Устройство для ориентирования отклонения в скважине

СОЮЗ СОВЕТСНИХМНВЛИРМЧЕЖИКРЕСПУБЛИК 09) (111 З 150 Е 21 В 47/022 ОПИСАН АВТОРСКОМУ БРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВУ ед ро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, внутри которого расположен вал, жестко связанный с переходником, и камеру с отвесом, о т л ич а к щ е е с я тем, что, с цельюповьппения точности ориентированияв процессе бурения, оно снабжено акустическим излучателем с приемником,двумя автономными источниками питания,дополнительной камерой из диамагнитного материала с размещенным в нейсигнализатором положения отклонителясоединенным через радиоканал с управляемым преобразователем, и диамагнитным основанием, при этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердогоматериала, основная камера - из диамагнитного материала и установленана основании, а дополнительная камера расположена с воэможностью поворота относительно основания, причемизлучатель установлен в переходникеи связан с управляемым преобразователем, который подключен к одномуиз источников питания, а к другому -сигнализатор положения отклонителя. 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве сигнализатора положения отклонителя использован набор магнитно-управляемых контактов, соединенных через ком мутатор с управляемым генератором радиоимпульсов.3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве управляемого преобразователя использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда, выходы которых подключены к логическому блоку, соединенному с блоком управления акустическим излучателем.1102917 Изобретение относится к техникебурения геологоразведочных скважин,а блоее конкретно к направленномубурению, и предназначено для отклонителей с многократным ориентированием в цикле искривления,Известно устройство, в которомэксцентричный груз, открыто расположенный в скважине, жестко связан скорпусом отклонителя 1 1,10Недостаток известного устройствапонижение точности ориентирования из-за очевидного противодействия силтрения между корпусом отклонителя истеыками скважин (причем в средепризабойного зашломованного промывочного раствора, влияющего также На работу эксцентричного груза) силе, устанавливающей эксцентричный груз вапсидальной плоскости,Наиболее близким к предлагаемомуустройству по техническому решениюявляется устройство, содержащее эксцентричный груз с винтовой поверхностью, свободно установленный в камере и защищенный от контакта со стенками скважины и промывочной жидкостью,с расположенным в корпусе валом свя 2указанная цель достигается тем, что устройство для ориентирования отклонителя в скважине, содержащее корпус, внутри которого расположен вал жестко связанный с переходником, и камеру с отвесом, снабжено акустическим излучателем с приемником, двумя автономнь"ми источниками питания, дополнительной камерой иэ диамагнитного мате. риала с размещенным в ней сигнализатором положения отклонителя, соединенным через радиоканал с управляемым преобразователем, и диамагнитным основанием, ри этом отвес выполнен в виде шарика из магнитотвердого материала, основная камера - из диамагнитного материала и ус.тановлена на основании, а допол нительная камера расположена с возможностью поворота относительно основания, причем излучатель установлен в переходНике и связан с угравляемым преобразователем, который подключен к одному из источников питания, а к другому - сигнализатор положения отклонителя.В качестве сигнализатора положения отклонителя использован наборзан переходник с радиальными отверстиями, имеющий ответную поверхность30 для ее взаиМодействия с винтовой псверхностью эксцентричного груза ( 2 ",.Однако наряду с поворотом отклонителя относительно эксцентричного груза в плоскость своего действия возможен также и поворот самого эксцент- ричного груза (выходящего при этом из апсидальной плоскости) вместе с колонной бурильных труб, с которой он жестко связан в процессе ориенти 40 рования, из-эа скручивания колонны, вызываемого наличием сил трения меж. ду корпусом отклонителя и стенками скваяины, особенно больших в искривленном участке. Это понижает точность4 ориентирования, что может привести к отрицательным циклам искривления. Кроме того, отмечаемый, например, манометром на поверхности сигнал срабатывания, возникающий в резульс 0 тате понижения давления в системе в момент прохода промывочной жидкости через радиальные отверстия штока, свидетельствует не о том, что отклонитель повернут на нужный угол, а об окончании процесса ориентирования.-Цель изобретения - повышение точности ориентирования в процессе бурения. магнитно-управляемых кон гактов, соединенных через коммутатор с управляемым генератором радиоимпульсов,В качестве управляемого преобразователя использован приемник радиоимпульсов и датчик режима работы бурового снаряда, вьгходы которых подключены к логическому блоку. соединенному с блоком управления акустическимизлучателем.,На фиг, 1 изображено устройство, общий вид в разрезе; на фиг. 2 вид А на иг. 1 (показывающий угол между плоскостью действия отклонителя и апсидальной плоскостью, устанавливаемый на позерхности); на Фиг. 3 переключатель (заштрихованная часть вьгполнена иэ проводящего материала); на фиг. 4 - взаимное расположение установочной риски и свободногошарика в случае, когда отклонитель находится в заданной плоскости его действия, частичный разрез; на фиг, 5 - то же, в случае, когда отклонитель вьппел из заданной плоскости его действия; на фиг. б - структурная электрическая схема устройства 1 на фиг, 7 - Функциональная электрическая схема датчика режима работь буро- ного снаряда,50 з 1102Устройство содержит (фиг. 1) основную камеру 1 иэ диамагнитного материала, закрепленную на цилиндрическом основании 2 из диамагнитного материала, закрепленного на корпусе 35 отклонителя, В камере 1 расположен свободный шарик 4 из намагниченного магнитотвердого материала, а на наружной ее поверхности нанесена круговая угломерная шкала делений, например, через 5 . На основании 2 также расположена по свободной посадке дополнительная камера 5 из диамагнитного материала, На наружной поверхности камеры 5 нанесена продольная установочная риска (фиг. 2), а внутри расположен сигнализатор положения отклонителя 6 (фиг. 6), содержащий группу магнитоуправляемых контактов 7 (например, три геркона,20 фиг. 1 и 4), сторого центрирова нных относительно установленной риски, соединенную с коммутатором 8, состоящим иэ схем И и ИЛИ и расположенного ,вне камеры 5 переключателя 9 в виде 1кольца из изоляционного материала (фиг. 3) с нанесенной на нем проводящей площадкой (на Фиг. 3 заштрихована). Переключатель 9 расположен с возможностью скольжения по контакттам (не показаны) на прилегающем тор-ЗО це камеры 5, связанным со входами схем И (что позволяет вводить в работу один геркон или любой из трех), Выход коммутатора 8 связан со входом управляемого генератора радиоимпуль сов 10, имеющего возможность генерировать пачку радиоимпульсов при поступлении сигнала с коммутатора 8. Внутри камеры 5 расположен также автономный источник питания 11 40 (фиг. 6), связанный через выключатель 12 (фиг. 1 и 6), кнопка которого до сборки переключателя с камерой выступает над торцом последнего, с сигнализатором 6. Камера 5 и переключатель установлены на основании 2 с возможностью их последующего закрепления гайкой с контргайкой 13Внутри вала 14 отклонителя установлен подпружиненный клапан 15 (например, шариковый). На верхней части вала 14 укреплен переходник 16 с каналами для прохода промывочной жидкости, сообщающимися с центральным каналом вала 14. Внутри переход ника закреплен контейнер 17 с размещенным в нем управляемым преобразователем 18 (фиг. 6), состоящим иэ 917 4датчика режима работы бурового снаряда (ДР) 19, включающего (Фиг.7) электроакустический преобразователь 20, детектор 21 и схему сравнения 22, выход которого подсоединен к логическому блоку 23 (состоящему, например, иэ схем И, ИЛИ, триггеров, работающих по Фронту сигнала и таймера). К другому входу блока 23 подсоединен приемник радиоимпульсов 24 с цифровым выходом. Выход блока 23 связан с блоком управления акустическим излучателем сигнала срабатывания 25. В контейнере расположен также автономный источник питания 26, подключенный через выключатель 27 (кнопка которого до сборки с переходником выступает за нижний торец контейнера) к управляемому преобразователю 18. На верхнем торце кон - тейнера укреплен акустический излучатель сигнала срабатывания 28 (например, пьезокерамического типа диаметром 30 мм), электрически соедиеннный с блоком 25 и имеющий прямой выход в гидравлический канал бурильных труб.Приемник 24 связан с генератором 10 по радиоканалу через стенки камеры 5, основание 2, вал 14, переходник 16 и стенку контейнера 17.Для центрации контейнера в переходнике установлена перфорированная перегородка 29. Переходник соединен с колонной, собранной из труб с постоянным внутренним сечением (например, труб ССК) . На фиг. 1 показана первая труба колонны, На поверхности внутри ведущей трубы, на неподвижной части вертлюга-сальника смонтирован акустический приемник сигнала срабатывания 30 (например, пьезокерамического типа).Устройство работает следующим образом.В соответствии с заданием на искривление скважины камеру 5 устанавливают своей риекой (фиг. 2) против соответствующего значения угла на угломерной шкале (этот угол является уг. лом между апсидальной плоскостью действия отклонителя), Затем задают степень точности ориентирования переключателем 9, коммутирующим контакты на прилегающем к нему торце камеры (замыкание контактов проводящей площадкой соответствует низкой точности, т.е. опросу всех трех герконов, размыкание - высокой точности, т.е.1102опросу только центрального геркоца),Камеру и переключатель закрепляютгайкой с контргайкой в цужцом положении, при этом утапливается кнопкавыключателя 12, запитывая тем самымсигцализатор б (ца фиг, б) жирные линии показывают энергетическую цепь,тонкие - информационную), Контейнер 17 сочленяют с переходником 1 б,при этом кнопка выключателя 27 утоп Оливается, запитывая тем самым преобразователь 18, и блок 23 устанавлива- .ется в исходное состояние, т,е. омидание команды запроса сигнала срабатывания, 15В цикле искривления предлагаемоеустройство работает в двух режимах:1 - спуска-подъемные операции и бурение; 2 - ориентирование,В первом режиме на преобразователь 20 (фиг. 7) может поступатьакустический шум различного происхождения (от двигателей буровогостанка и бурового насос", ударовдруг о друга свинчиваемых труб, трения коронки о забой, шум, создаваемый движением промывочной жидкостив процессе прокачки и т.д.). Напряжение с выхода преобразователя поступает на детектор 2 1, где оцо выпрямляется. Уровень выпрямленного напряжения пропорционален уровню акустического шума. Это напряжение поступает на схему сравнения 22, ца другой вход которой подается Пщв, причем35схема 22 настроена так (выбором Б,), что при наличии любого из указанных источников шума напряжение на выходе детектора 21 всегда больше Б и ДР выдает в блок 2"сигнал логического "0", что свидетельствует о режиме спуско-подъемныхопераций и бурения,Начальными условиями для режимаориентирования опущенного до забоя45отклонителя являются: отсутствиевращения снаряда, его разгрузка иработа бурового насоса с выходом наповерхность промывочной жидкости,Для перехода в режим ориентирования подается команда запроса сигналасрабатывания представляющая собоисовокупность, например, следующихдействий: выключение бурового насоса,включение бурового насоса, повторение его выключения, причем все этидействия должны выполняться в течение определенного времени, например,10 с. 11 ри первом выключении бурового насоса пропадает создаваемый им, а также движением промывочной жидкости, акустический шум (остальные источники при создании начальных условий ориентирования шума убраны), при этом напряжение ца выходе детектора 21 становится меньше Б ви на выходе ДР появляется "1". По фронту "0-1" блок 23 ца некоторое время, например 10 с, переходит к ожиданию вторичного появления "1" с выхода ДР, которая формируется при вторичном выключении бурового насоса. После вторичцого появления в течение этих10 с логический "1" блок 23 с некоторой паузой, например 10 с, переходит в режим ориентирования, в котором начинает анализировать в течение,например 1 мин, Это время достаточно,чтобы вручную повернуть буровую колонну на 360 , По истечении 1 минблок 23 переходит в исходное состояние, Причем во время паузы и анализа логическая "1" с выхода ДР недолжна сниматься, т,е. не должныпоявляться шумы, связанные с работойбуровых механизмов (в противном случае блок 23 переходит в исходноесостояние). Незначительные шумы, связанные, например, с медленным поворотом колонны и движением промывочной жидкости в затрубном .пространстве (при наличии пластового поглоще -ния) не влияют на работу ДР, таккак 1) выбрано заведомо большим, чемнапряжение на выходе детектора, соответствующее этим шумам,Если во время анализа с выхода приемника 2 ч поступает сигнал "1", то блок 23 выдает сигнал блоку 25, по которому последний вырабатывает в излучатель 28 пачку импульсов ( длительностью, например 1 Фс) с частотой, например, 100 кГц, при этом интенсивность излучения составляет 10 Па, что соответствует амплитуде давления 5 10 Па (это легко.Ф осуществимо, так как современная техника позволяет создавать интенсивность в сотни Вт/см.Логическая "1" ца выходе приемника 24 свидетельствует о наличии радиоимпульсов, поступающих с генератора 10, которые возникают при срабатывании центрального или любого из группы герконов (в зависимости от точности ориентирования), сигнал с которых через коммутатор 8 поступаетв режиме ориентирования, но это не истощает источник 11 из-за весьма малой мощности генератора). Если шарик не находится под герконами, то генератор не вырабатывает радиоимпульсов и при этом на выходе приемни 1 О ка 24 формируется "0", следовательно, сигнал срабатывания не посылается.Кодирование команды запроса сигнала срабатывания и наличие паузы после команды сводит к минимуму вероят ность ложного срабатывания излучателя 28 (что могло бы привести к преждевременному истощению источника 2 о) из-за снятия и возникновения шумов, не связанных с подачей команды 20В режиме срабатывания оператор ожидает появления сигнала срабатывания (являющегося одновременно и сигналом ориентирования), отмечаемого на индикаторе приемника сигнала 25 срабатывания, находящегося на буровой. Если после начала режима ориентирования сигнал срабатывания не поступает (т.е. шарик не находится под гернами), то оператор медленно пово рачивает разгруженную буровую колонну, следя при этом за показанием индикатора. При появлении сигнала срабатывания поворот прекращают. После этого корпус отклонителя известными35 методами закрепляют в скважине и начинают бурение. Для оперативного контроля работы отклонителя команду запроса сигнала срабат .чания периодически (например, через 20-50 см бурения) повторяют. Если сигнал срабатывания не поступает (т.е. отклонитель отошел от линии своего действия), то описанной операцией проводят коррекцию положения отклонителя.Каналом связи, соединяющим забой с поверхностью, является столб промывочной жидкости постоянного сечения (так как используются трубы гладкоствольные изнутри), по которому50 распространяются ультразвуковые колебания в виде трубной волны. Поскольку у трубной волны геометрического расхождения фронта энергии нет, она может распространяться по оси сква-. жины на большие расстояния, В этом1 55 45 7 11029 на генератор 10, Срабатывание герконов происходит только при нахождении, под ними шарика 4 (генератор 10 может вырабатывать радиоимпульсы и не случае затухание определяется лишьпоглощением в жидкости, Коэффициентпоглощения ультразвука в воде начастоте 100 кГц составляет 25 10 с,В тяжелых буровых растворах и эагазированных жидкостях (особенно при низких давлениях) коэффициент поглощения может достигать величины в 3040 большей, т.е. уменьшение интенсивности излучения происходит для водычерез каждые 4000 м, для буровогораствора (худший случай) через каждые 100 м,После остановки насоса приемникпродолжает оставаться в контакте сжидкостью в течение опрЕделенноговремени, достаточного для приема сигнала срабатывания с излучателя, благодаря наличию подпружиненного клапана 15.Современная портативная приемнаяаппаратура позволяет легко зафиксировать амплитуду давления 510Па.Предлагаемый излучатель дает возможность на поверхности с глубины,например 1500 м при заполненной буровым раствором колонне труб амплитуду давления не менее 0,15 1 О " Па,что существенно больше разрешающейспособности приемника. В случае технической воды интенсивность излучения может быть значительно уменьшена.Эффективность применения предлагаемого устройства состоит в существенном повышении надежности выведения скважины в заданное направлениеи точности ориентирования, обусловленном отсутствием жесткой связиориентирующего элемента (свободногоповариха) с бурильным трубами в процессе ориентирования и бесконтактнымего взаимодействием с магнитно-управляемым контактами. Кроме того, применение оперативного контроля (сучетом сигнала срабатывания как сигнала ориентирования) позволяет с высокой точностью следить за работойотклонителя в плоскости его действияи (при необходимости) производитькорректировку его положения. Всесказанное сокращает количество отрицательных циклов искривлений и связанных с этим непроизводительных затрат,а также повышает угол набора кривизны за цикл искривления путем увеличения длины рейса в 1,5-2 раза.1102917 олу ецо и 8,Составитель И.Карбачинскаяедактор М,Парфенова ТехредЖ. Кастелевич Корректор В.Бутяга Тираж 565Государственного комитета ССелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб. 9/21 НИИП одписно Зака 4 113035,"Па жгород, ул.Проекты илиал