Устройство для управления процессом турбинного бурения скважин

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоаетскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 16, 04. 81 (21) 3277708/22-03с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 071182, Бюллетень Мо 41 Р 1 УМ К з Е 21 В 44/00 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий5 З) УДК 622.243.92088. 8) Дата опубликования описания 07,11.82 Л.А.Афонин, В.К.Бицута, В.Н,Есаулеркои С.В,ЕсауленкоеГрозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтянойинститут тм. акад. М.Д.Миллионщикова и Грозненскоенаучно-производственное объединение "Промавтоматйка-"- - - .л(71) Заявители 54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИНИзобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к технике для направленного бурения, предпочтительно для турбинного 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 скважинам относится наклонно- направленные, глубокие, сверхглубокие и разведочные. Кроме того, задача своевременно обнаружить и не допустить дальнейшего искривления ствола скважины возникает при проходке пластов со значительньм 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 посредством специальных отклонителей.Управление проводкой скважины имеет 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 направления. Известно устройство для направленного бурения скважин, включающее исполнительный орган, соединенный с валом, размещенным внутри невращаю;егося корпуса с закрепленными на нем отклонителями, связанными 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 клиновидным ножом, между которыми размещены шариковые опоры 11.с 4- 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. 5Известно устройство, включающее последовательно расположенные долото, утяжеленную бурильную трубу и центратор, в котором с целью увеличения отклоняющего усилия, " воздействующет 10 го на долото в сторону выпрямления ствола скважины, оно снабжено шарнирно размещенной на утяжеленной бурильной трубе, втулкой, на конце которой установлены дополнительные центраторы 2 ).Известно также телеметрическое устройство для контроля положения отклонителя в скважине, содержащее отклонитель, датчики положения отклонителя угла и азимута ), линию связи, приемник информации и вторичную аппаратуру 13 3.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 телем бурового инструмента, датчиком положения отклонителя,датчиком азимута плоскости искривления скважины,приемником информации, снабжено реле времени, сумматором, задатчиком, блоком памяти, частотным реле, блоком сравнения, блоком определения знака угла, блоком вычисления и блоком управления приводом ротора, при этом реле времени устновлено над утяжелен ной бурильной трубой и подключено к датчику полокения 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 часотного реле с вторым входом блока памяти, выход которого совместно с выходом приемника подключены к входам блока сравнения, а выход последнего соединен с входом блцка опреде- оО ления знака угла, бдин выход которого связан с входом устройства управления приводом ротора, а втброй 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 фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства . При ориентировании отклонителя порядок операций следующий.Определяется азимут искривления скважины и (фиг. 1).Вычисляется заданный азимут установки отклонителя оэ ис-где Й - требуемый угол, между плоскостью искривления скважиныи плоскостью отклонителя. Определяется фактический азимут уставки отклонителя ч ф. Вычисляется разностьоэ офОпределяется знак й Ч, если а ЧО, то выполняется операция 1, если ь 9 О, то выполняется операция 21. Необходимый угол поворота отклонителя стола ротора по часовой стрелке)определяется по формуле 2. Необходимый угол поворота отклонителя (стола ротора пб часовой стрелке) определяется по формулео:3 Ьа+алоэ 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, датчиком 6 азимута плоскости искривления скважины, реле 7 времени, тензодатчиком 8, приемником 9, сумматором 10, задатчиком 11, блоком 12 памяти, частотным реле 13, блоком 14 сравнения, блоком 15 определения 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 510 ния скважины поступает в канал 4 свя 20 лять направлением скважины непосредственно в процессе бурения, повыситьскорость и точность проводки скважины,ускорить проходку скважины эа счетисключения времени перебуривания ствола скважины при отклонении ее от заданного направления и времени,затрачи,ваемого на спуск и подъем регистрирующих приборов. Годовой экономических эфФект от внедрения устройства в УБРобъединения "Грознефть" составит400 тыс. руб,а40 Формула изобретения жена плоскость искривления отклонителя. В процессе бурения информацияоб азимуте, искривления скважины ввиде гидравлических импульсов с датчика б азимута плоскости искривлеэи и посредством тензодатчика 8 наповерхности преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступаетна вход приемника 9, где усиливается и преобразуется. С выхода приемника 9 сигнал подается на один извходов сумматора 10, а на второйвход его подается сигнал с датчика11, пропорциональный заданному углуустановки отклонителя.В результатес выхода сумматора 10 снимается сигнал, пропорциональный заданному азимуту установки отклонителя 3, и подается на вход блока 12 памяти, гдезапоминается и хранится в течениеопределенного времени. В момент запуска датчика б азимута плоскостиискривления скважины запускается иреле 7 времени. По истечении времени записи информации о вычисленном значении заданного азимута установкиотклонителя 3 в блок 12 памяти,реле 7 времени срабатывает и сигналом срабатывания запускает датчик5 положения отклонителя, При этомдатчик б азимута прекращает своюработу и в канал 4 связи поступаетинформация с датчика о Фактическомазимуте установки отклонителя 3. Наповерхности гидрвалические импульсы,несущие эту информацию, также преобразуются тензодатчиком 8 в электрический сигнал. Этот сигнал такжепоступает на вход приемника, усиливается, преобразуется в нем и с выход его поступает на вход блока 14 сравнения. Одновременно этот же сигналс тензодатчика 8 поступает и на вход частотного реле 13, настроенного начастоту данного сигнала, частотноереле 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, пропорциональныйуглу между заданно азимутом установки отклонителя и фактическим азилутом установки отклонителя, с выхода блока 14 сравнения подается на входблока 15 определения знака угла, вкотором определяется знак угла, полученного в результате сравнения вблоке 14. Эта операция необходимадля 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, апоследний доворачивает ротор 19 почасовой стрелке на необходимый уголдля установки отклонителя. Ц случаеже, когда поступивший на вход блока15 определения зйака угла сигналокажется меньше нуля, этот сигналпоступает на вход блока 16 вычисления, где производится операция сложения его с эаданныч углом в ЗбОО,после чего регулирующий сигнал поступает. также на вход узла 17 управления приводом ротора, а с его выходана вход индивидуального роторногопривода 18 и последний доворачивает ротор 19 также по часовой стрелке на необходимый угол для установки отклонителя.После этого производитсябурение турбобуром, в результатечего проводка скважины далее ведется в нужном направлении. В случае,когда направление скважины отклонится от заданного, описанный процесс повторится и направпение скважины 25 будет исправлено,Использование предлагаемого устройства позволяет оперативно управустройство для управления процессом турбинного бурения скважин, со держащее ротор с индивидуальным приводом, отклонитель бурового инструмента, утяжеленную бурильную трубу,датчик азимута плоскости искривления скважины, датчик положения отклонителя, канал связи и приемникинформации, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностипроводки направленных скважин путемавтоматического управления отклонителем, оно снабжено реле времени,сумматором, задатчиком, блокомпамяти, частотным реле, блоком сравнения, блоком определения знака,блоком вычисления и блоком управления приводом ротора, при этом релевремени установлено над утяжеленнойбурильной трубой и подключено к датчику положения отклонителя, выходкоторого через канал связи совместно с выходом датчика азимута плоскос 65 ти искривления скважины подключенк приемнику, выход последнего соединен с одним из входов сумматора,с частотным реле и с одним из входовблока сравнения, причем к другомувходу сумматора подключен задатчик,выход сумматора соединен с одним, авыход частотного реле с другим вхо,дом блока памяти, выход которогосовместно с выходом приемника подключен к входам блока сравнения,а выход последнего соединен с входом 10блока определения знака угла, рдинвыход которого связан с вхоцом блокауправления приводом ротора, а второй выход через блок вычисления подключен к входу блока управления приводомротора, выход которого через индивидуальный роторный привод связан сротором.Источники информации,принятые во внимание приэкспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 567804, кл. Е 21 В 7/04, 1977 .2. Авторское свидетельство СССРР 471416, кл. Е 21 В 7/06, 1975.3. Грачев Ю.В., Варламов В.П.Автоматический контроль при бурениии эксплуатации. М., "Недра", 196.8,972064 аказ 8501/18 Тираж 623 ПодписноНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб д, 4/5 113035,лиал ППП ".Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В. ВарламовРедактор П. Макаревич Техред Е.Харитончик 1(орректор Н. Буря