Способ определения искривления буровой скважины

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»791958 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено. 13. 03. 78 (21) 2590222/22-03 с присоединением заявки №

Е 21 В 47/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 301280. бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 30. 12. 8р. (53) УДК 622.241. .7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. В. Солдатов и Г. В. Рогоцкий

Центральная научно-исследовательская лаборатория производственного объединения "Оренбургнефть" (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ

БУРОВОИ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к бурению ! наклонно направленных и вертикальных скважин.

Известен способ определения координат забоя скважин методом изме- 5 рения времени запаздывания упругой волны, фиксируемой сейсмоприемниками на поверхности, относительно момента ее возникновения при ударе падающего с заданной высоты долота о забой $11 . 10

Недостатками способа являются сложность операций и неточность в определении скорости распространений волны, которая приводит к ошибкам при измерении положения забоя, и необхо- 15 димость останавливать бурение и проводить операцию удара долота о забой.

Также известен способ определения искривления буровой скважины путем измерения упругих волн, возникающих 2р при работе долота, с.помощью сеймопрйемников, установленных на устье скважины (21.

Целью изобретения является повышение точности определения координат 25 забоя путем устранения ложных сигналов.

На фиг. 1 показан принцип использования направленных сеймоприемников для пеленгации забоя, на фиг. 2 изо- Зр бражена функциональная схема суммарно-разностной обработки сигналов при пеленгации забоя; на фиг. 3 изображены суммарная и разностная диаграммы направленности с сейсмоприемников; на фиг. 4 показаны эпюры напряжений на входе и выходе суммарно-раэностного устройства, на фиг. 5 — пеленгационная характеристика системы. . Для осуществления этого способа вертикальные сейсмоприемники располагаются на поверхности земли или в углубленных вблизи устья скважин попарно под углом с ох вертикали в двух взаимо перпендикулярных плоскостях (gOZ и (О2.). В результате в каящой плоскости создается пара диаграмм направленности F< (d) и Fg Ы), которые некоторойчастью перекрывают друг друга. Выбирая угол < о смещения диаграмм таким, чтобы они пересеклись в области высокой крутизны, можно получить высокую точность пеленгования забоя.

Однако слишком большой угол - (о выбирать нельзя, так как снижается глубина действия сеймоприемников. Оптимальный вариант с о = 45 о

Из нормированных диаграмм Fq (4) и Р (А}, построенных в полярных координатах, видно, что максимумы диаг791958 рамм fSaè ф с смещены на угол + o=

45 от разносигнального направлео ния (PCH), где „ " . . Равносигнальное направление совпадает с вертикальной осью 2.

Известно, что направление перемещения корпуса сейсмоприемника определяется смещением почвы, на которой он установлен, его чувствительность к истинному смещению почвы О является функцией угла с и определяется уравнением: (J 0l coed (1)

Эта зависимость чувствительности сейсмоприемников от направления смещений почвы показана на фиг. 1 в виде полярных диаграмм направленности Р((А) и Fg(4)

При вращении долота на забое скважины возникают упругие волны, которые, распространяясь по породе, доходят до поверхности и возбуждают сейсмоприемники ° Сигналы на выходах первого и второго сейсмоприемников (см. Фиг. 1) соответственно равны:

0 =К„F(ck +g) cow (st.

UÑ К Т (d î 3 )Со5Ф (2) где к — коэффициент пропорциональ- @ ( ностир

FQ)- нормированная диаграмма направленности; — угол отклонения забоя от равносигнального направления (вертикали), Ф - собственная частота сейсмоприемников.

Для реализации суммарно-разностного метода применяем систему, функциональная схема которой показана 40 на фиг. 2 °

Для измерения одной координаты Х или У система имеет два канала: суммарный и раэностный.

Сейсмоприемники 1 и 2, симметрично 4 смещенные относительно устья скважины и наклоненные под углом о(в= 45 относительно вертикали, подключаются до входа в усилитель к суммарно-раэностному устройству 3, которов вы.полнено по специальной трансформаторной схеме (возможна и другая схема . С суммарного вщсода Я снимается су а напряжений свйсмопривмников 1 и

2 Ос + Ug причем зависимость

У суммарного напряжения от угла рассогласования у аналогична суммарной диаграмме, изображенной на фиг. За. С раэностного выхода h снимается разность напряжений Од < Vg 0 Зависимость напряжения от угла рассогла-49 сования ) представляет разностную диаграмму, изображенную на фиг. Зб.

На фиг . 4 показаны эпюры напряжений, действующие на входе и выходе суммарно-разностного устройства.

При отсутствии рассогласования (у= 0), когда направление на забой совпадает с разносигнальным направлением, системы, принятые сейсмоприемниками сигналы ()О,,и ОС равны, вследЛ ствие этого ра3НосТНое напряжение V4 равно нулю. Фаза разностного напряжения g зависит от направления отклонения забоя от РСН (от знака) и может либо совпадать с фазой суммарного напряжения (J@, либо быть с ним в противофазе. Это хорошо видно на эпюрах фиг. 4 °

Таким образом, сигнальным напряжением, которое несет полезную информацию о положении забоя относительно равносигнального направления, т.е. вертикали, является напряженйе (Напряжение Оц и 0 поступает на вход суммарного и разностного каналов, которые состоят из усилителей

4,5 (см. Фиг. 2). Выходным устройством, где вырабатывается напряжение пропорциональное координате Х (в другой плоскости — у),является фазовый детектор б. Опорным напряжением на фазовом детекторе является суммарное напряжение Q, а сиг-, нальными — разностное напряжение Оь.

Режим детектирования устанавливается квадратичным, чтобы выходное напряжение U,+ было пропорционально произведению входных напряжений о u где к " коэффициент передачи фазового детектора.

Для исключения влияния изменения амплитуды сигнала на крутизну пеленгационной характеристики системы (см. фиг. 5) применена автоматическая регулировка усиления (АРУ) 7. Поскольку информацию о направлении на цель несет разностный сигнал, то во избежание демодуляции его схема АРУ. 7 управляется только суммарным каналом, а выход схемы APY подключен к усилителям обоих каналов 4 и 5. В результате амплитуда напряжения О поддерживается постоянной, а амплитуда напряжения U - обратно пропорциональной суммарному сигналу. Вместе с тем напряжение Ц независимо от АРУ прямо пропорционально разностному сигналу

0 . В таких условиях напряжение Од и Ц оказывается пропорциональным отй ношению напряжений, т.е. (4) гдв к - коэффициент пропорциональности.

Величина напряжения О пропорциональна угловому рассогласованию у (см. фиг. 5), а знак зависит от направления забоя по отношению к РСН

791958 . (вертикали). Напряжения() фазовых детекторов в каждой из плоскостей пропорциональны координатам Х и У.

После усиления в усилителях постоянного тока 8 (см. фиг. 2) напряжения 08 поступают в счетно-решающее устройство 9, где с помощью решающих следящих систем малой мощности, состоящих иэ усилителей постоянного тока, функциональных потенциометров, сервоусилителей,и исполнительных двигателей, кинематически связанных с движками.потенциометров,,решаются уравнения:

Y cos Ъ-X s n =о а--V М р+хсоэй ц!Ь seh 6 = Aeosin с fg, где — направление отклонения забоя скважины (азимут), С вЂ” угол наклона скважины (зенитный угол)

c3 - отклонение линейное забоя от устья скважины, 2S

4 — длина скважины в метраж. Эта величина снимается с датчиков и вводится в счетно-решающее. Устройст-. во 9.

Результаты решения уравнений ото-.. Я

:бражаются на шкалах индикаторов 8,, а. Координаты Х и У отображаются непрерывно на приборах, подключенных к выходам фазовых детекторов 6 на шкалах, проградуированных в метрах. 3$

Суммарный сигнал О используется не только как опорный в фазовом детекторе, но и для индикации волн, генерируемых вращающимся на забое долотом, на индикаторе 10 ° Кроме того, это напряжение 0 1 может быть записано на магнитную ленту в запоминающем устройстве 11. для оценки основных свойств рассматриваемой систевы находит зависимость напряжения () на выходе фазо- 45 вого детектора от угла рассогласо-. вания 1 и параметров аппаратуры.

Сигналы на выходах первого и второго сейсмоприемннков 1 и 2 соответ ственно равны $0 .()с „ (Noi<)cos иихф, с (о о ®

Напряжение на выходе сумчирующего устройства ()у qP(+0+7)+F (+o-ф )1соьщФ. (7)

Напряжение на выходе вычитающего устройства - ((о+3) (î-g)j costs+ . rs) После усиления сигналов,в усилителяМ имеет

U =%2((йо+7)+ Р (. о- 7) 1Соз (а 1 Ч,); (9) "д= q(F «4+И -F (d î-7))сов (а +92), (10) где к и к - коэффициенты передачи приемных каналов (усилителей)цо амплитуде (к q включен в к2 и

К ))

Я и - фазовые сдвиги в усилителях каналов.

На выходе фазового детектора (фд) имеет произведение сигналов,0 и

U, т.е.

4 ° (I ..

Подставив выражения (9) и (10) в формулу (11)., имеем. ВЬи = 2" З (Д (+o+_#_((о-y)leos(V

1. Нулевое пеленгационное направление не зависит от амплитудных н фазовых характеристик трактов (Uy 0 при f О). Это основное достоинство амплитудного суммарно-раэностного метода пеленгации забоя скважины.

2. Изменение амплитудных (к и

КЯ и фазовых(ф1 и Ч2) характеристик трактов приводит лишь к некоторому изменению крутизны пеленгационной характеристики (см. фиг. 5) .

Установка сейсмоприемннков под углом к вертикали обеспечивает работу системы на участке с большой крутизной пеленгационной характеристики, а сувееарно-разностная обработка сигналов до усилительных каналов обеспечивает исключение влияния неидентнчности усилителей на выходное напряже- ние, пропорциональное координатам забоя. Применяемая в данном способе

В выражении (12) представлен только низкочастотный член выходного напряжения, так как все высокочастотные составлякщие отфильтровываются фильт ром фазового детектора.

Если разложить функции F {eto+ f) и

f (d o-g), входящие в формулу (12) в ряд Тейлора, то получим

791958 система пеленгации не реагирует на .помехи, исходящие из одной точки пространства, так как они полностью компенсируются при вычитании сигналов.

Преимущество указанного способа состоит также в том, что он значительно меньше восприимчив к амплитудным флуктуациям упругих волн. Аппаратура для реализации данного спо» соба дешевле в изготовлении и проще в эксплуатации. Система обеспечивает более высокую точность измерения координат.

Применение данного сцособа не вносит каких-либо технологических изме.нений в процесс бурения, не требует его остановки, повышается экономичность бурения, так как устраняются все инклинометрические измерения, проводиьне силами геологической партии. Способ позволяет оперативно выводить забой скважины в заданные ко-. ординаты. Времени на измерение одного и того:же объекта затрачивается в пять раз меньше, чем в прототипе. Это особенно важно при проводке наклонно направленных скважин.

Проведенные эксперименты показали, что при подборе сеймоприемников можно получить симметричную пелвнгационную характеристику с высокой чувст» вительностью на изменение угловых ! координат источника колебаний.

Следует отметить особую перспективность предлагаемого способа при внедрении АСУ ТП бурения, так как координаты забоя скважин вырабатываются в этом случае автоматически. формула изобретения !

О

Способ определения искривления буровой скважины путем измерения упругих волн, возникающих при работе долота, с помощью сейсмоприемников, установленных на устье скважины, отличающийся тем, что, с це.лью повышения точности определения координат забоя путем устранения . ложных сигналов, сейсмоприемники устанавливают наклонно на одинаковом

30 расстоянии от устья скважины в диаметрально противоположных направлениях,в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

23

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 381345, кл. Е 21 В 47/02, опублик. 1974.

2. Авторское свидетельство СССР .

9 286890, кл. Е 21 В 47/02, 1969.

791958

-7n

Фий. х

Составитель И. Карбачинская

Редактор Д. Павлова Твхред A.ь„ Корректор И. Муска

Заказ 9435/34 Тираи 626 Поддисное

BHHHGH Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытый

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4