Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине



Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине
Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине

 


Владельцы патента RU 2482270:

Закрытое Акционерное общество Научно-производственная фирма по геофизическим и геоэкологическим работам "Каротаж" (RU)

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, проводимым как при бурении, так и при эксплуатации нефтегазовых скважин. Техническим результатом является расширение диапазона применения скважинного прибора при вычислении его ориентации по сторонам света при использовании внутри колонны стальных труб и в вертикальных участках. Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине по данным трехосевого блока акселерометров проводят на участке скважины, обладающей достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров. Рассчитывают угол поворота точки визирования скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и зенитного угла положения оси скважинного прибора. Азимутальный угол положения скважинного прибора определяют по данным инклинометрии ранее проведенных замеров. Далее на участке скважины, обладающей достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, производят запуск и разарретирование гироскопа, главная ось которого на момент разарретирования соосна с осью, перпендикулярной оси устройства. При этом для текущего положения главной оси гироскопа через рассчитанный угол поворота точки визирования скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и известного азимутального угла положения скважинного прибора рассчитывают пространственное положение относительно сторон света. Затем скважинный прибор доставляют на вертикальный участок скважины, где по показаниям гироскопа определяют изменение положения корпуса скважинного прибора относительно положения главной оси гироскопа и рассчитывают пространственное положение точки визирования скважинного прибора по сторонам света. 2 ил.

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, проводимым как при бурении, так и при эксплуатации нефтегазовых скважин, именно для обеспечения привязки к сторонам света данных измерений геофизическими скважинными приборами с направленными датчиками, например положения перфорационных отверстий, положения механических разрушений (трещина гидроразрыва) в результате воздействия на пласт, положения изображения, сделанного скважинной фотокамерой и другими средствами.

Известны способы для измерения положения скважинного прибора в пространстве. Их применение позволяет вычислить зенитный угол θ, азимут наклонения плоскости оси скважинного прибора α, угол ориентации корпуса скважинного прибора в апсидальной плоскости наклона оси скважинного прибора φ в каждой точке траектории перемещения скважинного прибора по буровой скважине (Ковшов Г.Н., Алимбеков Р.И., Жибкр А.В., Инклинометры (основы теории и проектирования), Уфа, Гилем, 1998 г., 380 стр.). Устройства для реализации данного способа используют акселерометры или маятниковые индикаторы горизонта для измерения положения оси скважинного прибора относительно вертикали и магнитные или гироскопические компасы для определения азимута оси скважинного прибора (Исаченко В.Х., Инклинометрия скважин. - М.: Недра, 1987 г., страницы 62-154). Устройство для определения визирного угла, базирующееся на данных, получаемых с блока акселерометров, описано в Патенте РФ №2306529, G01C 21/06, 2005, а основанное на данных, получаемых с блока гироскопов, описано, например, в А.С. СССР №1788224.

Однако применение магнитных систем обуславливает ограничение в случае применения известных способов и устройств в скважинах, обсаженных стальными трубами из-за подверженности влияния магнитных масс на измерительные установки. Гироскопические компасы, свободные от ограничения работы внутри стальной колонны, сложны по своей технической реализации и обладают относительно небольшим ресурсом работы непрерывного цикла измерения вследствие накопления ошибки измерения ввиду температурного и временного дрейфа гироскопа. Акселерометры не позволяют проводить измерения относительного положения корпуса скважинного прибора при субвертикальном положении скважинного прибора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения направления скважины (Патент РФ №2109943). В данном способе для определения угла наклона θ, угла φ поворота относительно верхней стороны скважины, азимутального угла ψ положения скважинного прибора применен трехосевой блок акселерометра-магнитометра, осуществляющий измерение ускорения силы тяжести gx, gy, gz известного местного вектора g ускорения силы тяжести и измерение компонентов магнитного поля Вх, By, Вz полного магнитного поля В. Здесь x, y, z - векторные компоненты в декартовой системе координат XYZ, привязанной к трехосевому блоку акселерометра-магнитометра во время проведения скважинных исследований, а θ, φ, ψ - углы, определяющие повороты между системой координат XYZ и декартовой системой координат NEV, где N - направление на северный магнитный полюс, V - вертикальное направление, Е - направление на восток. Недостатком данного способа является его чувствительность к внешним магнитным полям окружающей среды, искажающим магнитное поле Земли. Как следствие, - низкая точность при работе в скважинах, обсаженных стальными трубами, в частности на вертикальных и субвертикальных участках.

При использовании заявляемого способа решается задача ориентирования скважинного прибора по сторонам света.

При решении поставленной задачи достигается следующий результат: определяется положение направленных датчиков скважинных приборов относительно сторон света, в том числе при его использовании внутри колонны стальных труб и в вертикальных участках скважины.

Заявляемый способ базируется на том, что в Западной Сибири и в некоторых других регионах в случаях скважин, пробуренных методом кустового бурения, пересечение скважины с проектным по строительству скважины пластом происходит при углах, близких к 90°. В то же время на вышележащих интервалах, находящихся на расстоянии порядка от 50 до 200 м от места пересечения скважины с проектным пластом, угол отклонения оси скважины от вертикали составляет от 20° до 40°. Причем на данном участке проведены инклинометрические измерения, и для каждой точки траектории скважины известны азимут и зенитный угол.

Указанный результат достигается тем, что в способе определения положения скважинного прибора в скважине по данным трехосевого блока акселерометров, по известным формулам, например (Ковшов Г.Н., Алимбеков Р.И., Жибкр А.В., Инклинометры (основы теории и проектирования), Уфа, Гилем, 1998 г., 380 стр.), на участке скважины, обладающем достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, рассчитывают угол поворота точки визирования φ скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и зенитный угол θ положения оси скважинного прибора, азмутальный угол α положения скважинного прибора определяют по данным инклинометрии ранее проведенных замеров. Далее на участке скважины, обладающей достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, производят запуск и разарретирование гироскопа, главная ось которого на момент разарретирования соосна с осью ОХ. Для текущего положения главной оси гироскопа через рассчитанный угол поворота точки визирования φ скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и известного азмутального угла α положения скважинного прибора рассчитывается пространственное положение относительно сторон света. Затем скважинный прибор доставляется в вертикальный участок скважины, где благодаря способности гироскопа к сохранению пространственной ориентации положения главной оси по его показаниям определяют изменение положения корпуса скважинного прибора относительно положения главной оси инклинометра, и, соответственно, рассчитывают пространственное положение точки визирования скважинного прибора по сторонам света.

Суть данного способа заключается в следующем. Существующие технологии эксплуатации нефтяных скважин предполагают пересечение буровой скважины проектного пласта под субвертикальными углами. В то же время именно эти интервалы наиболее часто становятся объектами исследования. При этом часто необходимо результат исследования сориентировать по сторонам света. Это может быть, например, фотография, сделанная через объектив, расположенный в корпусе скважинного прибора, местоположение перфорационного отверстия, определенного электрическим или акустическим сканером опять-таки при помощи датчика, определенным образом связанного с корпусом скважинного прибора. В то же время при кустовом бурении углы отклонения скважины от вертикали достигают значительных величин на всем протяжении скважины непосредственно перед ее пересечением с проектным пластом.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На Фиг.1 представлено положение в пространстве ортогональной системы координат;

На Фиг.2 представлена функциональная схема устройства, которым возможно осуществление предлагаемого способа.

Ортогональная система координат OXYZ жестко ориентирована относительно корпуса скважинного прибора, в декартовой системе координат ЮЗВ, где Ю - направление на южный географический полюс, З - вертикальное направление, В - направление на восток. Пространственное положение корпуса скважинного прибора и, соответственно, положение касательной к оси скважины в точке расположения центра скважинного прибора описываются углами: θ - зенитным и α - азимутальным. В скважинах, где были проведены инклинометрические исследования, эти данные есть для каждой точки траектории скважины.

Трехосный скважинный акселерометр, измеряющий проекции вектора ускорения силы тяжести на оси OX, OY и OZ, соответственно gx, gy, gz, благодаря тому, что ось ОХ жестко связана с точкой визирования скважинного прибора, позволяет по известным формулам, например (Ковшов Г.Н., Алимбеков Р.И., Жибкр А.В., Инклинометры (основы теории и проектирования), Уфа, Гилем, 1998 г., 380 стр.), вычислить положение оси ОХ в системе координат ЮЗВ, и на основании этого привязать данные, измеряемые скважинным прибором, к сторонам света. Однако, при вертикальном положении скважинного прибора, проекции вектора силы тяжести gx, gy равны нулю, что делает невозможным использование акселерометров для целей ориентирования положения скважинного прибора. Поэтому ориентацию положения скважинного прибора по сторонам света проводят на участке скважины, максимально приближенном к исследуемому участку и имеющем отклонение от вертикали, достаточное для уверенной работы блока трехосных акселерометров. Обычно при углах отклонения оси скважины от вертикали более 10° это условие выполняется с достаточной точностью. Здесь же проводят запуск и разарретирование гироскопа, главная ось которого в арретированном состоянии параллельна оси ОХ скважинного прибора. Таким образом, положение главной оси гироскопа привязывается к сторонам света, и, соответственно, на основании этого происходит ориентация положения точки визирования корпуса скважинного прибора. После этого прибор перемещается в интервал исследования. Ввиду того, что интервал исследования расположен недалеко от точки привязки, на перемещение не требуется много времени, что существенно уменьшает погрешность за счет наличия временного дрейфа гироскопа. Близость температур окружающей среды в точке привязки гироскопа и интервала исследования минимизирует температурную поправку на проводимые измерения. Это позволяет применять относительно простые гироскопы. После перемещения в интервал исследования направляющая вектора главной оси гироскопа сохраняет пространственную ориентацию, заданную положением скважинного прибора в точке привязки. В то же время пространственное положение корпуса скважинного прибора изменилось, вследствие чего изменились данные с гироскопа. Зная угол отклонения скважины от вертикали по данным блока трехосных акселерометров и изменения показаний гироскопа по известным формулам, рассчитывают пространственную ориентацию точки визирования корпуса скважинного прибора и соответственно, привязывают к странам света геофизические измерения, проведенные зондами и устройствами, жестко связанными с корпусом скважинного прибора.

Новым в способе определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине, в котором продольная ось корпуса скважинного зонда сосна с осью скважины, по данным трехосевого блока акселерометров на участке скважины, обладающей достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, осуществляют расчет угла поворота точки визирования скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и зенитный угол положения оси скважинного прибора, является то, что определяют азимутальный угол положения скважинного прибора по данным инклинометрии ранее проведенных замеров, на участке скважины, обладающей достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, производят запуск и разарретирование гироскопа, главная ось которого на момент разарретирования соосна с осью, перпендикулярной оси устройства, для текущего положения главной оси гироскопа через рассчитанный угол поворота точки визирования скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и известного азимутального угла положения скважинного прибора рассчитывают пространственное положение относительно стран света, затем скважинный прибор доставляют в вертикальный участок скважины, где благодаря способности гироскопа к сохранению пространственной ориентации положения главной оси по его показаниям определяют изменение положения корпуса скважинного прибора относительно положения главной оси гироскопа и, соответственно, рассчитывают пространственное положение точки визирования скважинного прибора по сторонам света.

Сумма существенных признаков, приведенных в материалах этой заявки, в ходе изучения патентной и научно-технической литературы по данному вопросу не обнаружена. Из чего можно сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует критерию новизна и изобретательский уровень.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит корпус скважинного зонда 1, трехкомпонентный акселерометр 2, регистрирующий блок 3, вычислительное устройство 4, гироскоп 5, блок телеметрии 6. Устройство работает следующим образом. Сигналы с трехкомпонентного акселерометра 2, пропорциональные проекциям вектора ускорения силы тяжести, поступают на регистрирующий блок 3. Основной функцией регистрирующего блока 3 является преобразование аналогового сигнала с выходов акселерометров 2 в соответствующий цифровой код. Далее сигналы с соответствующих выходов блока регистрации 3 поступают на вычислительное устройство 4. Результатом вычислений являются рассчитанные проекции вектора ускорения силы тяжести на оси трехкомпонентного акселерометра 2, осредненные по заданным алгоритмам, например по алгоритму метода скользящего окна. Вычисленные значения посредством блока телеметрии 6 передаются на бортовой компьютер. В ходе дальнейших вычислений, проводимых бортовым компьютером, по известным формулам рассчитывается положение точки визирования скважинного зонда по данным трехкомпонентного акселерометра и данным инклинометрии, например предшествующих измерений, относительно стран света. Разарретирование гироскопа 5 и его запуск производятся по команде с бортового компьютера, поступившей на скважинный зонд 1 посредством блока телеметрии 6, вырабатывающего соответствующий сигнал для гироскопа 5. Сигналы с гироскопа 5, аналогичным образом сигналам с трехкомпонентного акселерометра 2, поступают на регистрирующий блок 3 и далее на вычислительное устройство 4. откуда посредством блока телеметрии 6 передаются на бортовой компьютер для проведения вычисления положения точки визирования скважинного зонда по данным гироскопа 5 относительно сторон света.

Понятно, что при использовании в качестве акселерометров современных устройств с цифровым выходом функции регистрирующего блока реализуются непосредственно внутри цифрового акселерометра. Это замечание справедливо также и для современных гироскопов.

Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине, в котором продольная ось корпуса скважинного зонда соосна с осью скважины, по данным трехосевого блока акселерометров на участке скважины, обладающей достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, осуществляют расчет угла поворота точки визирования скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и зенитный угол положения оси скважинного прибора, отличающийся тем, что азимутальный угол положения скважинного прибора определяют по данным инклинометрии ранее проведенных замеров, далее на участке скважины, обладающем достаточным наклоном для уверенной работы блока акселерометров, производят запуск и разарретирование гироскопа, главная ось которого на момент разарретирования соосна с осью перпендикулярной оси устройства, для текущего положения главной оси гироскопа через рассчитанный угол поворота точки визирования скважинного прибора относительно верхней стороны скважины и известного азимутального угла положения скважинного прибора рассчитывают пространственное положение относительно сторон света, затем скважинный прибор доставляют в вертикальный участок скважины, где благодаря способности гироскопа к сохранению пространственной ориентации положения главной оси по его показаниям определяют изменение положения корпуса скважинного прибора относительно положения главной оси гироскопа и, соответственно, рассчитывают пространственное положение точки визирования скважинного прибора по сторонам света.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения направления торца бурильного инструмента. .

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

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. .

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