блокирующих импульсов 6, 22 - напряжение на входе таймера 7, 23 - сигнал на входе входного усилителя 11,
24 - сигнал на выходе усилителя 11,
25 - импульс на выходе формирователя ответного сигнала 12,
26 - импульс на выходе генератора запускающих импульсов 14,
27 - импульс на выходе генератора сигналов ответа 15,
28 - информационный сигнал,
29 - ответный сигнал.

Система работает следующим образом.

При бурении после установки очередной бурильной трубы включают наземную аппаратуру. Напряжение питания с наземной аппаратуры поступает на узел питания 17 верхнего электронного блока 9. Начинают работать все электронные узлы. Генератор 13 генерирует импульсы начального запуска, которые поступают на один из входов генератора запускающих импульсов 14 генератор периодически через заданное время, подает импульс 26 на вход генератора сигнала ответа 15 и одновременно на вход формирователя ответного сигнала 12, блокируя его работу на время ответа сигнала 26. В то же время генератор 14 запускает генератор 15, который вырабатывает сигнал ответа (запроса) 27. Импульс запроса 27 через усилитель 16, дроссель 10, бескабельный канал связи, дроссель 4 поступает на вход усилителя ответных сигналов 5. С выхода усилителя 5 импульс запроса (ответа) 27 формируется в узле 6 и запускает таймер 7 на несколько секунд, последний включает узел питания 8. Напряжение питания с узла 8 поступает на инклинометр, включает его и инклинометр через некоторое время начнет выдавать информационный сигнал 18(28) на вход усилителя 2. Информационный сигнал 18 может быть представлен в виде последовательного двоичного модулированного по частоте кода в системе RS-232.

С выхода усилителя 2 усиленный сигнал 24 через выходной усилитель 3, дроссель 4 и бескабельный канал связи поступает на усилитель 11 верхнего электронного блока 9. С выхода усилителя 2 сигнал поступает в наземную аппаратуру и на формирователь ответного сигнала 12. Импульс 25 с выхода формирователя 12 блокирует генератор импульсов начального запуска 13 и запускает генератор 14. С выхода генератора 14 импульс 26 блокирует формирователь 12 и запускает генератор сигнала ответа 15, последний генерирует импульс 27, который через усилитель 16, дроссель 10, бескабельный канал и дроссель 4 поступает на усилитель 5, что в итоге перезапустит таймер 7 и продлит время включенного питания инклинометра до тех пор, пока будет поступать информационный сигнал, сигнал ответа и будет включено питание верхнего электронного блока 9 от наземной аппаратуры.

Если будет выключено питание, верхний электронный блок 9 прекратит подачу сигнала ответа, нижний блок 1 отключит питание инклинометра и блок 1 перейдет в дежурный режим, при этом потребление блока 1 не превысит несколько десятков милливатт от автономного источника питания.

Предлагаемая система бурения позволяет повысить надежность бурения за счет:
- снижения потребления энергии от батареи блока питания нижнего электронного блока;
- исключения разборки нижнего блока для выключения или отсоединения батареи питания при длительной остановке работ;
- возможности передачи информации "сверху-вниз" для управления режимом работы ретрансляторов и инклинометром.

Источники информации
1. Патент РФ N 2078921, E 21 В 47/022, 1997 г.

2. Патент РФ N 2140537, E 21 B 47/022, 1999 г. - прототип.

Формула изобретения

Система бурения наклонных и горизонтальных скважин, содержащая в составе стандартной буровой компановки инклинометр, нижний электронный блок с узлом питания, выходным усилителем и нижним дросселем бескабельного канала связи, верхний электронный блок с узлом питания, входным усилителем и верхним дросселем бескабельного канала связи, где узел питания нижнего электронного блока подсоединен к инклинометру, выход усилителя подсоединен к нижнему дросселю, вход входного усилителя верхнего электронного блока подсоединен к верхнему дросселю бескабельного канала связи, а выход подсоединен к узлу питания и к наземной аппаратуре, отличающаяся тем, что в нижний электронный блок дополнительно введены входной усилитель, усилитель ответного сигнала, формирователь блокирующих импульсов, таймер включения питания, а в верхний электронный блок дополнительно введены формирователь ответного сигнала, генератор импульсов начального запуска, генератор запускающих импульсов, генератор сигнала ответа, выходной усилитель, причем вход входного усилителя нижнего электронного блока соединен с инклинометром, а выход соединен со входом выходного усилителя, вход усилителя ответного сигнала подсоединен к дросселю, а выход соединен с первым входом формирователя блокирующих импульсов, второй вход которого соединен с выходом входного усилителя, выход формирователя блокирующих импульсов соединен с входом таймера, выход последнего подсоединен к узлу питания, первый вход формирователя ответного сигнала верхнего электронного блока подсоединен к выходу входного усилителя, выход этого формирователя подсоединен к первому входу генератора запускающих импульсов и через генератор импульсов начального запуска подсоединен ко второму входу генератора запускающих импульсов, выход которого соединен со вторым входом формирователя ответного сигнала и с входом генератора сигналов ответа, а последний через выходной усилитель подсоединен к верхнему дросселю бескабельного канала связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2