RU2004791C1 - Способ непрерывного определени местоположени бурового инструмента - Google Patents

Abstract

Назначение: изобретение относитс  к направленному бурению скважин и может быть использовано дл  непрерывного и точного определени  положени  бурового инструмента в процессе бурени . Цель изобретени : упрощение и повышение точности определени  пространственных координат местоположени  бурового инструмента при бурении . Сущность изобретени - в точках приема сигналов акустического давлени  одновременно измер ют сигналы колебательной скорости по трем взаимно .ортогональным предварительно ориентированным ос м. Затем определ ют векторы интенсивности плотности потоков акустической мощности в точках измерений, по которым наход т координаты положени  бурового инструмента Определение векторов интенсивности плотности потоков акустической мощности в различных точках на поверхности региона позвол ет по направлению и величине векторов вычислить точку их пересечени   вл ющуюс  источником акустических колебаний, и определить ее координаты с большей точностью и значительно проще, быстрее и достовернее. Способ непрерывного определени  местоположени  бурового инструмента при его применении позвол ет обеспечить направленное бурение с большей точностью при меньших затратах 2 ап. ф-лы, 1 ид

Description

Изобретение относитс  к направленному бурению скважин и может быть использовано дл  непрерывного точного определени  положени  бурового инструмента в процессе бурени . Известен способ определени  положени  фурового инструмента 1, при котором регул рно приподнимают и бросают бур и регистрируют на поверхности акустические импульсы, вызванные ударом бура о дно скважины. Одновременно регистрируют импульс удара датчиком, расположенным в буровом инструменте. Недостаток способа определ етс  необходимостью приостановлени  процесса бурени  при определении местоположени  бура и размещением датчика в буровом инструменте.

Известен способ непрерывного опрбде-г лени  положени  бурового инструмента 2, при котором регистрируют на поверхности сигналы акустического давлени , возникающие в процессе бурени  буровым инструментом , а также сигналы вибрации буровой колонны, вычисл ют функции взаимной коррел ции между вибросигналом и сейсмосиг- налами, по которым определ ют врем  запаздывани  сейсмосигналов в точках приема при известной длине буровой колонны, а по разности времен запаздывани  наход т положение бурового инструмента. Недостатки способа обусловлены размещением точек приема в предполагаемой проекции буровой скважины на горизонтальную плоскость, необходимость задани  глубины нахождени  бурового инструмента , котора  может значительно отличатьс  от длины заглубленной части буровой колонны отклонении скважины от вертикали. Значительные погрешности способа также вызваны невозможностью учета потерь демпфировани  при прохождении вибросигнала по буровой колонне, а также нестационарность этих ошибок, св занных с зависимостью вибросигнала от ха- рактера взаимодействи  бурового инструмента с различными по своим свойствам породами. Кроме того, при проходке скважины турбобурением вибросигнал отсутствует вовсе.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ непрерывного сейсмического определени  местоположени  бурового инструмента 3, при котором в процессе работы буровой головки непрерывно принимают на поверхности сигналы акустического давлени , по длине заглубленной части буровой колонны определ ют примерно глубину источника, антенную решетку сейсмопри0

5

0

5

0

5

0

емников поочередно настраивают на разную глубину и по максимальной когерентности определ ют окончательное значение глубины источника, а местоположение бурового инструмента определ ют по разности времени прихода акустического сигнала от когерентного источника, наход щегос  на известной глубине. Недостатки способа за- ключаютс  в сложности и неточности определени  глубины нахождени  источника в реальном масштабе времени, а также необходимостью непрерывного измерени  длины буровой колонны.

Целью изобретени   вл етс  упрощение способа при повышении точности определени  положени  бурового инструмента.

Сущность способа заключаетс  в том. что, кроме приема сигналов акустического давлени , в тех же точках на поверхности региона принимают сигналы колебательной скорости по трем взаимно ортогональным ос м, определ ют векторы интенсивности плотности потока акустической мощности в точках измерений, по которым наход т положение бурового инструмента. .

При функционировании бурильного устройства любого типа в результате его взаимодействи  с породой образуютс  сейсмические возмущени  среды, которые распростран ютс  в окружающее пространство . В точках приема на поверхности регистрируют сигналы акустического давлени  PI (f - номер точки, приема) и колебательной скорости по каждой из осей координат: Vxi, Vyi, Vz, по которым определ ют компоненты вектора интенсивности плотности потока акустической мощности (акустической интенсивности ):

45

VPiVj, Vi iVx+jVy+kVz, l llx+j y+klz

-0)

0

5

Поскольку при бурении всегда соблюдаетс  условие малости источника колебаний (размер бурового инструмента) по сравнению с рассто нием до приемника (пор дка длины заглубленной части буровой колонны ), может быть применен подход геометрической акустики, при котором направление вектора акустической интенсивности совпадает с направлением на источник акустических сигналов, т.е. если в точках на поверхности с координатами (xi, yi, zi) и (х2, У2, za) определены компоненты вектора акустической интенсивности (Ixi. lyi, Izi) и (Ix2, ty2i 122), то они  вл ютс  направл ющими

ч

векторами пр мых, пересекающихс  в точке нахождени  источника (хо, уо, ад):

XI - Хр У1 - Уо 21 - ZQ

х1 yl zi

Х2 -XQ У2 - Уо гг -ZQ

Ix2Iy2 z2

При известности координат приемников и составл ющих векторов акустической интенсивности из системы уравнений (2) наход тс  координаты источника.

Повышение точности определени  положени  бурового инструмента по предложенному способу по сравнению с известными достигаетс  за счет того, что вектора интенсивности плотности потоков мощности колебаний, характеризующих акустическое поле в точке пространства, инварианты к помехам рассе ни , вызванным прохождением сейсмоакустического сигнала через анизотропную структуру разрезов, причем возможно перемещением одной из точек приема относительно второй точки приема достичь выравнивани  условий распространени  колебаний.

Повышение точности в статическом смысле может быть достигнуто также увеличением числа приемников, причем их число может быть неограничено большим.

На чертеже приведена схема проведени  измерений и обработки результатов,- представл юща  пример конкретного выполнени  устройства, осуществл ющего предлагаемый способ.

Ф мула изобретени  . СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ОПРЬ- ДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий прием и измерение сигналов акустического давлени  от работы бурового инструмента, определение координаты точек приема акустического сигнала относительно заданной системы координат и определение положени  бурового инструмента, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  способа при повышении его точности, в точках приема сигналов- акустического давлени  измер ют сигналы колебательной скорости по трем взаимно ортогональным предварительно ориентированным ос м, по измеренным сигналам акустического давлени  и колебательной скорости определ ют векторы интенсивности плотности потока акустической мощности в точках измерений, по которым наход т положение бурового инструмента

На поверхности региона р дом с буровой установкой 1 расположены приемники 2 и 3 акустмческой интенсивности, содержащие (каждый) приемник акустического дав5 лени  и три ориентированные по трем взаимно перпендикул рным ос м приемники колебательной скорости. Во врем  работы буровой инструмент 4  вл етс 

1П источником акустических колебаний, принимаемых приемниками 2 и 3. Сигналы с приемников поступают на идентичные бло- ки преобразователей, содержащие предва- усилители -5-8 сигналов

5 колебательной скорости Vx, Vy. Vz и давлени  Р, а также блоки 9-11 преобразователей координат х, у и z, на которые вводитс  информаци  о координатах приемников в заданной системе координат. Сигналы с

20 указанных блоков через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 12-18 поступают в вычислительный блок 19, в кото ром определ ютс  координаты источника (положение бурового инструмента) в соот 5 ветствии с уравнени ми (2). Информаци  о координатах выдаетс  на блок 20 регистрации .

on

(56) Патент США № 4003017, МКИ Е 21 В

47/02, 1977/

Проспект системы Tomex (Seismic While-Drilling, The Drill Bit as seismic Energ 35 Source) фирмы Western Atlas Internationa Inc (США).

Патент США № 4460059, МКИ Е 21 В 47/022, 1984.

40 2, Способ по п.1, отличающийс  тем, что прием акустических сигналов осуществл ют по двум точкам, определ ют углы проекций векторов интенсивности плотности потока акустической мощности на пло45 скость,ортогональнуюпр мой,

соедин ющей точки измерени , перемещают одну из точек измерени  по поверхности региона до достижени  разностью между этими углами минимального значеэй ни , после чего определ ют положение бурового инструмента.

3. Способ по п.1, отличающийс  тем, что число точек измерени  акустического

g,- сигнала берут не менее трех, наход т значени  координат положений бурового инструмента по измерени м в каждой паре точек измерени , а за окончательный результат принимают среднее значение между найденным множеством значений координат положени  бурового инструмен та.