Устройство контроля положения забоя

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспубликло делам изобретений и отнрытий(72) Авторы изобретения А. М. Мелик-Шахназаров и В. Г. Фролов Московский ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им, И. М. Губкина(54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯЗАБОЯ 1Изобретение относится к бурению 1 тефтяных и газовых скважин, в частности ккустовому бурению,По основному авт, св.604975 известно устройство контроля положения забоя,содержащее датчик азимутального угла, датчик угла наклона, латчик наклонной глубины, подключенные к выходам аналого-цифровых преобразователей, запоминающийблок, блок регистрации информации,блок пересчета координат и анализатор координат, причем входы блока пересчета коор- твдинат полключены к выходам аналого-цифровых преобразователей, а выходы - к первым, входам анализатора координат и к первым входам запоминающего блока; вторыевходы которого соединены с первыми выходами анализатора координат, а выходы -т 5со вторыми входами анализатора координат,выходы которого подключены к блоку регистрации информации.Однако это устройство не позволяет определить коорлинаты траектории с высокойточностью, так как в нем отсутствуют аппаратные средства для изменения параметровс оптимальным шагом дискретизации потраектории, позволяющие минимизировать 2ошибки измерения координат. Кроме того, устройство не имеет средств для прогнозирования возможного пересечения, что важно для качественного управления траекторией скважины. Вместе с тем, в устройстве отсутствуют средства для сжатия информации.Цель изобретения - повышение точности определения координат забоя и по.вышение надежности оперативного предупреждения пересечения стволов скважин за счет прогнозирования положения забоя.Для достижения указанной цели устройство контроля положения забоя снабжено блоком вычисления шага дискретизации, блоком сравнения, блоком аппроксимации и блоком экстраполяции, причем первые входы запоминающего блока полключены к выходы блока аппроксимации, первые входы которого подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, а вторые входы блока аппроксимации подключены к выходам блока пересчета координат, выход которого подключен к первым входам блока вычисления шага лискретизации и первым входам блока экстраполяции, вторые входы которого полключены к выходам блока вычисления шага лискретизации, при этом3выходы блока экстраполяцииподключены к первым входам анализатора координат и вторым входам блока вычисления шага дискретизации, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения, вторые входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя наклонной глубины, а выходы - к блоку пере счета координат.На фиг. 1 приведена функциональная схе ма устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока аппроксимации; на фиг. 3 - функциональная схема блока экстраполяции; на фиг. 4 - функциональная схема блока вычисления шага дискретизации,"Устройство контроля положения забоя содержит датчиказимутального угла, дат. чик 2 угла наклона, датчик 3 наклонной глубины, аналого-цифровые преобразова.тели 4, блок 5 пересчета координат, запоминающий блок 6, анализатор 7 координат блок 8 регистрации информации, блок аппроксимации, блок О экстраполяции, бло 11 вычисления шага дискретизации, блок 1 сравнения. Блок Я аппроксимации (фиг. 2) содержит блоки 1316 регистров, блок 17 вычитания, блок-регистр 18, блок деления 19, блок регистров 20, блок вычитания 21, блок умножения 22, сумматор 23, блок сравнения 24, блок выдачи 25.Блок экстраполяции0 (фиг. 3) состоит из блока регистров 26 блока вычитания 27, блока умножения 28, сумматора 29, блока регистров 30, блока деления 31. Блок 11 (фиг, 4) имеет в своем составе блок вычитания 32, блок деления ЗЗ, блок 34 возведения в квадрат, блок умножения 35, сумматор 36, блок 37 извлечения квадратного корня 3, блок умножения 38, накапливающий сумматор 39.Устройство работает следующим образом Перед запуском устройства, когда датчики находятся в устье скважины, производится сброс в нуль регистров и сумматоров блоков, В блоке вычисления шага дискретизации 11 при этом устанавливается наклонная глубина и расстояние до первого измерения,Сигналы с датчиков 1 - 3 преобразуются с помощью аналого-цифровых преобразователей 4 из аналоговой в цифровую форму и принимаются в блок 5 лишь тогда, когда датчики опуска 1 отсц донаклонной глубины, равной значению, вычисленному в блоке 11, так как блок 12 лишь в этом случае выдает разрешение на пересчет координат и величину шагадискретизации на вход блока 5.В блоке 5 вычисляются значения координат по соотношениям: 746094 1.1, = .1+ (Ц- Ц., ) -9к ае где Из - экстраполированная координата;Ц . - значение координаты в последней точке измерений;1,-1 - значение координаты в предыдущей точке измерения;азЬ 1, - заданный интервал экстраполяции по траектории скважины;ЬК; - расстояние от последней до предыдущей точек измерений потраектории скважины.В исходном состоянии блок регистров 26сброшен, т.е: значения хранимых в нем координат равны нулю, затем в этом блоке регистров храйятся координаты предыдущихточек. При поступлении координат первойточки в блок вычитания 27 последовательновычисляется разность координат, которые поИ даются на вход блока умножения 28, на другой вход которого поступает частное от деления заданного интервала экстраполяциина последний шаг дискретизации, выработанное в блоке деления 31. Каждое произведение с выхода блока умножения 28 подается на сумматор 29, на другой вход которогопоступает соответствующая координата. Полученные значения экстраполированныхкоординат фйксируются в блоке регистров ЗО,Экстраполированное значение координатм траектории и координаты точки измеренийпередаются на второй и первый входы блока 11 вычисления шага дискретизации соответственно, где по этим величинам вычисляется наклонная глубина и расстояние до56следующей точки измерения,В блоке 11 (фиг. 4) определяются величины оптимального расстояния на траектории до следующего измерения инаклоннаяглубина следуюгцего измерения.Вычисление шага дискретизации произв водится по соотношению (вывод этого соотношения приведен в приложении):отья -68 х = х; + Ь;ипЯ, япс,ь = ; + Ь 1;зпф; сова, ж = х + Ь 1 созф,где х , у;, кдекартоны координатыточки;Ь 1 - шаг дискретизации приизмерении;Я, с. - угол наклона и азимут в 5точке траектории,Полученные значения координаты поступают в блок 10, где по данному измерению и по предылуьцему вычисляются экстраполированные значения х, цэ, ,г.э, причем на первые входы блока 0 поступают значе ния координат, а на вторые - шага дискретизации из блока 11.Работа блока 10 может быть основанана принцйпе линейной экстраполяции по двум последним точкам измерений. При 13этом экстраполированное значение координаты может быть вычислено для каждой координаты как:746094 1 1 укс ф5гле ., 6,6 - срелцеквалратические логрец- ности измерения наклонцойглубины, угла наклона, азимута соответственно,Величина вп/3; определяется как:в 1 и у, =- - ы,2 у (Э 4 с3где й, к экстраполированное и текущеезначение .координаты 2;Ь 1 - интервал экстраполяции,юВ блоке вычитания 32 определяется разность хз и х; которая в блоке деления 33делится.на величину ЬЙ,. Полученное частное возводится в квадрат в блоке 34 возведения в квадрат. Полученная величина умножается в блоке умцожеция 35 на 6 царашивается на 6 в сумматоре 36. Затемиз этой величины, поступающей на входблока извлечения корня 37 извлекаетсяквадратный корень, который умножается вблоке умножения 386. Полученная величи- она является оптимальным шагом дискретизации ло следующего измерения и подается на выход устройства, а также на накапливаюгций сумматор 39, где как сумма шагов дискретизации накапливается наклоннаяиглубина следующего измерения, т.е. которая поступает на выхол устройства,Так как траектория наклонно-направлен. ЗО ной скважины является сравнительно гладкой кривой, то для сжатия данных может быть применена аппроксимация; при этом коорлинаты каждой вычисленной точки поступают в блок аппроксимации 9, на его второй вход. а его первый вход из блока вычисления шага лискретизации выдается величина шага лискретизации М. Блок аппроксимации 9 осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию траектории и работает слелующим образом.При поступлении на вход блока первой координат первой точки траектории их значения вместе с наклонной глубиной точки заносятся в блок регистров 16 через блоки регистров 13 и 14, и, кроме того, координаты точки передаются через блок выдачи 25 на выход устройства, При поступлении координат второй точки значения координат вместе с величиной наклонной глубины с выхода блока 11 записываются в блоки 15 и 16. Эти значейия подаются на вхол блока вы 56 читания 17, откуда разность глубин заносится в регистр 18. Затем в блок вычитания 7 поступают попарно значения координат с блоков регистров 15 и 16, разность кото. рых делится в блоке деления 19 на разность глубин из регистра 18. Полученные частные заносятся в блок регистров 20, При поступлении координат и наклонной глубины третьей точки содержимое блока регистров 13 переписывается в блок регистров 14, а в блок регистров 13 заносятся значения координат и наклонной глубины третьей точки,Значение коорлицат с выхолом блока регистров 13 и блока регистров 15 подаются попарно ца входы блока вычитания 21, с выхода которого полученные разности принимаются ца вход блока умножения 22, где каждая разность коорлинат умножается на соответствующее частное из блока регистров 20, гле он наращивается на величину соответствующей координаты из блока регистров 15. На выходе сумматора 23 получаются экстраполированные значения координат, которые в блоке сравнения 24 сравниваются с соответствуюгцими коорлинатами из блока регистров 13. Если все координаты различаются на величину, меньшую установленной погрецгности аппроксимации, то вылачи коорлинат через блок вылачи не произволится, содержимое блока регистров 13 переписывается в блок регистров4, а в блок регистров 13 заносятся координаты следующей точки траектории и ее наклонная глубина. Для этой точки вцовь вычисляется экстраполированное значение координат с помощью блока вычитания 21, блока умножения 22, сумматора 23 и вновь произволится сравнение посредством блока сравне. ция 24.Если же хотя бы олца пара коорлинат, поступившая в блок сравнения 24, разли. чается на величину, болыпую погрецшости аппроксимации Ь, то сигнал с выхола блока сравнения 24 полается на блок выдачи 25, разрешая прохождение коорлинат прелылущей из поданных на вхол устройства точек из блока регистров 14 ца выхол блока аппроксимации. После этого солержимое блоков регистров 13 и 14 переписывается соответствеццо в блоки регистров 5 и 16 и вновь посредством блока вычитания 7, регистра 18, блока деления 19 производится вычисление частных и занесение их в блок регистров 20.Прц поступлении коорлинат следующих точек вновь осуществляется проверка ра. нее описанным методом.Таким. образом, из блока аппроксимации выдаются в запомицаюгций блок 6 только коорлинаты концов аппроксимирующих отрезков, а проверка координат точек осуществляется, по условию (например, лля коорлинаты Х): Х- глек = х + (-Е) - ---А - заданная погрецгцость аппроксимации, причем Х., х -- координаты исходного отрезка, хранимые н рс.гистрах 15 и 16, с продолжениемкоторого йроизводится сравнениетекущеи координаты Х 3.;- наклонная глубина- точки траектории.Полученные координаты поступаот длязапоминания на первый вход запоминающе.го блока 6.Текущее и экстраполированнов значе.ние координат подается с выхода блока экстраполяции 10 на первый вход анализатора координат 7. При поступлении этих координат анализатор координат 7 вырабатывает адреса, которые подаются на второй вход запоминающего блока 6. При этом адресом из запоминающего блока 6 выбираются числовые значения координат точек ранее пробуренных скважин, которые принимаются на второй вход анализатора коорди; нат 7. В процессе перебора координат точек траекторий ранее пробуренных скважин вычисляются расстояния до текущей и экстраполированной точки траектории. При этом в каждой траектории скважины находится точка наиболее близкая к текущей, и точка ближайшая к экстраполированной. Значения координат обеих точек каждой траектори ранее пробуренной скважины, а также величины расстояний до текущей и экстра. полированной точки соответственно пере- даются со вторых выходов анализатора координат на входы блока регистрации информации 8, выполненного на электроннолучевой трубке.На экране блока 8 регистрации информации в масштабе экрана отображаются текущая точка траектории буримой скважины и наиболее близкие к ней точки стволов ранее пробуренных скважин, а также числовые значения координат текущей точки и расстояний между текущей точкой и наиболее близкими точками траекторий, либо отображается экстраполированная траектория буримой скважины и наиболее близкие к ней точки стволов ранее пробуренных скважин, а также числовые значения координат экстраполированной точки и расстояний между 6094Ятекущей точкой и наиболее близких к йей точек стволов ранее пробуренных скважин.По изображению, сформированному наэкране блока 8 регистрации информации, оператор. имеет возможность оперативно оп-.ределить положение текущей точки траектории буримой скважины и ранее пробуренных скважин, а также положение прогнозируемой точки траектории относительно ранее пробуренных скважин, что позволяет в случае необходимости принять меры для предотвращения аварийной ситуации.Применение предложенного устройствапозволяет повысить точность определения координат забоя, повысить надежность оперативного предупреждения пересечения стволов скважин.5Формула изобретенияУстройство для контроля положения забоя по авт. св.604975, отличаюшеегя тем, что,. с целью повышения точности определения координат забоя и повышения надежности оперативного предупреждения пересечения стволов скважин за счет прогнозирования положения забоя, оно снабжено блоком н вычисления шага дискретизации, блокомсравнения, блоком аппроксимации и блоком экстраполяции, причем первые входы запоминающего блока подключены к выходу блока аппроксимации, первые входы которого 36подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, а вторые входы блока аппроксимации подключены к выходам блока пересчета координат, выход которого подключен к первым входам блока вычисления шага дискретизации и первым входам блока экстраполяции, вторые входы которого подключены к выходам блока вычисления шага дискретизации, при этом выходы блока экстраполяции подключены к первым входам анализатора координат и вторым входам блока вычисления шага дискретизафф ции, выходы которого соединены с первымивходами блока сравнения, вторые входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя наклонной глубины, а выходы - к блоку пересчета координат,4/5 ктная, Редактор С. ТитоваЗаказ 3913/23ИНИИГИ Госуно делам13035, Москва,Филиал П 11 П Г 1 ате Составитель М. ЧижиковТехред К, ШуфрнчТираж 626 аКорректор В. СннннкаяПодписноеССР комитета С и открытий шская наб од, ул. Про дарственногонэобретенийЖ 35, Раунтэ, г, Уж го