Устройство для управления процессом турбинного бурения скважин

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соаетских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.04.81 (21) 3277708/22 03 151) bA HA 3 сприсоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Е 21 В 44/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 071 .82, Бюллетень № 41 (53l А 622.243.92 (088. 8) Дата опубликования описания 07.11.82

Л.A.Àôoíèí, В.К.Бицута, В.Н.Есаулерко и С.B.Åcàóëåíêo

1.;

Грозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной институт игл. акад. М.Д.Миллионщикова и Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматйка-"- — - «.л (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к технике для направленного бурения, предпочтительно для тур бинного бурения, и предназначено для автоматического управления направлением бурящейся скважины и поддержания ее заданных геометрических параметров.

Велико число скважин, где контроль за их пространственным положением имеет исключительно важное значение.

К таким скважинал относится наклоннонаправленные, глубокие, сверхглубокие и разведочные. Кроме того, задача своевременно обнаружить и не допустить дальнейшего искривления ствола скважины возникает при проходке пластов со значительньвл падением и частым чередованием мягких и твердых пород. В этом случае необходимо измерять искривление скважины через каждые 25-50 м, причем измерять не только зенитный, но и азимутальный угол искривления,т.е. направление плоскости искривления скважины.

Современная технология бурения предусматривает проводку как вертикальных, так и наклонных скважин посредствам специальных отклонителей.

Управление проводкой скважины rmeет существенные недостатки: отсутствие оперативного управления направ,лением скважины непосредственно в процессе бурения, низкая точность, .низкая скорость проводки наклонных скважин за счет затрат непроизводи. тельного времени на спуск и подъем на забой. регистрирующих приборов, а также времени, затрачиваемого на перебуривание ствола при значительном отклонении скважины от заданного наи равле ния.

Известно устройство для направленного бурения скважин, включающее исполнительный орган, соединенный с валом, размещенным внутри невращаю; егося корпуса с закрепленными на нем откло нителями, св я з ан ными с силовыми элементами, выполненными в виде

-,эластичных баллонов, в котором силовые элементы расположены внутри отклонителей, симметрично их поперечным осям, при этом отклонители снабжены обоймой и клиновидньсл ножом, меж ду которыми размещены шариковые опоры 515.

972064 оэ оф

Недостатками известного устройства для направленного бурения скважин также является отсутствие оперативного управления направлением скважины в процессе бурения, низкая точность и скорость проводки скважины. 5

Известно устройство, включающее последовательно расположенные долото, утяжеленную бурильную трубу и центратор, в котором с целью увеличения отклоняющегo усилия, f " воздействующет 1 Я го на долото в сторону выпрямления ствола скважины, оно снабжено шарнирно размещенной на утяжеленной бурильной трубе, втулкой, на конце которой установлены дополнительные центраторы (2 1.

Известно также телеметрическое

>устройство для контроля положения отклонителя в скважине, содер>кащее отклонитель, датчики положения откло-2» нителя (угла и азимута ), линию связи, приемник информации и вторичную аппаратуру (33.

Недостатком известных устройств является то, что они ввиду своих конструктивных особенностей также не обеспечивают оперативного управления направлением бурящейся скважины.

Цель изобретения — повышение эффективности направленного бурения путем обеспечения возможности автоматического управления отклонителя в нужном направлении.

Указанная цель достигается тем, что устройство, обсоудованное ротором с индивидуальным приплодом и отклони- 35 телем бурового инструмента, датчиком положения отклонителя, датчиком азимута плоскости искривления скважины,приемником информации, снабжено реле времени, сумматором, задатчиком, бло-40 ком памяти, частотныгл реле, блоком сравнения, блоком определения знака угла, блоком вычисления и блоком управления приводом ротора, при этом реле времени установлено над утяжелен- 45 ной бурильной трубой и подключено к датчику поло>кения отклонителя, выход которого через канал связи совместно с выходом датчика азимута плоскости искривления скважины подключен к приемнику, выход которого соединен с одиим из входов сумматора, с частотным реле и с одним из входов блока сравнения, причем к второму входу сумматора подключен задатчик, выход сумматора соединен с одним, а выход часk. отного реле с вторым входом блока памяти, выход которого совместно с выходом приемника подключены к входам блока сравнения, а выход последнего соединен с входом блцка определения знака угла, бдин выход которого связан с входом устройства управления приводом ротора, а втс>рой через блок вычисления также подключен к входу блока управления приводом ротора, : 65 выход которого через индивидуальный роторный привод связан с ротором.

Устройство, как и известные, включает отклонитель, который необходимо правильно ориентировать в стволе бурящейся скважины.

На фиг. 1 приведена схема горизонтальной проекции ствола скважины на

t фиг . 2 — блок -схема п редлагаемого устройства .

При ориентировании отклонителя порядок операций следующий.

Определяется азимут искривления скважины ис (фиг. 1).

Вычисляется заданный азимут установки отклонителя ис- где — требуемый угол, между плоскостью искривления скважины и плоскостью отклонителя.

Определяется фактический азимут уставки отклонителя 9 +. Вычисляется разность оэ оф

Определяется знак 4 Ч, если а Ч > О, то выполняется операция 1, если dV < 0, то выполняется операция 2„

1. Необходимый угол поворота отклонителя (стола ротора по часовой стрелке)определяется по форлуле

2. Необходимый угол поворота отклонителя (стола ротора пб часовой стрелке ) определяется по формуле

3Ь +(ОЭ оф) для скважины (фиг. 2),имеющей долото 1, турбобур 2 и колонну бурильных труб, устройство оборудовано отклонителем 3, гидравлическим каналом 4 .связи, датчиком 5 положения отклонителя, датчико>л 6 азимута плоскости искривления скважины, реле 7 времени, тензодатчиком 8, прие>лником

9, сумматором 10, задатчиком 11, блоком 12 памяти, частотным реле 13, блоком 14 сравнения, блоком 15 oIIределения знака угла, блоком 16 вычисления, узлом 17 управления приводом ротора, индивидуальным роторные приводом 18, ротором 19.

Устройство работает следующим образом.

В процессе бурения в результате действия .различных факторов происходит отклонение плоскости искривления скважины от заданного направления. Для того, чтобы устранить это отклонение, в буровой инструмент над турбобуром 2 устанавливается от.клонитель 3 со встроенным в него датчиком 5 положения отклонителя, указывающим в каком положении по отношению к магнитному меридиану располо972064

10

C oðìó.-га изобретения жена плоскость искривления отклонителя. В процессе бурения информация об азимуте. искривления скважины в виде гидравлических импульсов с датчика б азимута плоскости искривления скважины поступает в канал 4 свяэи и посредством тензодатчика 8 на поверхности преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на вход приемника 9, где усиливается и преобразуется. С выхода приемника 9 сигнал подается на один из входов суылатора 10, а на второй вход его подается сигнал с датчика

11, пропорциональный заданному углу установки отклонителя.В результате с выхода сумматора 10 сниглается сигнал, пропорциональный заданному азимуту установки отклонителя 3, и подается на вход блока 12 памяти, где запоминается и хранится в течение определенного времени. В гломент запуска датчика б азилута плоскости искривления скважины запускается и реле 7 времени. По истечении вре.лени записи информации о вычисленном значении заданного азимута установки отклонителя 3 в блок 12 памяти, реле 7 времени срабатывает и сигналом срабатывания запускает датчик

5 положения отклонителя. При этом датчик б азимута прекращает свою работу и в канал 4 связи поступает информация с датчика о фактическом азимуте установки отклонителя 3. На поверхности гидрвалические импульсы, несущие эту информацию, также преобразуются тензодатчиком 8 в электрический сигнал. Этот сигнал также поступает на вход приемника, усили— вается, преобразуется в нем и с выход его поступает на вход блока 14 сравнения. Одновременно этот же сигнал с тензодатчика 8 поступает и на вход частотного реле 13, настроенного на частоту данного сигнала, частотное реле срабатывает и сигналом срабатывания запускает блок 12 памяти, в реэультате чего информация, хранящаяся в блоке памяти поступает одновременно на второй вход блока 14 сравнения.

Разностный сигнал, пропорциональный углу:лежду заданньгл азимутом установки отклонителя и фактическим азилутом установки отклонителя, с выхода блока 14 сравнения подается на вход блока 15 определения знака угла, в котором определяется знак угла, полученного в результате сравнения в блоке 14. Эта операция необходима для того, чтобы не допустить развинчивания труб в результате регулирования, т.е. производить доворот стола ротора только по направлению движения часовой стрелки. В случае, если поступивший сигнал больше нуля, то он поступает на вход узла 17 управления приводом ротора, с выхода которого сигнал поступает на вход индивидуального роторного привода 18, а последний доворачивает ротор 19 по часовой стрелке на необходимый угол для установки отклонителя. Ц случае же, когда поступивший на вход блока

15 определения зйака угла сигнал окажется меньше нуля, этот сигнал поступает на вход блока 16 вычисления, где производится операция сложения его с эаданныч углом в 360О, после чего регулирующий сигнал поступает. также на вход узла 17 управления приводо."л ротора, а с его выхода на вход индивидуального роторного привода 18 и последний доворачивает ротор 19 также по часовой стрелке на необходимый угол для установки отклонителя.После этого производится бурение турбобуром, в результате чего проводка скважины далее ведется в нужном направлении. В случае, когда направление скважины отклонится от заданного, описанный процесс повторится и направ пение скважины

25 будет исправлено.

Использование предлагаемого усr ройства позволяет оперативно управлять направлением скважины непосредственно в процессе бурения, повысить скорость и точность проводки скважины,ускорить проходку скважины эа счет исключения времени перебуривания ствола скважины при отклонении ее от заданного направления и времени,затрачи,ваемого на спуск и подъем регистр рующих приборов. Годовой экономических эффект от внедрения устройства в УБР объединения "Грознефть" составит

|400 тыс. руб. а

40 устройство для управления процессом турбинного бурения скважин, со45 держащее ротор с индивидуальным при1 водом, отклонитель бурового инструмента, утяжеленную бурильную трубу, датчик азимута плоскости искривления скважины, датчик положения отклонителя, канал связи и приемник информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности проводки направленных скважин путем автоматического управления отклонителем, оно снабжено реле времени, сумлатором, задатчиком, блоком памяти, частотным реле, блоком сравнения, блоком определения знака, блоком вычисления и блоком управления приводом ротора, при этом реле времени установлено над утяжеленной бурильной трубой и подключено к датчику положения отклонителя, выход которого через канал связи совместно с выходом датчика азимута плоскос. ти искривления скважины годключен

97 2064 к приемнику, выход последнего соединен с одним из входов сумматора, с частотным реле и с одним из входов блока сравнения, причем к другому входу сумматора подключен задатчик, выход сумматора соединен с одним, а выход частотного реле с другим вхо,дом блока памяти, выход которого совместно .с выходом приемника подключен к входам блока сравнения, а выход последнего соединен с входом блока определения знака угла, рдин выход которого связан с вхоцом блока управления приводом ротора, а второй выход через блок вычисления подключен к входу блока управления приводом ротора, выход которого через индивидуальный роторный привод связан с ротором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 567804, кл. E 21 В 7/04, 1977 .

2. Авторское свидетельство СССР

Р 471416, кл. E 21 В 7/06, 1975.

3. Грачев Ю.В., Варламов В.П.

Автоматический контроль при бурении и эксплуатации. М., "Недра", 1968.

972064

Составитель В. Варламов

Редактор П. Макаревич Техред Е.Харитончик 1<орректор H. Буряк

Заказ 8501/18 Тираж 623 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4