RU2166084C1 - Устройство для определения углов искривления скважины - Google Patents
Устройство для определения углов искривления скважины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2166084C1 RU2166084C1 RU2000118692A RU2000118692A RU2166084C1 RU 2166084 C1 RU2166084 C1 RU 2166084C1 RU 2000118692 A RU2000118692 A RU 2000118692A RU 2000118692 A RU2000118692 A RU 2000118692A RU 2166084 C1 RU2166084 C1 RU 2166084C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- flux
- accelerometers
- sensors
- axes
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для контроля за пространственным положением ствола обсаженных и необсаженных скважин при бурении. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения углов ориентации в процессе бурения и расширение функциональных возможностей. Для этого устройство содержит блоки датчиков азимута на основе трех ортогональных феррозондов, неподвижно закрепленных относительно корпуса устройства, и датчиков угла отклонения в виде трех ортогональных акселерометров, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, аналого-цифровой преобразователь и блок коммутаторов. К входам блока коммутаторов подключены выходы феррозондов и акселерометров. Выход блока коммутаторов подключен к наземному блоку через блок телеметрии. Дополнительно устройство снабжено датчиками температуры и давления, блоком телеметрии и блоком гироскопических датчиков азимута на основе одноосных или двухосных датчиков угловой скорости вращения Земли, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов и акселерометров. Выходы датчиков температуры и давления и гироскопических датчиков угловой скорости подключены к дополнительным входам коммутаторов. 1 ил.
Description
Изобретение относится к контролю за пространственным положением ствола обсаженных и не обсаженных буровых скважин при бурении.
Известны метод и устройства для определения азимутального и зенитного углов. Метод и устройство основаны на измерении трех ортогональных компонент Gx, Gy, Gz гравитационного поля 3х осевым акселерометром и трех ортогональных компонент Hx, Hy, Hz магнитного поля Земли 3х осевым магнитометром, информация с которых анализируется на ЭВМ и выдается на дисплей [Патент Великобритании N 2205166, 1988 г.].
Известен метод расчета пространственного расположения скважины по измерениям гравитационного (с помощью акселерометров) и магнитного (с помощью феррозондов) полей Земли. По этим измерениям вычисляют аксиальную компоненту магнитного поля Земли и с учетом компонент ускорения силы тяжести определяют пространственные компоненты скважины [Патент США N 4709486, 1987 г.].
Известен гироскопический датчик ориентации скважин. Датчик может использовать: гироскоп с одной степенью свободы, гироскоп с двумя степенями свободы, вибрационные гироскопы, акселерометры. Однако гироскопические датчики не работоспособны в процессе бурения, т.к. высокие вибрационные и ударные перегрузки, возникающие при бурении, а также угловые колебания бурового инструмента значительно превышают угловые скорости вращения Земли, на измерении которых и основаны перечисленные гироскопические приборы ориентации [Патент США N 4611405, 1986 г., патент США N 4706388, 1986 г.].
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для определения углов искривления скважин, содержащее датчик азимута с тремя ортогональными феррозондами и датчик угла отклонения в виде двух или трех маятников, оси вращения которых ортогональны и неподвижно закреплены относительно корпуса устройства, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя [Авт. свид. СССР N 1139835, E 21 В 47/02, Бюл. N 6, 1985 г.].
Недостаток устройства для определения углов искривления скважин на основе феррозондов - невозможность ориентировать отклонитель по магнитному меридиану при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин малого диаметра из обсаженной скважины при восстановлении старых нефтяных и газовых месторождений.
Изобретение решает задачу повышения точности определения углов ориентации в процессе бурения и расширение функциональных возможностей.
Задача решается тем, что устройство для определения углов искривления скважин, содержащее скважинный снаряд, включающий блоки датчиков азимута на основе трех ортогональных феррозондов, неподвижно закрепленных относительно корпуса устройства, и датчиков угла отклонения в виде трех ортогональных акселерометров, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, аналого-цифровой преобразователь и блок коммутаторов, к входам которого подключены выходы феррозондов и акселерометров, а выход блока коммутаторов подключен к наземному блоку, согласно изобретению снабжено датчиками температуры и давления, блоком телеметрии и блоком гироскопических датчиков азимута, состоящим из неподвижно закрепленных одноосных или двухосных датчиков угловой скорости вращения Земли, оси чувствительности коллинеарны осям чувствительности феррозондов и акселерометров, причем выходы датчиков температуры и давления и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли подключены к соответствующим входам блока коммутаторов, выходы которого подключены соответственно к входам аналого-цифрового преобразователя и через блок телеметрии к наземному блоку.
На чертеже представлена блок-схема устройства.
Устройство содержит скважинный снаряд 1, включающий блок датчика азимута 2 на трех взаимно ортогональных феррозондах 3, блок датчиков углов отклонения 4, состоящий из трех взаимно ортогональных акселерометров 5, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, блок гироскопических датчиков азимута 6, состоящий: из трех 7 или двух неподвижно закрепленных одноосных гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли или двух или одного двухосного датчика угловой скорости вращения, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности соответствующих феррозондов и акселерометров. Датчики содержат встроенные измерительные схемы и другие схемы, необходимые для их работы. Блок коммутаторов 8 включает и блоки управления работой устройства. В скважинном снаряде размещены аналого-цифровой преобразователь 9, блок питания 10 электронных схем и датчиков, блок телеметрии 11, датчики температуры и давления 12. Наземный блок 13 содержит источник питания скважинного снаряда, блоки дешифрации сигналов и связи с ЭВМ 14.
После поступления с наземного блока 13 запускающего импульса на блок коммутаторов 8 подключаются блоки датчиков к аналого-цифровому преобразователю 9, который включается после окончания переходных процессов датчиков. Полученный параллельный код преобразуется в последовательный, и через блок телеметрии 11 и наземный блок 13 поступает в последовательный порт компьютера.
Для измерения зенитного угла, угла установки отклонителя, а также географического азимута используется блок акселерометров 4 и блок гироскопов 6. По ним контролируется выставка отклонителя в обсаженной скважине по заданному направлению. При отходе от скважины на 5-7 метров осуществляются измерения магнитного азимута по показаниям феррозондов 3 и акселерометров 5. При этом гироблок 6 выключается.
Величина зенитного θ угла установки отклонителя φ, магнитного αm и географического αг азимута вычисляются ЭВМ 14 согласно формулам [Ковшов Г.Н., Алимбеков Р. И. , Жибер А.В. Инклинометры (Основы теории и проектирования), Уфа, Гилем, 1998 г., 380 с.]:
b = a1·b1 + a2·b2 + a3·b3
b* = c1 · b1 + c2·b2 + c3· b3,
где ai, bi, ci, i = 1,2,3 - приведенные безразмерные сигналы с феррозондов, акселерометров и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли, b, b* - тангенсы углов магнитного наклонения и географической широты устья скважины. Если используются из трех лишь любые два одностепенных датчиков ориентации, то показания третьего вычисляются из выражений:
a1 2 + a2 2 + a3 2 = 1 + c2
b1 2 + b2 2 + b3 2 = 1
c1 2 + с2 2 + c3 2 = 1 + b*2
Каждый гироскопический или магнитный инклинометр имеет свои блоки акселерометров, питания, АЦП, телеметрии, сопряжения с ЭВМ. Объединение датчиков в единую конструкцию устройства позволяет помимо упрощения решать и следующие практические задачи, расширяющие функциональные возможности устройства:
- феррозондовый блок при известном азимуте позволяет вычислять положение отклонителя непосредственно в процессе бурения, т.к. на показания феррозондов не сказываются вибрационные и ударные перегрузки,
- феррозондовый блок при известном азимуте позволяет контролировать критическое приближение к другой обсаженной скважине по измерению угла магнитного наклонения или величине модуля вектора напряженности магнитного поля Земли; это исключает аварийные ситуации,
- феррозондовый блок позволяет наводить буровой снаряд на ствол аварийной (горящей) скважины для ее ликвидации,
- феррозондовый блок при перемещении инклинометра в обсаженной скважине позволяет контролировать стенки обсадных труб, а также их целостность, что особенно актуально при возрождении старых месторождений.
b = a1·b1 + a2·b2 + a3·b3
b* = c1 · b1 + c2·b2 + c3· b3,
где ai, bi, ci, i = 1,2,3 - приведенные безразмерные сигналы с феррозондов, акселерометров и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли, b, b* - тангенсы углов магнитного наклонения и географической широты устья скважины. Если используются из трех лишь любые два одностепенных датчиков ориентации, то показания третьего вычисляются из выражений:
a1 2 + a2 2 + a3 2 = 1 + c2
b1 2 + b2 2 + b3 2 = 1
c1 2 + с2 2 + c3 2 = 1 + b*2
Каждый гироскопический или магнитный инклинометр имеет свои блоки акселерометров, питания, АЦП, телеметрии, сопряжения с ЭВМ. Объединение датчиков в единую конструкцию устройства позволяет помимо упрощения решать и следующие практические задачи, расширяющие функциональные возможности устройства:
- феррозондовый блок при известном азимуте позволяет вычислять положение отклонителя непосредственно в процессе бурения, т.к. на показания феррозондов не сказываются вибрационные и ударные перегрузки,
- феррозондовый блок при известном азимуте позволяет контролировать критическое приближение к другой обсаженной скважине по измерению угла магнитного наклонения или величине модуля вектора напряженности магнитного поля Земли; это исключает аварийные ситуации,
- феррозондовый блок позволяет наводить буровой снаряд на ствол аварийной (горящей) скважины для ее ликвидации,
- феррозондовый блок при перемещении инклинометра в обсаженной скважине позволяет контролировать стенки обсадных труб, а также их целостность, что особенно актуально при возрождении старых месторождений.
Измерение температуры в скважинном снаряде позволяет непрерывно алгоритмически корректировать посредством ЭВМ показания датчиков ориентации при изменении температуры окружающей среды, чем достигается повышенная точность измерения в широком диапазоне температур от -10oC до +125oC.
Датчик гидростатического и гидродинамического давления позволяет при отсутствии прокачки бурового раствора уточнить глубину скважины, а при бурении - наличие зон повышенного или пониженного пластового давления. Недостаточная информация о пластовых давлениях может привести к неправильному выбору плотности промывочных жидкостей, возникновению нефтегазопроявлений при вскрытии пластов с аномально высокими пластовыми давлениями или к поглощению промывочной жидкости при вскрытии пластов с аномально низкими давлениями, что в любом случае приводит к возникновению аварийных ситуаций.
Лабораторные и скважинные испытания устройства показали, что погрешность измерения азимутов бурящейся скважины в широком диапазоне изменения температуры не превышают 2o, а погрешность измерения угла отклонения 0,2o.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности для измерений при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин, бурящихся из обсаженного ствола при возрождении старых месторождений и месторождений под поймами рек и водоемами.
Claims (1)
- Устройство для определения углов искривления скважин, содержащее скважинный снаряд, включающий блоки датчиков азимута на основе трех ортогональных феррозондов, неподвижно закрепленных относительно корпуса устройства, и датчиков углов отклонения в виде трех ортогональных акселерометров, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов, аналого-цифровой преобразователь и блок коммутаторов, к входам которого подключены выходы феррозондов и акселерометров, а выходы блока коммутаторов подключен к наземному блоку, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками температуры и давления, блоком телеметрии и блоком гироскопических датчиков азимута, состоящим из неподвижно закрепленных одноосных или двухосных датчиков угловой скорости вращения Земли, оси чувствительности которых коллинеарны осям чувствительности феррозондов и акселерометров, причем выходы датчиков температуры и давления и гироскопических датчиков угловой скорости вращения Земли подключены к соответствующим входам блока коммутаторов, выходы которого подключены соответственно к входам аналого-цифрового преобразователя и через блок телеметрии к наземному блоку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000118692A RU2166084C1 (ru) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | Устройство для определения углов искривления скважины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000118692A RU2166084C1 (ru) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | Устройство для определения углов искривления скважины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2166084C1 true RU2166084C1 (ru) | 2001-04-27 |
Family
ID=20237851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000118692A RU2166084C1 (ru) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | Устройство для определения углов искривления скважины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2166084C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503810C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения углов искривления скважины |
-
2000
- 2000-07-14 RU RU2000118692A patent/RU2166084C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503810C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения углов искривления скважины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6453239B1 (en) | Method and apparatus for borehole surveying | |
US6816788B2 (en) | Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment | |
US6145378A (en) | Aided inertial navigation system | |
EP1828540B1 (en) | Gyroscopically-oriented survey tool | |
US10550686B2 (en) | Tumble gyro surveyor | |
Wang et al. | Rotary in-drilling alignment using an autonomous MEMS-based inertial measurement unit for measurement-while-drilling processes | |
Ledroz et al. | FOG-based navigation in downhole environment during horizontal drilling utilizing a complete inertial measurement unit: Directional measurement-while-drilling surveying | |
US9976408B2 (en) | Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions | |
RU2166084C1 (ru) | Устройство для определения углов искривления скважины | |
US6728639B2 (en) | Method and apparatus for determining the orientation of a borehole | |
US20220186607A1 (en) | System and Method For Using A Magnetometer In A Gyro-While-Drilling Survey Tool | |
WO2021170896A1 (es) | Herramienta, sistema y procedimiento para la orientación de muestras de núcleo en la perforación de pozos | |
RU2482270C1 (ru) | Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине | |
US11549362B2 (en) | Azimuth determination while rotating | |
Feng et al. | Study on Downhole North-Seeking and Horizontal Hole Trajectory Measurement Technology Based on Inertial Navigation | |
AU2012318276B8 (en) | Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions | |
Brzezowski et al. | Analysis of alternate borehole survey systems | |
Qi et al. | Research on a High-Precision Measurement Algorithm Using FOG-Based Single-Axis RINS for Core Drilling | |
RU2206737C1 (ru) | Способ измерения параметров траектории скважины | |
Chao Jr | A Low-cost SINS-based MWD Method for Directional Drilling Applications | |
RU2057924C1 (ru) | Комплекс гироинклинометра | |
UA116346U (uk) | Інклінометр для вертикальної частини свердловини та врізки бокових стовбурів | |
Gao et al. | Borehole survey system using fiber optic gyroscopes strapdown inertial navigation | |
GB2603081A (en) | Azimuth determination while rotating |