Устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины

СОГОЗ СОВЕ СКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1)5 Е 21 В 47/02- В,",) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ:ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕЧОТКРЫТ ЕТЕПЬСТВУ ИЕ ИСА ТО МУ С 1 2(21) 4846867/03: .: :вом шарикоподшипниковых опор два порш- . (22) 02,07.90., :,:,.: -: ня и эксцентричный груз,расположеннь 1 й (46) 30,07,92, Бюл, 1 ч. 28 ,между порц 1 нями, в одном"из поршней вы- (71) Ивано-Франковский институтнефти йолнены проточныеотверстйя, ав другом и газа : .. ..: -, :,. установлены дроссель" и обратный клапан, (72)Н.Н. Ногач,Н.В. Петрук, Н.В.Лужэницадатчик зейитного угла расйоложен в неэа- , Т,А. 1 У 1 амченко; О.А, Турянский, 1 У 1,С. Бабяк .полненной жидкостью части корпуса и выи И.А, Коваленко::;: . полнен ввиде рамки, направляющей,(56) Авторское свидетельство СССРвалика с отвесами, ось которого перпенди1 ч. 1182159, кл, Е 21 В 47/022,1984." кулярна оси вала, внутрирамки расположеАвторскоесвидетельство СССР : на коническая зубчатая пара, в которой на Й. 1333768, кл, Е 21 В 47/022, 1985,: направляюьцей закреплен пишущий элемент угла положения отклонителя, вал-шес- (54) УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ УГЛА . терня и пишущий элемент датчика ПОЛОЖЕНИЙ ОТКЛОНИТЕЛЙ И ЗЕНИТ-зенитного угла, а на валике закреплено ко- НОГО УГЛА СКВАЖИНЫ .лесо, На внутренней поверхности корпуса .(57) Использование: относится к бурению установлен цилиндр из прозрачного мате- наклонно-направленных скважин турбин- риала для фиксации углов. Оси вала и валика ным способом, Сущность изобретейия уст-лежат в плоскости, перпендикулярной пло- ройство содержит герметичный корпус, скости,условно проходящей через ось вала разделенйый обоймой на две изолирован- и направление центра тяжести эксцентричные части; одна из которых заполнена жид- ного груза. С целью предотвращения само- костью, пусковой узел, вал,установленный " произвольного проворота вала в процессе по оси корпуса с воэможностью поворота спуска в скважину устройство снабжено узвокруг нее. на валу установлены посредст- " лом стог 1 орения, 1 з.п, ф-лы, З.ил. Изобретение относится к бурению наклонно-направленных скважин турбинным способом в нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам реги- страции углов пространственного положения отклоняющей компоновки в скважине непосредственно в процессе бурения.Контроль параметров траектории наклонно-направленных скважин, бурящихся турбинным способом, осуществляется с помощью различных видов инклинометров, Для осуществления контроля бурят определенный интервал, останавливают процесс бурения и спускают инклинометр на каротажном кабеле в бурильнйй инструмент для проведений контрольных замеров, затем поднимают бурильный инструмент и снова спускают инклинометр для проведения измерений в открытом стволе,Недостатками указанного процесса с использованием инклинометров являются; дополнительные затраты времени на проведение инклинометрических измерений (до 100 от общего календарного времени бурения скважины); опасность прихвата бурильного инструмента при проведении контрольных замеров в бурильных трубах иинклинометра - при спуске в открытом стволе; отсутствие непрерывного контроля за траекторией скважины в процессе буренияИзвестно устройство для измерения зенитного угла скважины, которое состоит из отвеса,снабжейного грузом с острым наконечником, шарнирно подвешенного в верхней части герметизированного наполненного жидкостью корпуса, узла фиксации отвеса, состоящего из поршня, подвижного в осевом направлении с проточками, пластиной и центробежным механизмом гидравлического реле, выполненного в виде многошайбового дросселя инерционного типа, который размещен в поршне. Для облегчения снятия показаний в верхней части корпуса выполнена кольцевая шкала из не- магнитного материала и имеется ферромагнитный указатель зенитного угла,Указанное устройство предназначено для измерения зенитного угла и дает информацию только об угле отклонения скважины от вертикали, тем самым снижая эффективность его использования.Кроме того, устройство обладает большим количеством промежуточных элементов, что делает процесс регистрации параметраедостаточно надежным,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ориентирования отклонителя, которое включает в себя поворотную рамку с эксцентричным грузом, ось вращения которой совпадает с продольной осью прибора, два датчика азимута, жестко связанныемежду собой, выполненные в виде электромагнитной буссоли. В поворотной рамке установле"н датчик зенитного угла; илоскость реохорда которого совпадает с главной плоскостью рамки, Датчики азимута размещены внутри рамки на осях, которые лежат в одной продольной плоскости, проходящей через ось прибора и центр тяжести эксцентричного груза. Прибор, размещенный в ди амагнитной трубе, спускают на кабеле к отклонителю по колонне бурильных труб до посадки его на упорное кольцо, устайовленное в спецпереводнике с магнитом и экраном; сориентированных по Отношению плоскости действия отклонителя,Прибор позволяет на поверхности по разности показаний датчиков азимута определять азимутальное направление отклонителя в скважине, а по показаниям датчика зенитного угла - зенитный угол ствола скважины, и в случае необходимости производить корректировку направления отклонителя с помощью колонны бурильных труб2030354050 контроля за траекторией скважины путем регистрации положения отклонителя и зенитного угла непосредственно в процессе бурения и своевременной корректировкипрофиля скважины.Устройство регистрации угла положения отклонлтеля и зенитного угла скважины, установленное в колонне бурильных труб,представляет собой кинемати,ески связанную систему, заключенную в герметичный корпус, выполненный в виде двух гидравлически изолированных друг от друга и соединенных между собой обоймой верхней камеры регистрации и нижней рабочей камеры, заполненной жидкостью, содержитпусковой узел, вал, установленный вдоль оси корпуса, на котором со стороны рабочейкамеры расположены верхний и нижнийпоршень с шарикоподшипниковыми опорами, жестко соединенный с валом датчик положения отклонителя, выполненный в видеэксцентричного груза и установленный между поршнями с возможностью полногопроворота вокруг своей оси, а со стороны камеры регистрации установлен жестко соединенный с валом датчик зенитного угла скважины.и механизм регистрации углов, причем датчик зенитного угла содержит рамку, валик с отвесами, выполняющими функции чувствительного элемента датчика зенитного угла, размещенный в поперечном направлении на рамке, которая укреплена на валу таким образом, что плоскость. условно проходящая через ось вала и ось валика датчика зенитного угла, перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вала и направление центра тяжести эксцентричного груза, внутри рамки размещена коническая зубчатая пара, состоящая из колеса, жестко укрепленного на валике, и вала-шестерни,Однако конструкция приборае позволяет производить измерение параметров непосредственно в процессе бурения и тем самым не учитывает угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента забойного двигателя, что снижает точность производимых замеров, Отсутствие непрерывного контроля эа траекторией скважины значительно снижает эффективность его применения, а необходимость в дополнительных спускоподьемных операциях снижает производительность выполняемых работ, связанных с дополнительными трудозатратами15Цель изобретения - повышение производительности и точности работы устройства. Поставленная цель достигается за счетобеспечения устройством непрерывногоустановленного в направляющей, а меха- Скорость продольного перемещения вала низм регистрации выполнен в виде ци с элементами задается величиной гидлиндра из прозрачного материала, равлического сопротивления дросселя 19, установленного в незаполненной жидко- установленного в нижнем поршне 15, на стью части корпуса, пишущего элемента 5 котором также установлен обратный клапан датчика зенитного угла, закрепленного на20, служащий для ускоренного. возврата вавыходном конце вала-шестерни датчика зе- ла в исхбдное йолбжение вверх для настройнитногоугла, и пишущего элемейта угла по-кина начаЛьный цикл регистрации, В ложения отклонителя. закрепленного на верхнем пбршне 14 предусмотрены проточнаправляющей датчика зенитного угла, кро ные отверстия 21 для свободного перетока ме того, вал снабжен узлом стопорения, рабочей жидкости,верхний поршень содержит проточные ка- Со стороны регистрационной камеры 7 налы, а в нижнем поршне установлены на валу 13 установлен датчик 22 зенитного дроссель и обратный клапан, . угла (фиг, 3). Датчик зенитного угла содерНа фиг, 1 изображено размещение уст жит рамку 23 с направляющей 24, В поперойства в компоновке бурильного инстру- речном направлении на рамке 23 размещен мента; на фиг, 2 - устройство регистрации валик 25 с установленными на его концах угла положения отклонителя и зенитйого уг- отвесами 26, выполняющими функции чувла скважины, общий вид; на фиг. 3 - вид А ствительного элемента датчика зенитного на фиг, 2 с изображением датчика зенитного 20 угла. При этом рамка 23 укреплена на валу угла и пишущих элементов. 13 таким образом, что плоскость, условноУстройство 1(фиг. 1) размещено впере- проходящая через осьвала 13 и ось валика воднике 2 посредством верхней опоры 3 и 25, перпендикулярна плоскости, условно нижней опоры 4, имеющих каналы 5 для проходящей через ось вала 13 и направлепротока промывочной жидкости, В верхней 25 ние центра тяжести эксцентричного груза части прибора имеется метка б "нуль прибо. Внутри рамки 23 размещена зубчатая ра", служащая для предварительного орйен- . пара; причем ее"коглесо 27 жестко укреплено тирования прибора по отношению к на валике 25, а вал-шестерня 28 установлен плоскости действия отклонителя, Перевод- в направляющей 24. На выходном конце ваник 2 устанавливают в бурильной колонне 30 ла-шестерни 28 закреплен пишущий эленепосредственно над турбобуром-отклони- мент 29 датчика 22 зенитного угла, а на телем (не показано), . : определенном расстоянии,. ниже в той жеУстройство 1 регистрации угла положе- плоскости, к направляющей 24 прикреплен ния отклонителя и зенитного угла скважины пишущий элемент 30 угла положения откло(фиг, 2) состоит из двух камер: верхней ка нителя.Конструктивно пишущие элементы меры 7 регистрации углов и нижней камеры 29 и 30 выполнены в виде держателей с 8, заполненной рабочей жидкостью(напри- подпружиниванием сухих разноцветных мер, глицерином или техническим маслом). грифельных стержней. Для фиксации велиОбе камеры заключены соответственйо вчйны зенитногоугла скважины,сучетом реметаллических герметичных корпусах 9 и 40 дукции конической пары, а также угла 10, соединенных между собой при помощи положения отклонителя внутри камеры 7 реобоймы 11, Кроме того, камеры 7 и 8 гидрав- гистрации угловсоосно,валу 13 установлен лически изолированы друг от друга манжет- цилиндр 31 из прозрачного материала, наным уплотнением 12, предотвращающим пример органического стекла, Для удобства переток рабочей жидкости в камеру 7 реги расшифровки кривых на внутренней стенке страции из рабочей камеры 8. Вдоль оси цилиндра 31, полученных в результате фикустройства 1 через рабочую и регистрацион- сации углов пишущими элементами, на его ную камеры проходит вал 13, на котором со наружной поверхности нанесена масштаб- стороны рабочей камеры 8 закреплены вер- ная угловая сетка,хний поршень 14 и нижний поршень 15 по Настройка времени свободного пере- средством шарикоподшипниковых опор 16 мещения пишущих элементов 29 и 30 по и 17. Между поршнями 14 и 15 на валу 13 цилиндру 31 задается величиной гиджестко закреплен чувствительный элемент равлического сопротивлениядросселя датчика положения отклонителя; выполнен, регулирующего переток жидкости и ный в виде эксцентричного груза 18. Систе обусловливающего скорость продольного ма поршней 14 и 15, связанных с валом 13, перемещения вала 13 с элементами 29 и 30, предназначена для плавного регулируемого Для предотвращения самопроизвольного перемещения сверху вниз вала 13 с установ- проворота вала 13, а следовательно, и хаоленными на нем элементами ирдновремен- тического движения пишущих элементов в но является его подвижным центратором, прбцессеспуска устройства вскважинууСтройство снабжено узлом стопорения в видежестко установленной на валу 13 вилки 32,охватывающей своим пазом штифт 33, укрепленный в торце головки 11,В крыщке 34 корпуса 9 смонтированпусковой узел устройства в виде лебедки 35,на барабане которой намотан троик 36 сцанговым зажимом 37 на конце, соединенный с торцом выходного конца вала-шестерни 28 датчика 22 зенитного угла, Лебедка 35снабжена шкивом 38, который имеет возможность вступать в фикционное сцепление с тормозом 39 при помощи пружины 40.На крышке 34 соосно тормозу 39 установленгидровключатель 41,Устройство работает следующим образом,Предварительно перед спуском бурильной колонны на забой непосредственно вустройстве 1 производят настройку узлов, аименно совмещают "нуль" масштабной угловой сетки, нанесенной на наружной частицилиндра 31, с отметкой 6 "нуль прибора"(фиг. 1), после чего путем проворота прибора в опорах 3 и 4 устанавливают метку 6 вплоскости действия отклонителя; настраивают гидровключатель 41 пускового узла сучетом гидростатического давления и давления нагнетания буровых насосов; устанавливают вал 13 с закрепленными на немэлементами в исходное верхнее положение,при этом штифт 33 узла стопорения фиксируют вилкой 32, установленной на валу,предотвращая тем самым самопроизвольный проворот вала с элементами в процессеспуска устройства в скважину, тросик 36 с. цанговым зажимом 37 на конце находится всмотанном состоянии на лебедке 35 и заторможен тормозом 39; производят настройкувремени свободного перемещения пишущих элементов 29 и 30 по цилиндру из оргстекла, подбирая соответствующуювеличину гидравлического сопротивлениядросселя 19,После настройки всех узлов производятспуск бурильной колонны на забой, Запускприбора в работу осуществляется гидровключателем 41 от дополнительного перепада давления, получаемого включением вработу насосов. Гидровключатель 41, воздействуя через тормоз 39, растормакиваетшкив 38 лебедки 35 пускового узла, в результате чего вал 13 с расположенными нанем элементами, соединенный с тросиком36 посредством цангового зажима 37 и выходным концом вала-шестерни 28 датчика22 зенитного угла, под действием силы тяжести перемещается вниз,Перемещение происходит с замедлением вследствие дросселирования жидкости25 кали отвесы 26 датчика 22 зенитного угла 30 35 40 50 55 5 10 15 20 через проточные отверстия 21, расположенные в нижнем поршне в зависимости ат настройки времени величиной гидравлического сопротивления дросселя 19, При этом штифт 33 узла стопорения, укрепленный в торце головки 11, выходит из зацепления с вилкой 32, в результате чего вал 13 приобретает возможность вращательного движения,При наклоне к вертикали эксцентричный груз 18 ориентирует вал 13 в плоскости наклона, т,е. в апсидальной плоскости скважины, и передает движение через жестко связанный с ним вал3 на рамку 23,В результате замедленного перемещения системы эксцентричный груз 18 успевает занять положение в апсидальной плоскости, соответствующее углу положения отклонителя, а посредством направляющей 24 пишущий элемент 30 зафиксирует это значение на внутренней стенке цилиндра 31.:Одновременно с регистрацией угла положения отклонителя при наклоне к вертизанимают положение, соответствующее углу наклона к вертикали, При этом отвесы 26, связанные посредством валика 25 с конической зубчатой парой, передадут движение валу-шестерне 28, на выходном конце котооого закреплен пишущий элемент 29 датчика зенитного угла, в результате чего на внутренней стенке цилиндра 31 будет зафиксировано значение зенитного угла.Учитывая, что рамка 23 укреплена на валу 13 таким образом, что плоскость, проходящая через ось вала 13 и ось валика 25, перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вала 13 и направление центра тяжести эксцентричного груза 18, отклонение скважины от вертикали будет воспринято обоими датчиками одновременно и синхронно зафиксировано пишущими элементами,Поскольку пишущий элемент 30 угла положения отклонителя расположен на определенном расстоянии (например, 10 мм) ниже пишущего элемента 29 датчика зенитного угла, кривые замеров углов будут смещены на таком же расстоянии, что учитывается при интерпретации записи,При прекращении работы насосов и отсутствии давления гидровключатель 41 выходит из зацепления с тормозом 39, что вызывает торможение шкива 38 лебедки 35,движение вала 13 прекращается, а вместе сним - снятие показаний,Для настройки прибора на начальныйцикл работы необходима снять крышку 34 пускового узла, поднять вал 13 с закрепленными на нем элементами, обегпечивая переток жидкости в нижнюю часть камеры 8 посредством обратного клапана 20. Применение устройства регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины непосредственно в процессе бурения позволяет учитывать угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента забойного двигателя и вносить необходимую коррекцию, Регистрация зенитного угла скважины позволяег оперативно принимать решения по раннему исправлению возможных от гуплений от заданной траектории ствола скважины.Косвенная оценка результатоа регистрации углов при наличии первоначальных данных азимута и зенитного угла ствола дает возможность прогнозировать текущее изменение азимутального угла как на определенных участках ствола, так и в конце рейса бурения, исходя из известной зависимости угла установки отклонитепя.Повышение производительности й точности работ при использовании устройства позволяет достичь экономии только на одной буровой 3600 руб. Формула изобретения 1, Устройство регистрации угла положения отклонителя и зенитного угла скважины, содержащее корпус с размещенными а нем эксцентричным грузом и дат иком зенитногоугла,отличающееся тем,что, с целью повышения производительности и точности работы, оно снабжено расположенными в корпусе механизмом регистрации углов, пусковым узлом, уСтановленным по оси корпуса с возможностью поворота вокруг нее валом, обоймой, разделяющейкорпус на две изолйрованные друг от другачасти, одна из которых заполнена жидкостью, шарикоподшипниковыми опорами,5 дросселем, обратным клапаном, двумя поршнями, установленными на валу посредством шарикоподшипниковых опор, в одномиз поршней выполнены проточные отверстия, а в другом установлены дроссель и10 обратный клапан, при этом датчик зенитного угла расположен вне заполненной жидкостью части корпуса и аыпблнен в видерамки, направляющей, валика с отвесами,ось которого-перпендйкулярйа"оси вала, и15 расположенной внутри р 4 глки коническойзубчатой пары, состоящей из закрепленного на валике колеса й закрепленного на направляющей вала-шестерни, механизмрегистрации углов расйоложен в- не запол 20 ненной жидкостью части корпуса и выполнен из установленного на внутреннейповерхности кбрпуса"ц 1 глйндра "изпрозрачного материала, закрейленного йа выходном конце вала-шестерни пишущего25 элемента датчиКа зеййтнбго угла и закрепленного на направляющей пишущего элемента угла полокения отклонителя, причемкорпус выпол нен герметичн ьгм, эксцентричный груз расположен на валу между порш 30,нями, а оси вала ивалика лежат в плоскости,перпендикулярйой плоскости; условно проходящей через ось вала и направление центра тяжести зкСцентричйого груза,2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е 35 с я тем, что, с целью предотвращения самопроизвольного проворота вала в процессеспуска а скважину, оно снабжено узлом стопорения,1751303 оставитель Ю.Лупичеехред М,Моргентал едактор М.Бандур КорректоР А.Осаулен Производс но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 2669 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035; Москва, Ж, Раушская наб., 4/5