Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин

 

Изобретение относится к бурению наклонных и горизонтальных скважин, в частности к способам передачи информации от забойных телеметрических систем на дневную поверхность и обратно. Цель - повышение надежности и качества бурения. Способ включает сборку буровой компоновки : долота, забойного двигателя, кривого переводника, удлинительной трубы, посадочного устройства, инклинометра, нижнего блока согласования, бурильных труб, крана шарового, квадрата, верхнего блока согласования, токосъемника, вертлюга и наземной аппаратуры, где бурильные трубы, кран шаровой и квадрат покрыты внутри электроизолирующим слоем. Новым является то, что в нижней и верхней частях колонны внутри труб устанавливают нижний и верхний контактные электроды, которые соединяют кабелем в электроизолирующей оболочке длиной более 10 м, внизу - с телеметрической системой, а наверху через блок согласования и токосъемник - с наземной аппаратурой. Информационные сигналы в виде переменного (импульсного) тока передаются по буровому раствору внутри бурильных труб от одного контактного электрода к другому как снизу вверх, так и сверху вниз. 1 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к бурению наклонных и горизонтальных скважин при телеметрическом измерении текущих координат забоя и передаче информации на дневную поверхность для управления направлением бурения.

Известен способ бурения наклонных скважин, который включает бурение вертикального ствола скважины, установку в буровую компоновку с глубины набора кривизны забойного двигателя, кривого переводника и посадочного устройства, опускание внутри труб компоновки посредством геофизического кабеля инклинометра и фиксацию 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), усиливают трубы-ретрансляторы, имеющие между дросселями муфты и ниппеля усилитель с источником питания, верхний трубный переводник (верхний ретранслятор), обеспечивающий соединение верхнего ретранслятора с наземной аппаратурой.

Этот способ имеет следующие недостатки: - трудоемкость изготовления электрических дросселей, - трудоемкость изготовления специальных бурильных труб (проточка канавок в торцах ниппелей и муфт, проточка канавок по всей длине трубы, укладка, монтаж, изоляция и защита от давления дросселей и соединительных проводов), - ослабление бурильной трубы после проточки канавки вдоль трубы, - большие затухания сигнала в системе передачи информации, что не позволяет передавать информацию на большие расстояния и требует применения промежуточного ретранслятора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ бурения наклонных и горизонтальных скважин /2/.

Способ включает сборку буровой компоновки: долота, забойного двигателя, кривого переводника, удлинительной трубы, посадочного устройства, инклинометра, бурильных труб, крана шарового, квадрата, вертлюга и наземной аппаратуры 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, а 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, 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 цилиндра изолируют от внешнего цилиндра.

Бурильные трубы, кран шаровой и квадрат покрывают внутри изолирующим слоем. Токосъемник изготавливают со скользящим контактом или бесконтактный с электромагнитной (радио) связью. Информационный сигнал передают однотипными приемно-передающими антеннами (верхней и нижней), как снизу - вверх, так и сверху - вниз.

Известный способ имеет недостатки: - трудоемкость изготовления приемно-передающих антенн, - повышенные потери энергии в ферромагнитных сердечниках антенных дросселей, что увеличивает ток потребления от источников питания и снижает их ресурс работы, - сложность перестройки антенн на другую частоту.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и качества бурения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе бурения наклонных и горизонтальных скважин, включающем оборку буровой компоновки: долота, забойного двигателя, кривого переводника, удлинительной трубы, посадочного устройства, инклинометра, нижнего блока согласования, бурильных труб, крана шарового, квадрата, верхнего блока согласования, токосъемника, вертлюга и наземной аппаратуры, где бурильные трубы, кран шаровой и квадрат покрыты внутри электроизолирующим слоем, согласно изобретению в нижней части буровой компоновки устанавливают нижний контактный электрод и соединяют его кабелем в электроизолирующей оболочке через нижний блок согласования с инклинометром, а в верхней части буровой компоновки устанавливают верхний контактный электрод и соединяют его кабелем в электроизолирующей оболочке через верхний блок согласования с токосъемником, причем контактные электроды устанавливают внутри буровой колонны на максимально возможном расстоянии, например более 10 м, от посадочного устройства, вертлюга, токосъемника или других не изолированных от бурового раствора металлических поверхностей.

На чертеже представлено осуществление предлагаемого способа.

Сущность способа заключается в следующем.

Собирают буровую компоновку, состоящую из следующих изделий: долото 1, забойный двигатель 2, кривой переводник 3, удлинительная труба 4, посадочное устройство 5, инклинометр 6, нижний блок согласования 7, кабель в электроизолирующей оболочке 8, нижний контактный электрод 9, бурильные трубы 10, кран шаровой 11, квадрат 12, верхний контактный электрод 13, кабель в электроизолирующей оболочке 14, верхний блок согласования 15, токосъемник 16, вертлюг 17, наземная аппаратура 18.

Контактные электроды 9 и 13 изготавливают из любого нержавеющего металла (нержавеющая сталь, титан и др.) с внешней площадью, обеспечивающей достаточный электрический контакт с буровым раствором.

Кабели с электроизолирующей оболочкой 8 и 14 представляют собой провод с внешней изоляцией, исключающей контакт провода с буровым раствором по всей его длине.

Длину кабеля 8 от инклинометра 6 (блока согласования 7) до нижнего контактного электрода 9 выбирают в пределах одной свечи, порядка 20-25 м.

Длину кабеля 14 от верхнего контактного электрода 13 выбирают в пределах длины квадрата 12 порядка 16 метров, чем длиннее кабель, тем дальше электрод от неизолированных поверхностей и тем меньше потери энергии при передаче информационного сигнала.

В процессе бурения инклинометр 6 измеряет текущие параметры скважины и информационный сигнал в виде переменного (импульсного) напряжения через блок согласования 7 и кабель 8 поступает на нижний контактный электрод 9.

Электрод 9, находясь в контакте с буровым раствором, создает в нем переменный электрический ток, а поскольку бурильные трубы 10 изолированы внутри, то электрический ток потечет как вниз колонны и замкнется на посадочное устройство 5, так и вверх колонны и замкнется на верхний контактный электрод 13.

Величина электрического сопротивления бурового раствора от электрода 9 до посадочного устройства 5 определит величину тока потерь, и чем дальше электрод 9 от посадочного устройства 5, тем больше сопротивление раствора, меньше ток и меньше потеря энергии при передаче информационного сигнала.

Электрический ток от электрода 9 до электрода 13 в зависимости от количества труб будет разный и при максимальном количестве труб и сопротивлении бурового раствора электрический ток может быть в сотни и тысячи раз меньше тока потерь и может не достигнуть порога чувствительности приемного устройства блока согласования 15, что определит максимальную дальность передачи информации.

Использование предлагаемого способа позволит повысить надежность и качество бурения за счет: - упрощения приемно-передающей системы, - оперативного изменения тактовой частоты информационного сигнала без перестройки приемно-передающего тракта, что позволяет выбрать оптимальный режим для увеличения дальности передачи,
- снижения потерь энергии при передаче информационного сигнала.

Источники информации
1. Патент РФ 2140537, кл. Е 21 В 47/022, опубл.27.10.1999.

2. Патент РФ 2162521, кл. Е 21 В 47/12, опубл. 27.01.2001 - прототип.

Формула изобретения

Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин, включающий сборку буровой компоновки: долота, забойного двигателя, кривого переводника, удлинительной трубы, посадочного устройства, инклинометра, нижнего блока согласования, бурильных труб, крана шарового, квадрата, верхнего блока согласования, токосъемника, вертлюга и наземной аппаратуры, где бурильные трубы, кран шаровой и квадрат покрыты внутри электроизолирующим слоем, отличающийся тем, что в нижней части буровой компоновки устанавливают нижний контактный электрод и соединяют его кабелем в электроизолирующей оболочке через нижний блок согласования с инклинометром, а в верхней части буровой компоновки устанавливают верхний контактный электрод и соединяют его кабелем в электроизолирующей оболочке через верхний блок согласования с токосъемником, причем контактные электроды устанавливают внутри буровой колонны на максимально возможном расстоянии, например более 10 м, от посадочного устройства, вертлюга, токосъемника или других не изолированных от бурового раствора металлических поверхностей.

РИСУНКИ

Рисунок 1