Способ непрерывного определения местоположения бурового инструмента

19) К 1 У (11)51) ЕИ В 47 02 Комитет Российской Федерации по патентам и това ным знакамРИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(Тб) Иванов Юрий Викторович(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯМЕСТОПОЛОЖЕНИЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА(57) Назначение: изобретение относится к направленному бурению скважин и может быть истюльзовано для непрерывного и точного определения положения бурового инструмента в процессе бурения,Цель изобретения: упрощение и повышение точности определения пространственных координатместоположения бурового инструмента при бурении, Сущность изобретения; в точках приема сигналов акустического давления одновременно измеряют сигналы колебательной скорости по трем взаимно ортогональным предварительно ориентированным осям. Затем определяют векторы интенсивности плотности потоков акустической мощности в точках измерений, по которым находят координаты положения бурового инструмента Определение векторов интенсивности плотности потоков акустической мощности в различных точках на поверхности региона позволяет по направлению и величине векторов вычислить точку их пересечения являющуюся источником акустических колебаний, и определить ее координаты с большей точностью и значительно проще, быстрее и достовернее. Способ непрерывного определения местоположения бурового инструмента при его применении позволяет обеспечить направленное бурение с большей точностью при меньших затратах 2 зп ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к направленному бурению скважин и может быть использовано для непрерывного точного определения положения бурового инструмента в процессе бурения.Известен способ определения положения бурового инструмента 11, при котором регулярно приподнимают и бросают бур и регистрируют на поверхности акустические 10 импульсы, вызванные ударом бура о дно скважины. Одновременно регистрируют импульс удара датчиком, расположенным в буровом инструменте. Недостаток способа определяется необходимостью приостановления процесса бурения при определении . местоположения бура и размещением датчика в буровом инструменте.Известен способ непрерывного опрбделения положения бурового инструмента 2, при котором регистрируют на поверхности сигналы акустического давления, возникаю- . щие в процессе бурения буровым инструментом, а также сигналы вибрации буровой 25 колонны, вычисляют функции взаимной корреляции между вибросигналом и сейсмосигналами, по которым определяют время запаздывания сейсмосигналов в точках приема при известной длине буровой колонны, 0 а по разности времен запаздывания находят положение бурового инструмента. Недостатки способа обусловлены размещением точек приема в предполагаемой проекции буровой скважины на горизонтальную плоскость, необходимость задания глубины нахождения бурового инструмента, которая может значительно отличаться от длины заглубленной части 40 буровой колонны пои отклонении скважины от вертикали. Значительные погрешности способа также вызваны невозможностью учета потерь демпфирования при прохождении вибросигнала по буровой колонне, а 45 также нестационэрность этих ошибок, связанных с зависимостью вибросигнала от характера взаимодействия бурового инструмента с различными по своим свойствам породами. Кроме того, при проходке 50 скважины турбобурением вибросигнал отсутствует вовсе.Наиболее близким к предлагаемому яв, ляется способ непрерывного сейсмического определения местоположения бурового инструмента 3), при котором в процессе работы буровой головки непрерывно принимают .на поверхности сигналы акустического давления, по длине заглубленной части буровой колонны определяют примерно глубину источника, антенную решетку сейсмоприемников поочередно настраивают нэ рэзную глубину и по максимальной когерентности определяют окончательное значение глубины источника, э местоположение бурового инструмента определяют по разности времени прихода акустического сигнала от когерентного источника, находящегося на известной глубине, Недостатки способа за-ключаются в сложности и неточности определения глубины нахождения источника .в реальном масштабе времени, а также необходимостью непрерывного измерения длины буровой колонны.Целью изобретения является упрощение способа при повышении точности сере- деления положения бурового инструмента.Сущность способа заключается в том. что, кроме приема сигналов акустического давления, в тех же точках на поверхноСти региона принимают сигналы колебательной скорости по трем взаимно ортогональным осям, определяют векторы интенсивности плотности потока акустической мощности в точках измерений, по которым находят положение бурового инструмента.При функционировании бурильного устройства любого типа в результате его взаимодействия с породой образуются сейсмические возмущения среды, которые распространяются в окружающее пространство. В точках приема на поверхности регистрируют сигналы акустического давления Р (1 - номер точки, приема) и колебательной скорости по каждой из осей координат: Чхь Чуь Чг. по которым определяют компоненты вектора интенсивности плотности потока акустической мощности (акустической интенсивности):1=РЙь Ч=1 Ч+) Чу+И11=11 х+)1 у+11 г.Поскольку при бурении всегда соблюдается условие малости источника колебаний (размер бурового инструмента) по сравнению с расстоянием до приемника (порядка длины заглубленной части буровой колонны), может быть применен подход геометрической акустики, при котором направление вектора акустической интенсивности совпадает с направлением на источник акустических сигналов, т.е. если в точках на поверхности с координатами (х, у, г) и (х 2, у 2, г 2) определены компоненты вектора акустической интенсивности (1 х, 1 у,г) и (х 2, 1 у 2, 1 л 2), то они являются направляющимиХ 2 - Хо У 2 Уо 22 - Хо 1 х 2 1 П . 222 При известности координат приемников и составляющих векторов акустической интенсивности из системы уравнений (2) находятся координаты источника.Повышение точности определения положения бурового инструмента по йредложенному способу по сравнению с известными достигается за счет того, что вектора интенсивности плотности потоков мощности колебаний, характеризующих акустическое поле в точке пространства, инварианты к помехам рассеяния, вызванным прохождением сейсмоакустического сигнала через анизотропную структуру разрезов, причем возможно перемещением одной из точек приема относительно второй точки приема достичь выравнивания условий распространения колебаний.Повышение точности в статическом смысле может быть достигнуто также увеличением числа приемников, причем их число может быть неограничено большим.На чертеже приведена схема проведения измерений и обработки результатов; представляющая пример конкретного выполнения устройства, осуществляющего предлагаемый способ.Формула изобретения1, СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ОПУ- ДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ БУРОВОГо ИНСТРУМЕНТА, включающий прием и измерение сигналов акустического давления от работы бурового инструмента, определение координаты точек приема акустического сигнала относительно заданной системы координат и определение, положения бурового инструмента, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при повышении его точности, в точках приема сигналов. акустического давления измеряют сигналы колебательной скорости по трем взаимно ортогональным предварительно ориентированным осям, по измеренным сигналам акустического давления и колебательной скорости определяют векторы интенсивности плотности потока акустической мощности в точках измерений, по которым находят положение бурового инструмента,На поверхности региона рядом с буровой установкой 1 расположены приемники 2 и 3 акустической интенсивности, содержащие (каждый) приемник акустического давления и три ориентированные по трем взаимно перпендикулярным осям приемники колебательной скорости. Во время работы буровой инструмент 4 является 1 источником акустических колебаний, принимаемых приемниками 2 и 3, Сигналы с приемников поступают на идентичныеблоки преобразователей, содержащие предварительные усилители 5-8 сигналов 15 колебательной скоРости Чх, Чу, Ч и давления Р, а также блоки 9-11 преобразователей координат х, у и г, на которые вводится информация о координатах приемников в заданной системе координат, Сигналы с 20 указанных блоков через соответствующиеаналого-цифровые преобразователи 12-18 поступают в вычислительный блок 19, в котором определяются координаты источника (положение бурового инструмента) в соот ветствии с уравнениями (2), Информация окоординатах выдается на блок 20 регистрации. 30(56) Патент США М 4003017, МКИ Е 21 В 47/02, 1977,Проспект системы Товех (Яе 1 згп 1 сЮЫе-Ог 11 п 9, ТЬе Ог 11 В 1 т аз зезщ 1 с Епегцу 35 Яоогсе) фирмы Юезтегп Ат 1 аз 1 мегпабопапс (США).Патент США М 4460059, МКИ Е 21 В47/022, 1984.40, 2, Способ по п.1, отличающийся тем,что прием акустических сигналов осуществляют по двум точкам, определяют углыпроекций векторов интенсивности плотности потока акустической мощности на пло 45 скость, ортогональную прямой,соединяющей точки измерения, перемещают одну из точек измерения по поверхности региона до достижения разностью. между этими углами минимального значеМ ния, после чего определяют положение бурового инструмента.3, Способ по п,1, отличающийся тем,что число точек измерения акустическогосигнала берут не менее трех, находят значения координат положения бурового инструмента по измерениям в каждой пареточек измерения, а за окончательный результат принимают среднее значение между найденным множеством значенийкоординат положения бурового инструмента,