Способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Азербайджанский институт нефи химии им, М,Азизбекова(54) СПОСОБ ЗАБОЙНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯОТКЛОНИТЕЛЯ В ВЕРТИКАЛЬНОМ СТВОЛЕСКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к областинаклонного бурения нефтяных и газовыхскважин. Цель изобретения - повышениеточности ориентирования и расширениедиапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитныхмасс бурильных труб и обеспеченияориентирования в условиях Северных иВкных широт и вблизи магнитных полю135755 сов земли, Опускают внутри бурильной колонны на забой скважины забойный прибор с основным чувствительнымэлементом в виде датчика (Д) 2 .электромагнитного типа. Ориентируют Д 2 на магнитный репер, выполненный в виде магнитной метки и установленный в плоскости действия отклонителя, Поворачивают бурильную колонну в проектный азимут. На дневной поверхности устанавливают дополнительный Д 5, Обеспечивают синхронную связь между Д 2 и 5. Ориентируют Д 2 и 5 на дневной поверхности в направлении магнитного меридиана и одновременно фиксируют их положение по кольцевой шкале 12, закрепленной на статоре Д 5.Синхронная передача углов обеспечивается тем, что Д 2 выполнен в видесельсин-датчика, на роторе которогоустановлена стрелка 6, а Д 5 выполнен в виде сельсин-приемника, на роторе которого закреплена стрелка 7.2 си 1 з,п. ф-лы, 3 ил.1Изобретение относится к области наклонного бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к технике и тех" нологии ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины. 5Целью изобретения является повышение точности ориентирования и расширение диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориентирования в условиях Северных и Киных широт и вблизи магнитных полюсов Земли,На фиг. 1 приведена схема, пояс - няющая способ забойного ориентирова 25 ния отклонителя в вертикальном стволе скважины, разрез А-А; на фиг, 2 - устройство для осуществления способа разрез Б-Б; на фиг. 3 - рабочий шар устройства, разрез В.В.Способ реализуется следующим образом.Забойный прибор 1 (см. фиг. 1) с основным чувствительным элементом в виде датчика 2 электромашинного типа опускают внутри бурильной колонны на забой скважины, обсаженный стальными трубами, в область отклонителя 3 с магнитным репером 4, установленным з плоскости действия отклонителя, Магнитный репер 4 представляет собой обыкновенную магнитную метку, которую наносят известным способом.На дневной поверхности устанавливают дополнительный чувствительный 35 элемент, который также выполнен в виде датчика 5 электромашинного типа, и обеспечивают его синхронную связь 2с основным чувствительным элементом, Синхронная передача угла может быть обеспечена, например, выполнением датчика 2 электромашинного типа в виде сельсин в датчи (СД), на роторе которого установлена немагнитная стрелка 6, и выполнением датчика 5 в виде сельсин-приемника (СП), на роторе которого закреплен указатель в виде стрелки 7. Ось 8 вращения стрелки 6 расположена под углом к оси 9 симметрии прибора 1 в направлении, противоположном направлению И север - ного магнитного меридиана. На статоре сельсин-датчика (СД) и стрелке 6 закреплены эксцентрично грузы 10 и 11,Перед спуском забойного прибора 1 на дневной поверхности ориентируют основной и дополнительный чувствительные элементы в направлении К северного магнитного меридиана и фиксируют их положения по кольцевой, градуированной относительно сторон света, шкале 12, закрепленной на статоре сельсин-приемника (СП). Стрелки при этом показывают направления а и а, Сигналом с поверхности на забое скважины арретируют основной чувствительный элемент, а его положение (положение стрелки 6) корректируют в соответствии с зафиксированным в направлении северного магнитного меридиана с возможностью визуального наблюдения на дневной поверхности по изменению положения дополнительного чувствительного элемента. То есть, корректировку осуществляют таким образом, чтобы стрелка 6 указывала на 1357555правление а, которое она занимала на дневной поверхности. Благодаря синхронной связи чувствительных элементов наблюдение осуществляют по стрелке 7, которая при этом укажет направление а, Таким образом, начало отсчета сельсин-датчика (СД) на забое и сельсин в приемни (СП) на дневной поверхности устанавливают в направлении И северного магнитного 10 меридиана. Затем с дневной поверхности осуществляют ориентирование электромагнитным полем основного чувствительного элемента на магнитный репер 4, Электромагнитное поле, на в 15 правление которого совпадает с направлением И северного магнитного меридиана, создают подачей напряжения с дневной поверхности на соленоид 13, который размещен на стрелке 6 20 основного чувствительного элемента, Под действием возникающего при этом момента вращения стрелка 6 поворачивается на магнитный репер 4 в на - правлении о, а за счет синхронной 25 связи чувствительных элементов дополнительный чувствительный элемент также изменит свое положение (стрелка 7 укажет направление Ь,). По изменению положению дополнительного 30чувствительного элемента относительно зафиксированного в направленииИ северного магнитного меридиана определяют по шкале 12 азимутальное направление отклонителя. 35При необходимости установки отклонителя в проектный азимут колонну бурильных труб медленно поворачивают до тех пор, пока стрелка 7 дополнительного чувствительного элеменОта не укажет заданный азимут, чтонаблюдают по шкале 12,Устройство для осуществления способа (см, фиг, 2) состоит из забойного прибора, установленного в диамагнитном корпусе 14, основного чувствительного элемента 2 забойногоприбора с немагнитной стрелкой 6 идополнительного чувствительного элемента 5, установленного на дневной 50поверхности. Основной и дополнительный чувствительные элементы выполнены в виде датчиков электромашинноготипа - сельсин-датчика (СД) и сельсин-приемника (СП), синхронно связанных между собой. Устройство включает также два диамагнитных шара -контрольный шар А и рабочий шар В,которые выполнены полыми и расположены друг над другом соосно в диамагнитном корпусе 14 на диамагнитных опорах 15 и 16 с возможностьювращения и самоориентирования в направлении действия силы тяжести. Шары А и В сохраняют устойчивость своего положения при любых допустимых угт ах наклона корпуса 14 прибора, атакже при его вращении. В состав уст -ройства входят также три соленоида,управляемые с дневной поверхности,два из которых имеют сердечники. Пер -вый соленоид 17 укреплен соосно вкорпусе 14 над контрольным шаром А иимеет сердечник 18, который подпружинен относительно контрольного шараА. Второй соленоид 19 жестко закреп -лен внутри контрольного шара А и имеет сердечник 20, который подпружиненотносительно рабочего шара В. Подпружиненные сердечники обеспечиваюткоррекцию и фиксацию положения шаровво взаимосвязи. Третий соленоид 13(см. фиг. 3) размещен на немагнитной стрелке 6 основного чувствительного элемента 2. Стрелка 6 установлена на оси 8 на роторе 21 сельсин-дат -чика (СД), статор 22 которого жесткозакреплен внутри диамагнитного стакана 23, который размещен с возможностью вращения внутри рабочего шараВ на оси 8, установленной под углом3 не менее 5 к оси 9 симметрии прибора в направлении, противоположномнаправлению Х северного магнитногомеридиана с образованием эксцентриситета в этом направлении. С цельюусиления эксцентриситета на статоре22 укреплен груз 10, а на стрелке6 груз 11,Ротор 24 сельсин-приемника (см.фиг. 2) имеет указатель в виде стрелки 7, а статор оснащен кольцевой,градуированной относительно сторонсвета, шкалой 12. Для более четкойкоррекции ориентированного положенияв верхней части шара В имеется сферическая площадка 25, площадь которой равна площади упорной поверхности сердечника 20.Прибор, установленный в диамагнитном корпусе 14, заливается трансформаторным маслом, а сельсин-датчиксвязан с сельсин-приемником провод -ным каналом.Устройство работает следующим образом, 1357555Настраивают устройство на поверхности на горизонтальной плоскости всогласованном режиме с сельсин-приемником так чтобы стрелки 6 и 7 сельсин-датчика и сельсин-приемника показывали направление И северного маг -нитного меридиана (см. Фиг. 2).Затем включают соленоиды 17 и 19.которые, притянув сердечники 18 и20, освобождают шары А и В от фиксации и устройство на кабеле спускаютв колонну бурильных труб в областьотклонителя с искусственным магнитным репером (меткой) по линии искривления и выдерживают некоторое времядля успокоения и самоориентированияшаров.В вертикальном стволе скважины, идаже в области допускаемых отклонений, независимо от положения корпуса 14 шары А и В самоориентируются понаправлению действия силы тяжести,т.е, по вертикали. Однако вследствиеналичия эксцентриситета внутри шараВ ось центра тяжести его несколькосместится от вертикали. При этом наповерхности по показаниям стрелки 7по градуированной шкале 12 сельсинприемника наблюдают колебания стрелки 6 сельсин - датчика,По прошествии времени успокоениясигналом из поверхности по кабелюотключают соленоид 17 и сердечник 18фиксирует самооринетированное положение шара А в шаровой опоре 15, Прификсированном положении шара А плоскость сердечника 20 занимает строгогоразонтальное положение относительно направления действия силы тяжести,Затем сигналом из поверхностиарретируют основной чувствительныйэлемент, отключив соленоид 19, приэтом упорная поверхность сердечникаО, войдя в сферическую площадку 25шара В, приводит его в такое же положение, в каком находится шар А, т.е.в положение, при котором его ось вращения и сила тяжести шара В направлены строго по вертикали, обеспечивая при этом горизонтальную плоскость нижней опоры 16 корпуса 14 ссельсин-датчиком 2,Таким образом на забое для устройства создаются идентичные условия,которые были у него на поверхностипри настройке и согласовании забойного сельсин-дитчика с наземным сельсин-приемником30 35 40 50 55 5 10 15 20 5 На поверхности сельсин-приемник,работая в согласованном режиме с забойным сельсин в датчик, Фиксируетна шкале 12 искуссгвенную точку от -счета в направлении Ж северного магнитного меридиана.После этого сигналом из поверхности включают солено:лд 13 на стрелке6 сельсин-датчика на забое. Так какнаправление электромагнитного полясоленоида совпадает с направлениемсеверного магнитного мериодиана, тострелка притянется на магнитный репер отклонителя, вращая синхроннона поверхности стрелку 7 ротора сельсин-приемника (см. Фиг, 1), которая на градуированной шкале 12 покажет азимут отклонителя относительноискусственной точки отсчета, котораяпоказывает направление И северногомагнитного мерициана,При этом, в случае несоответствияположения отклонителя проектному азимуту колонну бурильных труб вращаюти, наблюдая за движением стрелкипо шкале 12, устанавливают ее в точкупроектного азимута. Благодаря тому, что в предложенном способе оба чувствительных элемен. та устройства принудительно ориентируют на дневной поверхности в направлении северного магнитного меридиана и устанавливают их в такое же положение при размещении прибора на забое, т,е, создают искусственную точку отсчета азимута, исключается искажение влияния магнитных масс бурильных труб при ориентировании что повышает точность установки отклонителя в проектныи азимут. Ориентирование основного чувствительного элемента (его немагнитной стрелки) на магнитный репер искусственно созданным электромагнитным полем позволяет отказаться от измерения азимута при ориентировании естественным магнитным пслем Земли, чторасширяет диапазон применения способа и устройства на условия Северныхи Южных широт и вблизи магнитных полюсов Земли, где определение азимутапри ориентировании магии ной стрелки естественным магнитным полем Земли малоэффективно, так как в этихширотах магнитные силовые линии проходят вертикально1. Способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, при котором опускают на забой скважины внутри бурильной колонны забойный прибор с основным чувствительным элементом, ориентируют чувствительный элемент на магнитный репер, установленный в плоскости действия отклонителя, и осуществляют поворот бурильной колонны в проектный азимут, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ориентирования и расширения диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориенти рования в условиях Северных и Южных широт и вблизи магнитных полюсов Земли, устанавливают на дневной поверхности дополнительный чувствительный элемент и обеспечивают его синхронную связь с основным чувстви - тельным элементом, ориентируют на дневной поверхности оба чувствительных элемента в направлении северного магнитного меридиана и одновременно фиксируют их положения, опускают прибор на забой скважины, обсаженной стальными трубами, и арретируют ос - новной чувствительный элемент, при этом его положение корректриуют в соответствии с зафиксированным в направлении северного магнитного меридиана с возможностью визуального наблюдения по изменению положения дополнительного чувствительного элемента, осуществляют с дневной поверхности ориентирование основного чувствительного элемента на магнитный репер электромагнитным полем, направление которого совпадает с направлением северного магнитного меридиана, а азимутальное направление отклонителя определяют по изменению положения дополнительного чувствительного эле мента относительно зафиксированного в направлении северного магнитного меридиана. 2. Устройство забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, содержащее установ 5 10 15 20 25 30 ленный в диамагнитном корпусе забойный прибор с соновным чувствительнымэлементом и стрелкой, ориентируемойна магнитный репер, установленный вкривом переводнике в направлении действия отклонителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено дополнительным чувствительным элементом, установленным на дневной поверхности с возможностью синхронной связис основным чувствительным элементом,тремя соленоидами, два из которыхимеют сердечники, цилиндрическим диамагнитным стаканом с эксцентричнымгрузом, рабочим и контрольным диамагнитными шарами, которые выполненыполыми и расположены друг над другомсоосно в корпусе на дополнительныхопорах с возможностью вращения и са -моориентирования, в направлении действия силы тяжести, а основной и дополнительный чувствительные элементывыполнены в виде датчиков электромашинного типа и имеют статор и ротор,при этом диамагнитный стакан размещенс возможностью вращения внутри рабочего шара на оси, которая установленапод углом к оси симметрии прибора внаправлении, противоположном направлению магнитного меридиана, статор основного чувствительного элемента жестко закреплен внутри диамагнитного стакана, первый соленоид укреплен соосно в корпусе над контрольным шаром, второй соленоид жесткозакреплен внутри контрольного шара,а третий соленоид размещен на стрелке основного чувствительного элемента, причем сердечник первого соленоида подпружинен относительно контрольного шара, а сердечник второгосоленоида подпружинен относительнорабочего шара,3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что датчикиэлектромашинного типа выполнены ввиде сельсин-датчика и сельсин-приемника, при этом стрелка основногочувствительного элемента установленана роторе сельсин в датчи, ротор сельсин-приемника имеет указатель в виде стрелки, а его статор оснащенкольцевой шкалой, которая градуирована относительно сторон света.1357555ИФаг.Составитель А,Цветков Редактор С.Патрушева Техред М. Ходанич Корректор А,Тяско Заказ 597 б/30 Тираж 533 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул.Проектная, 4