Устройство для определения искривления ствола скважины в процессе бурения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ц Е 21 В 47/02 мс 5 14 АВТОРСН СВИДЕТЕПЬСТ ивностижины,шения опер влением ск елью повы контроля эа искрионо снабжено тремяматором и блокомния, при этом выхпоперечных колеба раторами, сумления отношевого датчика од ни подключе через по первый у пер"оор ны ключен к второму ерез последовательорой усилитель- второй квадратор,подключен к перопределения отношеоду которого подклюьных колебаний чено соединенные треобраэователь и чен датчик продрез последовател тии усилитель-п ретий квадратор ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 15.04.84. Бюл. Н. 14 (72) Б.Е. Афанасьев и В,В, Сунцов (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория ордена Трудово го Красного Знамени производственного объединения "Оренбургнефть" (53) 622.24 1,7(088.8)(56) 1.Авторское свидетельство СССР В 885547, кл. Е 21 В 47/02, 1980.2. Авторское свидетельство СССР У 735753, кл. Е 21 В 47/02, 1977.(54) (57) 1. У НИЯ ИСКРИВЛЕН ПРОЦЕССЕ БУРЕ ционные датчи подключенные вателям сигнал ратор, о т л ТРОЦСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ В ИЯ, содержащее индуки упругих колебаний,усилителям-преобразо-, ов датчиков, и регист-.ч а ю щ е е с я тем,вому входу суммат вательно соединен тель-преобразоват тор, выход второг ных колебаний под входу сумматора ч но соединенные вт преобразователь и а выход сумматора ному входу блока ния, к второму вх ель и первыи квадр о датчика попереч1086140 35 2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок определения отношения выполнен в виде логометрического указателя отношения магнитоэлектрической системы.3. Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок опреИзобретение относится к буровойтехнике, в частности к устройствампо контролю искривления ствола скважины в процессе бурения,Известно устройство, указанное в 5способе определения искривленияствола скважины, содержащее два приемника поперечных колебаний, соединенные с регистратором-сумматороми установленные на верху бурильной 1 Околонны так, что их оси пересекаются между собой и с продольной осьюбурильной колонны под прямымиуглами Г 1Однако известное устройство позволяет регистрировать изменение илипостоянство только зенитного угла,а изменение азимута оно не регистрирует, Кроме того, необходимы специальные исследования для определения 20эталонных значений модулей амплитудпоперечных колебаний бурильной колон ны.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для определения 25искривления ствола скважины в процессе бурения, содержащее индукционные датчики упругих колебаний,подключенные к усилителям-преобразователям сигналов датчиков 1.2 .Однако укаэанное устройство обладает недостаточной оперативностьюконтроля за искривлением скважины,так как это устройство не определяет тенденцию к искривлению стволаскважины ипи стабильность направления бурения в любой момент времени,потому что указанное устройствоопределяет координаты забоя ужепробуренного участка скважины, а вэтом случае отклонение от заданногонаправления определяется тогда, когдавеличина отклонения превзойдет ошибку измерения. Кроме того, указанное деления отношения выполнен в видеэлектронно-лучеього блока, в котором первому и второму входам соответствуют горизонтально отклоняющиеи вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. устройство отличается сложностью технической реализации ввиду наличия двадцати блоков со сложными функциональными связями, кроме того, чаличие упругих датчиков колебания, расположенных на дневной поверхности около буровой, вызывает дополнительные трудности, связанные с их установкой и обслуживанием.Целью изобретения является повышение оперативности контроля за искривлением скважины в процессе бурения.Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения искривления ствола скважины в процессе бурения, содержащее индукционные датчики упругих колебаний, подключенные к усилитслям-преобразователям сигналов датчиков, и регистратор, снабжено тремя квадраторами, сумматором и блоком определения отношения, при этом выход первого датчика поперечных колебаний подключен к первому входу сумматора через последовательно соединенные первый усилитель-преобразователь и первый квадратор, выход второго датчика поперечных колебаний подключен к второму входу сумматора через последовательно соединенные второй усилитель-преобразователь и второй квадратор, а выход сумматора подключен к первому входу блока определения отношения, к второму входу которого подключен датчик продольных колебаний через последовательно соединенные третий усилитель-преобразователь и третий квадратор. При этом блок определения отно" шения выполнен в виде логометрического указателя магнитоэлектрической системы.или в виде электронно-луче= А из соз шзТ - Азг Оэсоз б)г= А, и, созш С,51 52 Б Аз 1 п и 5А,з 1 п ыА 5здп ыА зп ор ,Х5 ХР 30 Х5ХР. 3 108614 вого блока, в котором первому и второму входам соответствуют горизонталь но отклоняющие и вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки,У. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема подключения логометрического указателя в качестве блока определения отношения; на фиг3 - схема подключения электронно-лучевого блока в качестве блока определения отношения.Устройство содержит датчики 1 и 2 поперечных составляющих колебаний бурильной колонны, датчик 3 продольной составляющей колебаний, усилители-преобразователи 4, 5 и 6 квадраторы 7, 8 и 9, сумматор 10 и блок определения отношения 11,Устройство работает следующим образом.При работе долота на забое возбуждаются упругие колебания, распространяющиеся по бурильной колонне и описываемые уравнениями: где Х и - величины смещенийпоперечных и продоль-ных колебаний;А и А - амплитуды соответстб Рвующих колебаний;юв мр частота поперечных и 40продольных колебаний;- текущее время.Колебания бурильной колонны регистрируются индукционными датчиками 1, 2 и 3, устанавливаемыми на веду щей трубе бурильной колонны таким образом, чтобы оси датчиков 1 и 2 поперечных колебаний пересекалисв между собой и продольной осью бурильной колонны под прямыми углами, аось датчика 3 продольных колебаний была параллельна продольной оси бурильной колонны. С выходов датчиков 1, 2 и 3 снимаются сигналы, пропорциональные скоростям смещения по-перечных и продольных колебаний бурильной колонны. Сигналы, снимаемые с выходов датчиков 1, 2 и 3 1 0 4 описываются следующими уравнениями где П ,Б и П - текущие значения сигналов на выходах датчиков 1, 2 и 3 соответственно;А и,А - амплитуды составляюЬ 1щих поперечных колебаний по взаимно перпендикулярным осям,при этом Сигналы 1, Б и П поступают на входы усилителей-преобразователей 4, 5 и 6 соответственно, Здесь сигналы усиливаются в К раз и преобразовываются в напряжение постоянного тока. Кроме того, усилителем- преобразователем 6 компенсируется неидентичность коэффициента затухания поперечных и продольных волн, генерируемых долотом.С выходов усилителей-преобразователей 4, 5 и 6 сигналы4 61 5"Зг ЗАР рпоступают на входы квадраторов 7, 8 и 9 соответственно.С выходов квадраторов 7, 8 и 9 снимаются сигналы соответственно 2Б = К" А ;ыБб =К.А ыгц =К А ы =КЕ,2 2 г где Е - энергия продольных колебаРний.Сигналы с выходов квадраторов 7 и 8, равные П и Б поступают на входы сумматора 10, где производится их алгебраическое сложение: ц =П +ц =КгиР(А 2+А=кг ЫА =К Е 10 7 6 5 я 1 Яг Ь 5 5где П - величина напряжения на выхо"юде сумматора 10;Е - энергия поперечных колебаний.Найряжение Б и с выхода сумматора 10 поступает на первый вход40 Ь 10861 средств,5блока определения отношения 11, а напряжение Б с выхода квадратора 9 поступает на второй вход блока 11, в котором производится операция алгебраического деления; Б КЕр Ергде Й - величина отношения энергиипоперечных колебаний к энергии продольных колебаний.По величине отношения й судят обискривлении ствола скважины в процессе бурения, так как относительноеизменение уровней энергий составляющих колебаний бурильной колонныопределяется перераспределением энергии бурения на изменение геометрииствола скважины в вертикальной и горизонтальной плоскостях,Устройство реализуется следующимобразом,Датчики 1 и 2 поперечник колебаний, например сейсмоприемники СГ1-10 и датчик 3 продольных колебаний, например СВ 10-10, с помощьюспециальной рамки закрепляют на ведущей трубе таким образом, чтобы осидатчиков 1 и 2 пересекались междусобой и продоЛьной осью бурильной колонны под прямыми углами, а ось датчика 3 была параллельна продольнойоси бурильной колонны. Выходы датчиков 1, 2 и 3 подключают соответственно к выходам усилителей-преобразо 35вателей 4, 5 и 6, выполненных попринципу операционных усилителейс нелинейной обратной отрицательнойсвязью.Выходы усилителей-преобразова 40телей 4, 5 и 6 соединяют соответственно с входами квадраторов 7, 8и 9, например с входами усилителейс квадратичной зависимостью выходного напряжения от входного,Выходы квадраторов 7 и 8 соединяют с входами сумматора 10, напри"мер с входами дифференциального усилителя. Выход сумматора 10 подключают к первому входу блока определения отношения 11, а выход квадратора 9 подключают к второму входу блока определения отношения 11. В качестве блока определения отношения используют, например логометрический указатель отношения магнитоэлектрической системы, показания стрелочного указателя которого зависят от величины отношения токов, протекающих по его измерительным рамкам, при этом выход сумматора 10 подключают к одной измерительной рамке, а выход квадратора 9 подключают к второй измерительной рамке (фиг. 2). Шкалу указателя градуируют в единицах отношения уровня энергии поперечных колебаний к уровню энергии продольных колебаний бурильной колонны,В качестве блока определения отношения 11 используют, например электронно-лучевой блок. При этом выход сумматора 10 подключают к горизонтально отклоняющим пластинам, а выход квадратора 9 к вертикально отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки блока (фиг. 3). При,этом на экране электронно-лучевого блока появляется светящаяся точка. Расстояние от этой точки до центра экрана пропорционально геометрической сумме энергии составляющих колебаний, а величина полярного угла этой точки относительно центра экрана определяет величину отношения энергии поперечных и продольных колебаний, и по величине этого отношения судят об искривлении ствола скважины,Внедрение предлагаемого изобретения позволяет повысить оперативность контроля за направлением углубления ствола скважины и основноепредупредить изменение направленияствола, тем самым, не допустить перебуривания скважин, которое связанос большими затратами времени и