Устройство для определения положения забоя скважин

(51) 4 С О 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Бюл.16еление Всесоюзноговательского институтметодов разведкизман и Ю.Б. Штейман8.8)ША В 3979724,О, 1976,В 3980986,О, 1977.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ О ЛОЖЕНИЯ ЗАБОЯ СКВАЖИН (57) Изобретение отно промысловой геофизики ретения является упро датчиков и повьппение деления координат заб РЕДЕЛЕНИЯ ПОтся к Целью бластизоб- темы ение с очностя скважи опре ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент Скл. С 01 Ч 1/4Патент СШАкл. С 01 Ч 1/О зависимо от их траектории. Устройство содержит четыре датчика, генератор и вычислитель координат забоя,работающий через схему сопряжения,куда поступают импульсы, управляющиемоментами начала и конца отсчета времени. Отсчет времени начинается с момента начала генерирования сигналагенератором электрических сигналов нустье скважины. После преобразованияимпульсов в пачку или единичный импульс формирователем они поступают вприемник, генерирующий акустическийсигнал в колонну. В результате акустический сигнал, дойдя до точки забоя, частично отражается от бурильного инструмента обратно в колонну,а частично проходит по породе. Затемфиксируются моменты его прихода кдатчикам на поверхности. 4 ил.Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения координат забоя скважины.Пель изобретения - упрощение системы датчиков и повышение точности измерений.Устройство содержит четыре датчика, три из которых располагают ца произвольном расстоянии от устья скважины, а четвертый размещают на прямой, соединяющей любые два из них. Произвольное расположение трех датчиков исключает неудобства при проведении специальных топогеодезических работ. Три датчика служат для регистрации проходящего по породе акустического сигнала, а четвертый датчик - для определения средней скорости прохождения акустического сигнала по породе. Таким образом, для определения координат забоя скважины необходимо и достаточно использование четырех датчиков. На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на Фиг. 2 - функциональная схема вычислителя; ца фиг. 3 - расположение генератора-приемника акустических колебаний; на фиг. 4 - прострацствецное расположецие датчиков.Устройство состоит иэ генератора 1 акустических колебаний на устье скважины, размещенного в окне под пальцем крепления серьги вертлюга, датчиков 2-5, точки забоя 6 скважины, формирователя 7 импульсов, генератора 8 электрических сигналов, схемы 9 сопряжения, вычислителя 10 и дисплея 11.Устройство работает следующим образом.Электрический сигнал, генерируемый генератором 8 на устье скважины, после преобразования Формирователем 7 импульсов в пачку или единичный импульс поступает на генератор-приемник 1, который генерирует акустический сигнал в колонку. Дойдя до точки забоя 6 сигнал частично отражается от бурильного инструмента обратно в колонну, а частично проходит по породе, после чего фиксируются моменты его прихода к датчикам 2-5 ца поверхности На вычислитель 10 (Фцг. 2) через схему 9 сопряжения поступают импульсы, управляющие моментами начала и конца отсчета времени. Схема сопряжения содержит Фильтр, дифференциальную це 10 20 25 30 35 40 45 50 почку и служит для выделения переднего фронта импульсов. В исходном состоянии на выходах триггеров 12-16вычислителя устанавливается напряжение логического нуля и импульсы, генерируемые генератором, не проходятна счетчики 17-21. В момент начала генерации сигнала на устье скважины на К-входы триггеров 13-16 и счетный вход триггера 12 поступает импульс, изменяющий напряжение на их выходах до логической единицы. Импульсы с генератора начинают поступать на счетчики 17-21. Конец счета осуществляется запиранием логических схем 22-26 по мере прихода ударных волн к датчикам, и в связи с этим изменением напряжения на выходе триггеров. После окончания счета всеми счетчиками определяются времена распространения Т, Т, Т 4 и Т акустического сигнала до датчиков и Т по колонне труб, вычисляется средняя скорость ч распространения акустического сигнала по породе (блок 27) и определяются координаты точки забоя скважины: г расстояние от датчика 2 до забоя скважины (блок 28);в , угол между лучами с началом координат в месте расположения датчика 2, соединяющими датчики 2 и 3 с точкой забоя скважины (блок 29);- угол между лучами с началом в месте расположения датчика 2, соединяющими датчики 2 и 5 и датчик 2 с точкой забоя скважины (блок 30)Все результаты вычислений выводятся на дисплее 11. Приемник ца устье скважины, функцию которого выполняет генератор, фиксирует удвоенное время 2 Т распространения сигнала по колонне, а датчики на поверхности - суммарные времена распространения сигнала по колонне и породе1Т Т+ Т Тз Т 1+ ТзТ 4 Т 1 ТфТ,+Отсчет времени начинается с момента начала генерирования сигнала, Отсюда можно найти времена распространения сигнала по породе от забоя скважины1 до датчиков Т= Т- Т; Т= Т, - Т,;Т 4 ТО Т 1 у Т 5 Т 5 ТОпределим сначала среднюю скорость распространения сигнала по породе. Поскольку через прямую и точку, не лежащую на этой прямой, всегда можно провести плоскость, то всегда можно провести перпендикуляр с точки забоя скважины на прямую, соединяющую триформула (5)стных случае 0 гдеч жины;ч - средняя скоро ь распростра кого сигнала ния акустич по породе;- время распростр женного от забо кого сигнала до устье скважины; анения отрая акустичесприемника н Тд у 1и Ь датчика. Точка пересечения перпендикуляра с прямой в общем случае удалена от одного из датчиков на отрезок 6 . Если обозначить расстояниемежду датчиками 2 и 4 1 и междудатчиками 4 и 5 Ь то из фиг. 4видно, что чт )- (1.+д) 2 = (чт )-д 2,2 (5)1. (т-т)+ь(т-т) 25 Покажем, что формула по прототипу является лишь частным случаем предлагаемой формулы. В нем рассмотрен вариант, когда Ь, =2 Ь и Т = Т. Тогда из формулы (5) следует, что Таким образом, наиболее простой 35вид формула принимает при раведлива для всех чарасположения забоя скважины в пространстве.Определяем координаты забоя в сферической системе координат, приняв эа начало отсчета любой датчик, 45 например второй. Обозначим расстояние между датчиками 2 и 3 Ь . Тогда измерив угол м, что не представляет трудности вследствие прямой видимости датчиков 2, 3 и 3, 4, определим 50 углы Р и. Из треугольника 2-3-7, следует (чТ )2 =Ь, +(чТ )-21 чт, совЯ, из треугольника 2-5-7(1., +1,) + (чт )(чт )Вычислив расстояние г между забоеми датчиком 2 по формуле г = чт,1определим координаты положения забояв любой системе координат с началомотсчета в точке расположения датчика2.Применение устройства позволяет повысить точность измерения при определении координат забоя скважинынезависимо от ее траектории,формула изобретения Устройство для определения положения забоя скважин, состоящее из генератора акустических сигналов, являющегося также приемником отраженных от забоя сигналов и расположенного на вертлюге, датчиков, размещенных на поверхности около устья скважины, отличающееся тем, что, с целью упрощения системы датчиков и повышения точности измерений, три датчика размещены произвольно относительно устья скважины, а один - на прямой, соединяющей любую пару из трех произвольно размещенных датчиков, причем координаты забоя скважины в сферической системе координат определяются по формулам: Ь+ (чта )-(чт )г чТ 9= агссовхф Г 21 гчта(1.+Ь, )+(чт,)-(чтд)-"2(Ь, +Ь)чТ г - расстояние от первого датчи ка на прямой до забоя сквавремена распространения отраженного от забоя акустического сигнала до датчиков наповерхности; сстояния между датчиками;5 1392527угол между лучами с началом в месте расположения первого датчика, соединяющими первый датчик с датчиком вне прямой и первый датчик с точкой забоя скважины; угол между прямой, соединяющей датчики, и лучом с началом в месте положения первого датчика, проходящим через точку забоя скважины.1392527 фиг. оставитель В. Ищенкехред Л.Сердюкова едактор Л. Ог рректор М. Шарошн каз 1888/5 ул. Проектная, 4 предприятие, г, у Производственно-поли чес 1 Тираж 522 ПодписнВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раувская наб д. 4/5