Устройство контроля положения забоя

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (ií 746О94 Г! Б (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 604975 (22) Заявлено 27.!2.76 (21) 2435801/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.07.80, Бюллетень №25

Дата опубликования описания 17.07.80 (51) M. Кл.

Е 2! В 47/02

Государственный комитет (53) УДК 622.243..27 (088.8) ло делам изобретений и отнрытий (72) Авторы изобретеии я

А. М. Мелик-Шахназаров и В. Г. Фролов

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина (7! ) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ЗАБОЯ

Изобретение относится к бурению 1тефтяных и газовых скважин, в частности к кустовому бурению.

По основному авт. св. № 604975 известно устройство контроля положения забоя, содержащее датчик азимутального угла, датчик угла наклона, датчик наклонной глубины, подключенные к выходам аналого-цифровых преобразователей, запоминающий блок, блок регистрации информации, блок пересчета координат и анализатор координат, причем входы блока пересчета коор- то динат подключены к выходам аналого-цифровых преобразователей, а выходы — к первым.входам анализатора координат и к первым входам запоминающего блока; вторые входы которого соединены с первыми выходами анализатора координат, а выходы— т5 со вторыми входами анализатора координат, выходы которого подключены к блоку регистрации информации.

Однако это устройство не позволяет определить координаты траектории с высокой точностью, так как в нем отсутствуют аппаратные средства для изменения параметров с оптимальным шагом дискретизации по траектории, позволяющие минимизировать

2 ошибки измерения координат. Кроме того, устройство не имеет средств для прогнозирования возможного пересечения, что важно для качественного управления траекторией скважины. Вместе с тем, в устройстве отсутствуют средства для сжатия информации.

Цель изобретения — повышение точности определения координат забоя и по.вышение надежности оперативного предупреждения пересечения стволов скважин за счет прогнозирования положения забоя.

Для достижения указанной цели устройство контроля положения забоя снабжено блоком вычисления шага дискретизации, блоком сравнения, блоком аппроксимации и блоком экстраполяции, причем первые входы запоминающего блока подключены к выходы блока аппроксимации, первые входы которого подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, а вторые входы блока аппроксимации подключены к выходам блока пересчета координат, выход которого подключен к первым входам блока вычисления шага дискретизации и первым входам блока экстраполяции, вторые входы которого подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, при этом 3

746094 х,, + Ь (; з1пф;, 81п Й(;

3 выходы блока экстраполяции подключены к первым входам анализатора координат и вторым входам блока вычисления шага дискретизации, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения, вторые входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя наклонной глубины, а выходы — к блоку пере счета координат.

На фиг. 1 приведена функциональная схе ма устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока аппроксимации; на фиг. 3— функциональная схема блока экстраполяции; на фиг. 4 — функциональная схема блока вычисления шага дискретизации. "-

Устройство контроля положения забоя содержит датчик I азимутального угла, датчик 2 угла наклона, датчик 3 наклонной глубины, аналого-цифровые преобразова.тели 4, блок 5 пересчета координат, запоминаюн ий блок 6, анализатор 7 координат, блок 8 регистрации информации, блок 9 аппроксимации, блок !О экстраполяции, блок

I1 вычисления шага дискретизации, блок 1 сравнения. Блок Я аппроксимации (фиг. 2) содержит блоки 13--16 регистров, блок 17 вычитания, блок-регистр !8, блок деления 19, блок регистров 20, блок вычитания 21, блок умножения 22, сумматор 23, блок сравнения

24, блок выдачи 25.

Блок экстраполяции 10 (фиг. 3) состоит из блока регистров 26 блока вычитания 27, блока умножения 28, сумматора 29, блока регистров 30, блока деления 31. Блок 11 (фиг. 4) имеет в своем составе блок вычитания 32, блок деления ЗЗ, блок 34 возведения в квадрат, блок умножения 35, сумматор 36, блок 37 извлечения квадратного корня 37, блок умножения 38, накапливающий сумматор 39.

Устройство работает следующим образом.

Перед запуском устройства, когда датчики находятся в устье скважины, производится сброс в нуль регистров и сумматоров блоков. В блоке вычисления шага дискретизации 11 при этом устанавливается наклонная глубина и расстояние до первого измерения.

Сигналы с датчиков 1 — 3 преобразуются с помощью аналого-цифровых преобразователей 4 из аналоговой в цифровую форму и принимаются в блок 5 лишь тогда, когда датчики опуска1отсц до,.наклонной глубины, равной значению, вычисленному в блоке II, так как блок 12 лишь в этом случае выдает разрешение на пересчет координат и величину шага дискретизации на вход блока 5.

В блоке 5 вычисляются значения координат по соотношениям: у; = у; + 5 f; sing; cos 4„ (,= х, + Ь1 cosg„, где х „, у;, z „. -- декартоны координаты i точки;

Ь1„— шаг дискретизации при i измерении;

Я„., с „. — угол наклона и азимут в

i точке траектории.

Полученные значения координаты поступают в блок 10, где по данному измерению и по предыдуьцему вычисляются экстраполированные значения х, ц3, z.>, причем на первые входы блока !О поступают значе ф ния координат, а на вторые — шага дискретизации из блока Il.

Работа блока !О может быть основана на принцйпе линейной экстраполяции по двум последним точкам измерений. При

13 этом экстраполированное значение координаты может быть вычислено для каждой координаты как:

U„= U„„+ (U„-.Ц., ) — !

gy где U» — экстраполированная координата;

U„.— значение координаты в последней точке измерений;

U<-l — значение координаты в предыдущей точке измерения;

23

Ь(, — заданный интервал экстраполяции по траектории скважины;

ЛК. — расстояние от последней до предыдущей точек измерений по траектории скважины.

В исходном состоянии блок регистров 26 сброшен, т.е: значения хранимых в нем координат равны нулю, затем в этом блоке регистров храйятся координаты предыдущих точек. При поступлении координат первой точки в блок вычитания 27 последовательно вычисляется разность координат, которые no3s даются на вход блока умножения 28, на другой вход которого поступает частное от деления заданного интервала экстраполяции на последний шаг дискретизации, выработанное в блоке деления 31. Каждое произведение с выхода блока умножения 28 подается на сумматор 29, на другой вход которого поступает соответствующая координата. Полученные значения экстраполированных координат фйксируются в блоке регистров 30.

Экстраполированное значение координат

43 траектории и координаты точки измерений передаются на второй и первый входы бло ка 11 вычисления шага дискретизации соответственно, где по этим величинам вычисляется наклонная глубина и расстояние до

SO следующей точки измерения.

В блоке 11 (фиг. 4) определяются величины оптимального расстояния на траектории до следующего измерения и наклонная глубина следующего измерения.

Вычисление шага дискретизации производится по соотношению (вывод этого соотношения приведен в приложении): o m =6, б + 6 S,„„ ц„

746094

5 гле -(, 6,61 - срелнеквалратические погрец>ности измерения наклонной глубины, угла наклона, азимута соответственно.

Величина sin 9; определяется как:

Я =- — - гт-2

3 где e> z „-- экстраполированное и текущее значение .коорлинать> У;

AE — интервал экстраполяции. о

В блоке вычитания 32 определяется разность хз и 1„, которая в блоке деления 33 делится. на величину hf Полученное частное возводится в квадрат в блоке 34 возведения в квадрат. Полученная величина умножается в блоке умножения 35 на6 «а1

e( рашивается на 6 в сумматоре 36 Затем из этой величины, поступающей на вход блока извлечения корня 37 извлекается квадратный корень, который умножается в блоке умножения 386 . Полученная величина является оптимальным шагом дискретизации до следуюгцего измерения и подается на выход устройства, а также на накапливаюгций сумматор 39, где как сумма шагов дискретизации накапливается наклонная глубина слелующего измерения, т.е. и которая поступает на выхол устройства.

Так как траектория наклонно-направлен- И ной скважины является сравнительно гладкой кривой, то для сжатия данных может быть применена аппроксимация; при этом коорлинаты каждой вычисленной точки поступают в блок аппроксимации 9, на его второй вход. На его первый вход из блока вычисления шага лискретизации выдается величина шага лискретизации М„ . Блок аппроксимации 9 осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию траектории и работает слелующим образом.

При поступлении на вход блока первой координат первой точки траектории их значения вместе- с наклонной глубиной точки заносятся в блок регистров 16 через блоки регистров 13 и 14, и, кроме того, координаты точки передаются через блок выдачи 25 на выход устройства. При поступлении координат второй точки значения координат вместе с величиной наклонной глубины с выхода блока 11 записываются в блоки 15 и 16.

Эти.значейия подаются íà ахоп блока вы$O читания 17, откуда разность глубин заносится в регистр 18. Затем в блок вычитания !

7 поступают попарно значения координат с блоков регистров 15 и 16, разность которых делится в блоке деления 19 на разность глубин из регистра 18. Полученные частные заносятся в блок регистров 20. При поступлении координат и наклонной глубины третьей точки содержимое блока регистров 13 переписывается в блок регистров 14, а в блок регистров 13 заносс ятся значения коорлинат и наклонной глубины третьей точки.

Значение коорлинат с выхолом блока регистров 13 и блока регистров 15 подаются попарно на входы блока вычитания 21, с выхода которого получешп >е разности принимаются на вход блока умножения 22, где каждая разность коорлинат умножается на соответствук>щее частное из блока регистров 20, гле он наращивается на величину соответству>оьцей координаты из блока регистров 15. На выходе сумматора 23 получаются экстраполированные значения координат, которые в блоке сравнения 24 сравниваются с соответствующими коорлинатами из блока регистров 13. Если все координаты различаются на величину, меньшую установленной погрецгности аппроксимации, то вылачи коорлинат через блок вылачи не произволится, содержимое блока регистров !

3 переписывается в блок регистров 14, а в блок регистров 13 заносятся координаты следующей точки траектории и ее наклонная глубина. Для этой точки вновь вычисляется экстраполированное значение координат с помогцью блока вычитания 21, блока умножения 22, сумматора 23 и вновь произволится сравнение посредством блока сравнения 24.

Если же хотя бы олна пара коорлинат, поступившая в блок сравнения 24, различается на величину, болыпую погрепшости аппроксимации Л, то сигнал с выхола блока сравнения 24 полается на блок выдачи 25, разрешая прохождение коорлинат прелылущей из поданных на вхол устройства точек из блока регистров 14 на выхол блока аппроксимации. После этого солержимое блоков регистров 13 и 14 переписывается соответственно в блоки регистров 15 и 16 и вновь посредством блока вычитания 17, регистра

18, блока деления 19 производится вычисление частных и занесение их в блок регистров 20.

При поступлении коорлинат следующих точек вновь осуществляется проверка ранее описанным методом.

Таким. образом, из блока аппроксимации выдаются в запоминаюгций блок 6 только коорлинаты концов аппроксимирующих отрезков, а проверка координат точек осуществляется, по условию (например, лля коорлинаты Х):

Х где к, = х. + ((„-8 ) -> — - — —;

8 -, 4 — заданная погрешность аппроксимации, причем Х ., Х вЂ” — координаты исходного отрезка, хранимЫе н рсгистрах 15 и 16, с продолжением которого йроизводится сравнение текущеи координаты Х;; — наклонная глубина — точки траектории.

Полученные координаты поступают для запоминания на первый вход запоминающего блока 6.

Текущее и экстраполированнов значение координат подается с выхода блока экстраполяции 10 на первый вход анализатора координат 7. При поступлении этих координат анализатор координат 7 вырабатывает адреса, которые подаются на второй вход запоминающего блока 6. При этом адресом из запоминающего блока 6 выбираются числовые значения координат точек ранее пробуренных скважин, которые принимаются на второй вход анализатора коорди.. нат 7. В процессе перебора координат точек траекторий ранее пробуренных скважин вычисляются расстояния до текущей и экстраполированной точки траектории. При этом в каждой траектории скважины находится точка наиболее близкая к текущей, и точка ближайшая к экстраполированной. Значения координат обеих точек каждой траектори ранее пробуренной скважины, а также величины расстояний до текущей и экстраполированной точки соответственно пере- даются со вторых выходов анализатора координат на входы блока регистрации информации 8, выполненного на электроннолучевой трубке.

На экране блока 8 регистрации информации в масштабе экрана отображаются текущая точка траектории буримой скважины и наиболее близкие к ней точки стволов ранее пробуренных скважин, а также числовые значения координат текущей точки и расстояний между текущей точкой и наиболее близкими точками траекторий, либо отображается экстраполированная траектория буримой скважины и наиболее близкие к ней точки стволов ранее пробуренных скважин, а также числовые значения координат экстраполированной точки и расстояний между

6094

Я текущей точкой и наиболее близких к йей точек стволов ранее пробуренных скважин.

По изображению, сформированному на экране блока 8 регистрации информации, оператор. имеет возможность оперативно определить положение текущей точки траектории буримой скважины и ранее пробуренных скважин, а также положение прогнозируемой точки траектории относительно ранее пробуренных скважин, что позволяет в случае необходимости принять меры для предотвращения аварийной ситуации.

Применение предложенного устройства позволяет повысить точность определения координат забоя, повысить надежность оперативного предупреждения пересечения стволов скважин.

Формула изобретения

Устройство для контроля положения забоя по авт. св. № 604975, отличающеегя тем, что,. с целью повышения точности определения координат забоя и повышения надежности оперативного предупреждения пересечения стволов скважин за счет прогнозирования положения забоя, оно снабжено блоком н вычисления шага дискретизации, блоком сравнения, блоком аппроксимации и блоком экстраполяции, причем первые входы запоминающего блока подключены к выходу блока аппроксимации, первые входы которого

36 подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, а вторые входы блока аппроксимации подключены к выходам блока пересчета координат, выход которого подключен к первым входам блока вычисления шага дискретизации и первым входам блока экстраполяции, вторые входы которого подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, при этом выходы блока экстраполяции подключены к первым входам анализатора координат и вторым входам блока вычисления шага дискретизации, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения, вторые входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя наклонной глубины, а выходы — к блоку пересчета координат.

746094

Xt g Е

Уч

/РУ2. 4

Составитель М. Чижикова

Редактор С. Титова Техред К. Шуфрнч Корректор В. Сиинккая

Заказ 39l3/23 Тираж 626 . Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР но делам нэобретеиий и открытий ! 13035, Москва, Ж--35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4