устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении
Классы МПК: | E21B47/022 буровой скважины |
Автор(ы): | Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю., Бондарь В.А., Федоров С.Н. |
Патентообладатель(и): | Уфимский государственный нефтяной технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-04-06 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при разработке инклинометрических устройств для измерения в процессе бурения азимута, зенитного угла скважины, а также измерения угла, установки отклонителя при ориентировании инструмента в скважине. Изобретение решает задачу повышения точности определения углов ориентации в процессе бурения в широком диапазоне температур и расширения области применения устройства при бурении в высоких широтах. Поставленная задача достигается тем, что устройство содержит генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик угла установки отклонителя, выполненный в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, установленного в поплавковом маятнике, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь. Дополнительно устройство снабжено тремя акселерометрами, оси чувствительности которых взаимно ортогональны и соосны осям чувствительности феррозондов, низкочастотными фильтрами, датчиком температуры, последовательным адаптером. При этом выходы акселерометров через низкочастотные фильтры и датчик температуры соединены с дополнительными входами коммутатора. К выходу аналого-цифрового преобразователя подключен вход последовательного адаптера, выход которого через блок связи с наземным устройством и блок дешифрации подключен к персональной ЭВМ. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, содержащее наземный блок, соединенный со скважинным снарядом, включающим генератор возбуждения, подключенный к одному из входов первого коммутатора, ко второму входу которого и к первому входу второго коммутатора подключены выходы блока управления, а выходы первого коммутатора соединены со входами датчика азимута, выполненного в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, и датчика угла установки отклонителя, выполненного в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, установленного в поплавковом маятнике, выходы которых через детекторы подключены ко второму и третьему входам второго коммутатора, соединенного выходом со входом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что скважинный снаряд снабжен тремя акселерометрами, оси чувствительности которых взаимно ортогональны и соосны осям чувствительности феррозондов, низкочастотными фильтрами, датчиком температуры, последовательным адаптером и блоком связи, а наземный блок снабжен узлом дешифрации и связи и персональной ЭВМ, соединенной с узлом дешифрации и связи, который через блок связи соединен с входом блока управления скважинного снаряда и с выходом последовательного адаптера, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, при этом выходы акселерометров через соответствующие низкочастотные фильтры и выход датчика температуры подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам второго коммутатора.Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к контролю за пространственным положением ствола скважины и положения отклонителя в процессе бурения нефтяных и газовых скважин. Известны способ и устройство определения азимута и зенитного угла наклонной скважины измерением трех проекций векторов гравитационного и магнитного полей Земли на трехгранник ортогональных осей скважинного снаряда посредством трехосных акселерометров и магнитометров. Выходные сигналы с датчиков поступают в ЭВМ, а после обработки и вычисления выдаются в виде азимутальных и зенитных углов на дисплее ЭВМ. Патенты Великобритании 2205166, 1988 г. Недостатком устройств, реализованных по этому способу, является зависимость результатов измерений от вибрационных и ударных перегрузок, сопровождающих процесс бурения. При этом ошибки акселерометров от вибраций достигают значительных величин и требуют остановки процесса бурения для измерений азимута, зенитного угла, угла положения отклонителя. Если азимутальный и зенитный углы наклонной скважины изменяются во времени медленно и могут быть измерены в момент прекращения процесса бурения, то положение отклонителя при бурении должно контролироваться непрерывно, т.к. реактивный момент от долота и упругий момент колонны труб стремится развернуть отклонитель от заданного направления. Неконтролируемое положение отклонителя приводит к изменению плановой траектории скважины. Применимое в некоторых случаях определение положения отклонителя при бурении посредством феррозондов по магнитному полю Земли при известном азимутальном и зенитном углах, измеренных при остановках бурения, также имеет ограничение. Так при бурении наклонно-направленной скважины, совпадающей с вектором напряженности магнитного поля Земли (МПЗ), положение отклонителя по МПЗ не может быть определено. Особенно это существенно при бурении в высоких широтах, где вектор напряженности МПЗ близок к вертикали. Именно в этих областях в настоящее время бурится наибольшее количество скважин. Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории скважин и угла установки отклонителя, содержащее генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя, выполненный в виде двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь. Авт. свид. СССР 1078041, Е 21 В 47/02, Б. И. 9, 1984. Недостатком известного устройства является невысокая точность определения азимута (до![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184004/177.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184081/247.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184845/2184845-2t.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184845/2184845-3t.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184845/2184845-4t.gif)
Здесь обозначено
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184013/945.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184018/920.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184045/981.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184845/2184845-5t.gif)
Положение отклонителя в процессе бурения вычисляется по сигналам с маятникового датчика угла установки отклонителя:
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184845/2184845-6t.gif)
где b1*, b2* - приведенные безразмерные сигналы с роторной обмотки СКВТ при последовательном подключении статорных обмоток СКВТ. Несмотря на специальные схемные решения, применяемые при разработке первичных датчиков (феррозондов, акселерометров, СКВТ), температурный дрейф последних оказывается значительным. Это приводит к недопустимым погрешностям измерения азимута и зенитного углов при изменении окружающей температуры до +120oС, в котором должно работать устройство. Измерение температуры специальным датчиком, расположенным в скважинном снаряде, позволяет применить алгоритмические методы компенсации с помощью ЭВМ, если закон изменения температурного дрейфа первичных датчиков определен по предварительным температурным испытаниям устройства. Это повышает точность измерения углов в широком диапазоне температур, а также упрощает конструкцию скважинного снаряда, исключающего реверсивный счетчик и блок памяти. Предлагается следующая последовательность использования устройства при бурении наклонно-направленных скважин. Вначале, на вертикальном участке положение отклонителя определяется посредством феррозондов по магнитному полю Земли с использованием формулы (4). Феррозонды, неподвижно закрепленные в скважинном снаряде, не реагируют на вибрационные и ударные перегрузки, сопровождающие процесс бурения, поэтому установка отклонителя проводится непосредственно при бурении. При наборе кривизны
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184018/920.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184008/8805.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184081/247.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184115/176.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184004/177.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184004/177.gif)
![устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, патент № 2184845](/images/patents/286/2184004/177.gif)
Класс E21B47/022 буровой скважины