Способ и устройство контроля азимута угла установки отклонителя в вертикальных стволах скважин



Способ и устройство контроля азимута угла установки отклонителя в вертикальных стволах скважин

 


Владельцы патента RU 2434132:

Закрытое акционерное общество "НТ-Курс" (RU)

Группа изобретений относится к нефтегазаовой промышленности, а именно к измерительным устройствам и способам контроля азимута угла установки отклонителя в вертикальных стволах скважин. Устройство включает вычислитель азимута угла установки отклонителя, электродвигатель постоянного тока, на валу которого установлен датчик угловой скорости с выходом, соединяющим его с питающими обмотками электродвигателя, и датчик угла поворота вала относительно корпуса электродвигателя. При этом выход датчика угла поворота вала подключен на выход вычислителя азимута. При измерении известными методами азимута угла установки отклонителя в его неподвижном положении и вычислении, за счет предложенного устройства, текущего значения угла поворота отклонителя в процессе бурения относительно первого азимута, в результате суммы этих двух углов определяется азимут угла установки отклонителя в процессе бурения. Позволяет проводить измерения при повышенных вибрациях скважинного оборудования, не останавливая бурение и в скважинах обсаженных стальными колоннами, что снижает затраты на проведение буровых работ и повышает их качество. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для бурения направленных скважин.

Известен способ контроля азимута угла установки отклонителя на вертикальных участках ствола скважины в процессе бурения [1]. На участках скважины с наклоном менее 3-х градусов, угол установки отклонителя измеряется путем суммирования сигналов датчика азимута и датчика положения отклонителя в горизонтальной плоскости.

Недостатком способа является использование датчиков, основанных на измерении магнитного поля Земли и нанесении специальных магнитных меток. При работе в обсадных стальных колоннах указанные датчики применяться не могут.

Известен способ измерения траектории ствола скважины трехстепенным гироскопом в процессе движения скважинного прибора. Указанный способ основан на измерении проекций угловых скоростей вращения Земли относительно двух взаимно перпендикулярных осей в плоскости, перпендикулярной оси скважины, и на измерении угла поворота скважинного прибора относительно стабилизированного в плоскости горизонта и в азимуте направления [2].

Недостатком способа является невозможность его использования при бурении из-за большого уровня вибраций скважинного прибора, из-за требуемого малого диаметра скважинного прибора и недостаточного ресурса применяемых гиромоторов.

Известен способ измерения траектории ствола скважины в процессе движения скважинного прибора, заключающийся в измерении проекций угловых скоростей на три взаимно перпендикулярные оси датчиками угловых скоростей, измерение проекций ускорений на те же оси с последующей математической обработкой результатов измерений [3].

Недостатком способа является невозможность построения подобного устройства, работающего в процессе бурения скважин, из-за его неприемлемо больших габаритов, недостаточной виброустойчивости, низкой эксплуатационной надежности.

Наиболее близким техническим решением как для способа, так и для устройства является гирокомпас, который состоит из двухстепенного гироскопического датчика угловой скорости, расположенного на поворотной платформе. Датчик угловой скорости устанавливается на платформе таким образом, что его ось чувствительности направлена перпендикулярно оси поворота. Платформу последовательно с помощью исполнительного механизма устанавливают в три положения в горизонтальной плоскости, измеряют проекции угловой скорости вращения Земли в этих положениях и с помощью математической обработки выходных сигналов определяют азимут установки гирокомпаса [4].

Недостатком способа, взятого за прототип, является то, что измерения могут быть произведены только при неподвижном положении прибора.

Целью изобретения является определение азимута угла установки отклонителя в процессе бурения скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля азимута угла установки отклонителя в процессе бурения, содержащего измерение проекций вектора угловой скорости вращения Земли при неподвижном положении скважинного прибора, сочлененного с отклонителем и расположенного вдоль оси ствола скважины, по значениям которых вычисляют азимут угла установки отклонителя в этом положении, в дополнение к этому, непрерывно измеряют текущий угол поворота отклонителя относительно неподвижного положения, при котором определялся азимут угла его установки, путем интегрирования значений угловой скорости поворота отклонителя, а азимут угла установки отклонителя в процессе бурения определяют как сумму двух углов по формуле:

, где

- текущее значение угла поворота отклонителя в процессе бурения

ω(t) - текущее значение угловой скорости поворота отклонителя в процессе бурения, вектор которой направлен вдоль оси ствола скважины, оси скважинного прибора и отклонителя.

αo - азимут угла установки отклонителя, измеренный в неподвижном положении отклонителя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем вычислитель азимута угла установки отклонителя, исполнительный механизм с вращающимся валом, расположенный в корпусе устройства так, что ось вала расположена вдоль оси корпуса, а на валу исполнительного механизма размещен датчик угловой скорости, при этом исполнительный механизм выполнен в виде электродвигателя постоянного тока, на валу которого установлен датчик угла поворота вала электродвигателя относительно его корпуса, ось чувствительности датчика угловой скорости совпадает с осью вала электродвигателя, выход датчика угловой скорости через усилитель обратной связи соединен с питающими обмотками электродвигателя, а выход датчика угла поворота вала электродвигателя подключен на вход вычислителя азимута угла установки отклонителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом на котором изображены: вычислитель 1 азимута угла установки отклонителя, исполнительный механизм, выполненный в виде электродвигателя 2 постоянного тока, корпус 3 устройства, вал 4 электродвигателя, датчик 5 угловой скорости, датчик 6 угла поворота вала электродвигателя, усилитель 7 обратной связи.

При направленном бурении ствола из вертикальной скважины (такими обычно считаются стволы скважин с углом наклона менее 3-х градусов), особенности забойных измерений связаны с тем, что, во-первых, измерения производятся при вертикальном расположении скважинного измерительного прибора, и, во-вторых, ствол скважины в месте проведения замеров, как правило, обсаженный, то есть скважинный прибор располагается внутри стальной трубы - в обсадной колонне.

Вертикальное расположение скважинного прибора в месте замеров делает невозможным измерение угла установки отклонителя при помощи гравитационных датчиков - акселерометров. Их используют для ориентации отклонителя при углах наклона ствола скважины более 3-х градусов, при меньших углах ориентируют отклонитель относительно сторон света, то есть измеряют азимут угла установки отклонителя. Однако обычно используемые для этого магнитные датчики, измеряющие магнитный азимут, не работают внутри стальной трубы, так как она экранирует магнитное поле Земли. Таким образом, для ориентации отклонителя в вертикальной обсаженной скважине могут быть использованы только гироскопические инклинометры.

В отличие от обычных забойных измерительных устройств (магнитных, гравитационных), существующие в настоящее время гироскопические инклинометры не могут работать в условиях вибрации и требуют для проведения замеров полной остановки бурения на время порядка нескольких минут. Невозможность контроля угла установки отклонителя в процессе бурения (то есть, фактически, бурение вслепую) является существенным фактором, снижающим качество буровых работ из-за отклонения траектории скважины от проектной. Предлагаемый способ и устройство позволяют контролировать азимут угла установки отклонителя в процессе бурения. Рассмотрим работу предложенного способа и описание работы устройства.

Пусть в первоначальном неподвижном положении отклонителя на забое, азимут угла установки отклонителя был измерен, например, с использованием способа [4], то есть αo - известно. Перед началом бурения производят спуск скважинного прибора с предлагаемым устройством, стыкуют его с отклонителем и включают. При бурении, датчик 5 угловой скорости измеряет разность между угловыми скоростями поворота вала электродвигателя относительно его корпуса - ωв/корп. и поворота самого корпуса электродвигателя, сочлененного с корпусом устройства и отклонителем - ω(t):

ωвалав/корп.-ω(t)

Сигнал с датчика 5, пропорциональный величине ωвала подается через усилитель 7 обратной связи на обмотки питания электродвигателя 2 постоянного тока, вращая вал электродвигателя в сторону, обратную вращению отклонителя, с такой угловой скоростью, чтобы сигнал с датчика 5 стал равным 0, т.е.

Датчик 6 угла поворота, расположенный на валу 4 электродвигателя, измеряет угол, на который повернется вал 4 относительно корпуса электродвигателя, т.е. величину

но, поскольку

то этот угол будет равен

т.е. равен текущему значению угла поворота отклонителя в процессе бурения.

Вычислитель 1 азимута угла установки отклонителя суммирует значения α(t) и α0, т.е. вычисляет значение α=α(t)+α0

Компенсационная схема измерений, реализованная в рассматриваемом устройстве с обратной связью, позволяет снизить метрологические требования к гироскопическому датчику 5 угловой скорости, который, работая при угловых скоростях, близких к 0, в этом устройстве фактически является не измерительным средством, а нуль-органом, фиксирующим отклонения сигнала от нулевого уровня. Эта особенность измерительной схемы позволяет использовать в качестве датчиков угловой скорости микромеханические гироскопические датчики, обладающие малыми габаритами и высокой виброустойчивостью, обеспечивая надежное функционирование устройства в качестве скважинного прибора в процессе бурения.

Литература

1. В.Х.Исаченко. Инклинометрия скважин. М.: Недра, 1987 г., стр.122-123.

2. Патент РФ №2004786, кл. Е21В 47 02.

3. Н.Т.Кузовков. Системы стабилизации летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1976 г., стр.94-97.

4. Гироскопические приборы и системы / Под ред. Д.С.Пельпора. М.: Высшая школа, 1988 г.

1. Способ контроля азимута угла установки отклонителя в процессе бурения, содержащий измерение проекций вектора угловой скорости вращения Земли на горизонтальную плоскость при неподвижном положении скважинного прибора, сочлененного с отклонителем и расположенного вдоль оси ствола скважины, по значениям которых вычисляют азимут угла установки отклонителя в этом положении, отличающийся тем, что, с целью определения азимута угла установки отклонителя в процессе бурения, непрерывно измеряют текущий угол поворота отклонителя относительно неподвижного положения, в котором производились измерения и вычислялся азимут угла его установки, путем интегрирования значений угловой скорости поворота отклонителя, а азимут угла установки отклонителя в процессе бурения определяют как сумму двух углов по формуле:
α=α(t)+αo,
где - текущее значение угла поворота отклонителя в процессе бурения;
ω(t) - текущее значение угловой скорости поворота отклонителя в процессе бурения, вектор которой направлен вдоль оси ствола скважины, оси скважинного прибора и отклонителя;
αо - азимут угла установки отклонителя, измеренный в неподвижном положении отклонителя.

2. Устройство для осуществления способа, содержащее вычислитель азимута угла установки отклонителя, исполнительный механизм с вращающимся валом, расположенный в корпусе устройства так, что ось вала расположена вдоль оси корпуса, а на валу исполнительного механизма размещен датчик угловой скорости, отличающееся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде электродвигателя постоянного тока, на валу которого установлен датчик угла поворота вала электродвигателя относительно его корпуса, ось чувствительности датчика угловой скорости совпадает с осью вала электродвигателя, выход датчика угловой скорости через усилитель обратной связи соединен с питающими обмотками электродвигателя, а выход датчика угла поворота вала электродвигателя подключен на вход вычислителя азимута угла установки отклонителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и, более конкретно, касается способа и устройства для ориентирования скважинных механизмов, например клина для зарезки дополнительного ствола в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.

Изобретение относится к горному делу - к технике контроля направленного горизонтального бурения, используется для определения горизонтального положения и поворота инструмента для формирования наклонных и горизонтальных скважин вокруг оси для последующего управления траекторией его движения.

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к ближней радиолокации. .

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к нефтегазовому оборудованию, необходимому при эксплуатации скважин, и может быть использовано при спуске приборов или инструмента в скважину.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при дистанционной гидроотбойке угля. .

Изобретение относится к буровой технике, конкретно к техническим средствам направленного бурения. .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к направленному бурению скважин. .

Изобретение относится к технике проводки наклонно направленных скважинзабойными двигателями. .

Изобретение относится к способу определения направления торца бурильного инструмента

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, проводимым как при бурении, так и при эксплуатации нефтегазовых скважин

Предложенная группа изобретений относится к направленному бурению скважин, а именно к способу, системе и устройству оценки показателей бурения в стволе скважины. Техническим результатом является повышение точности оценки направления бурового инструмента. Способ оценки показателей бурения в стволе скважины заключается в том, что осуществляют в процессе бурения скважины мониторинг фактической ориентации торца управляемого забойного двигателя посредством мониторинга параметра операции бурения, показывающего расхождение между фактической ориентацией указанного торца и заданной ориентацией торца. Для этого регистрируют во множество моментов времени в процессе бурения скважины расхождение между фактической ориентацией указанного торца и заданной и оценивают каждое из расхождений с присвоением соответствующих значений расхождениям, представляющим показатели бурения в соответствующий момент времени, в котором зарегистрировано соответствующее расхождение. Далее создают итоговый показатель, основанный на сумме значений и показывающий степень, в которой фактическая ориентация торца управляемого забойного двигателя удерживалась в правильной ориентации во множестве моментов времени в процессе бурения, и предоставляют итоговый показатель в блок оценки. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области бурения подземных буровых скважин и измерения в них. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение информативности исследований. Предложен способ направления бурения буровой скважины в целевом подземном пласте, включающий этапы подготовки бурового оборудования, имеющего компоновку низа бурильной колонны, которая включает в себя управляемую подсистему наклонно-направленного бурения и направленный измерительный прибор каротажа во время бурения с возможностью кругового просмотра и упреждающего просмотра; определения наличия заданного типа особенности пласта в целевом пласте; и навигации траектории бурения в целевом пласте буровым оборудованием, включающей в себя прием сигналов измерений с направленного измерительного прибора, получение на основании принимаемых сигналов измерений показателей параметров пласта относительно особенности пласта в целевом пласте и управление подсистемой наклонно-направленного бурения для бурения в направлении, определяемом в зависимости от получаемых показателей параметров пласта. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 56 ил.

Изобретение относится к области геофизики, геологической разведки и может быть использовано при пробном, поисковом и эксплуатационном бурении скважин. Предложен способ зондирования, каротажа пород и позиционирования снаряда в буровой скважине, включающий генерацию электромагнитного и магнитного полей с помощью излучающей антенны и индуктора в виде постоянного магнита или электромагнита, дистанционные измерения параметров этих полей с помощью приемных антенн, трехосных магнитометров и градиентомеров, установленных в контрольных точках наблюдений (КТН) на поверхности Земли, и последующие вычисления на основе полученной при измерениях многомерной информации по соответствующим алгоритмам параметров идентифицируемых пород и параметров пространственного положения снаряда в буровой скважине. При этом излучающая антенна и индуктор размещены на снаряде в буровой скважине и изолированных от буровых труб с помощью немагнитной вставки. Предложенный способ обеспечивает упрощение технологии получения многомерной информации и ее обработки. 2 ил.

Изобретение относится к приборам для каротажа скважин. Техническим результатом является повышение надежности работы устройства и точности измерений за счет исключения систематических погрешностей прибора. Предложено устройство для шагового перемещения приспособления вокруг оси шагового перемещения, содержащее опору для поддержания приспособления для вращения вокруг оси шагового перемещения, причем опора содержит поворотное крепление, поддерживаемое на основании, для вращения вокруг поперечной оси, пересекающей ось шагового перемещения, и механизм привода шагового перемещения для шагового перемещения приспособления вокруг оси шагового перемещения. Причем механизм привода шагового перемещения содержит ведущую часть и ведомую часть. При этом ведущая часть выполнена на основании, а ведомая часть выполнена на поворотном креплении и соединена с возможностью передачи приводного усилия с приспособлением. Кроме того, ведомая часть способна входить в зацепление и выходить из зацепления с ведущей частью при вращении поворотного крепления вокруг поперечной оси, посредством чего, когда ведомая часть находится в зацеплении с ведущей частью, она может получать приводное усилие, приводящее к шаговому перемещению приспособления вокруг оси шагового перемещения. Раскрыты также прибор для каротажа, включающий указанное устройство шагового перемещения, и способ каротажа с использованием упомянутого прибора. 5 н. и 32 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к способам и оборудованию, применяемым в технологических процессах, связанных с эксплуатацией подземной скважины, в частности к ориентированию обсадных или заливочных колонн. Техническим результатом является повышение точности ориентирования скважинных средств. Предложено устройство для ориентирования приспособления в наклонном стволе скважины по изменению давления флюида на предварительно определенную величину при известном расходе потока, протекающего через ориентирующий переводник, содержащее указанный ориентирующий переводник, соединенный с наружным корпусом с возможностью разъединения и имеющий втулку, вращаемую вместе с наружным корпусом, и ориентирующий механизм, соединенный с втулкой и вращаемый совместно с ней. При этом ориентирующий механизм содержит: наружную гильзу, соединенную с втулкой и вращаемую совместно с ней, и внутреннюю гильзу, вращаемую вместе с наружной гильзой. Причем ориентация внутренней гильзы относительно приспособления постоянна, а изменение давления происходит при повороте внутренней гильзы до некоторого положения, соответствующего заданной ориентации в скважине. Кроме того, ориентирующий механизм содержит поршень, перемещаемый в осевом направлении относительно внутренней гильзы. Причем в первом положении поршня задана первая траектория движения потока, соответствующая нежелательному положению приспособления, а во втором положении поршня задана вторая траектория движения потока, которая характеризуется большим сопротивлением потоку и соответствует требуемому положению и желательной ориентации приспособления, что сопровождается увеличением давления. При этом устройство содержит свободно перемещающийся шарик, расположенный в канавке, выполненной в наружной поверхности поршня, причем во внутренней гильзе имеется приемник для свободно перемещающегося шарика, а приспособление занимает положение, соответствующее требуемой ориентации в скважине, когда положение приемника выровнено по местоположению свободно перемещающегося шарика. Кроме того, ориентирующий переводник выполнен с возможностью отсоединения от наружного корпуса, когда приспособление находится в положении, соответствующем требуемой ориентации. Раскрыты также способы ориентирования приспособления в колонне труб в наклонной скважине с применением указанного устройства. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике измерений в процессе бурения, в частности к средствам автоматической калибровки датчика нагрузки бурового долота и регулирования продольного изгиба бурильной колонны. Техническим результатом является повышение эффективности бурения и эксплуатационного ресурса бурового долота за счет эффективной регулированию истинной нагрузки, приложенной к торцу бурового долота посредством оценки поправки нагрузки и уменьшения ошибки определения фактической силы в зоне контакта долота с породой. Предложен способ оптимизации замеров нагрузки в операциях бурения, включающий следующие шаги: снимают первый замер искривления на первой глубине в скважине, причем первый замер искривления дает угол наклона и азимут бурильной колонны на первой глубине; измеряют нагрузку на буровое долото на первой глубине сенсорной муфтой, размещенной на компоновке низа бурильной колонны, причем компоновка низа бурильной колонны образует часть бурильной колонны, а буровое долото размещено на конце бурильной колонны; рассчитывают прогнозируемую кривизну скважины на второй глубине в скважине, причем прогнозируемая кривизна включает прогнозируемый угол наклона и прогнозируемый азимут бурильной колонны на второй глубине; рассчитывают величину поправки нагрузки на основе прогнозируемой кривизны скважины и проводят калибровку сенсорной муфты с величиной поправки нагрузки. Предложены также долговременный машиночитаемый носитель данных и система оптимизации замеров нагрузки в операциях бурения для реализации указанного способа. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх