RU2184845C1 - Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении - Google Patents
Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184845C1 RU2184845C1 RU2001109367A RU2001109367A RU2184845C1 RU 2184845 C1 RU2184845 C1 RU 2184845C1 RU 2001109367 A RU2001109367 A RU 2001109367A RU 2001109367 A RU2001109367 A RU 2001109367A RU 2184845 C1 RU2184845 C1 RU 2184845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switch
- input
- angle
- output
- accelerometers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при разработке инклинометрических устройств для измерения в процессе бурения азимута, зенитного угла скважины, а также измерения угла, установки отклонителя при ориентировании инструмента в скважине. Изобретение решает задачу повышения точности определения углов ориентации в процессе бурения в широком диапазоне температур и расширения области применения устройства при бурении в высоких широтах. Поставленная задача достигается тем, что устройство содержит генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик угла установки отклонителя, выполненный в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, установленного в поплавковом маятнике, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь. Дополнительно устройство снабжено тремя акселерометрами, оси чувствительности которых взаимно ортогональны и соосны осям чувствительности феррозондов, низкочастотными фильтрами, датчиком температуры, последовательным адаптером. При этом выходы акселерометров через низкочастотные фильтры и датчик температуры соединены с дополнительными входами коммутатора. К выходу аналого-цифрового преобразователя подключен вход последовательного адаптера, выход которого через блок связи с наземным устройством и блок дешифрации подключен к персональной ЭВМ. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к контролю за пространственным положением ствола скважины и положения отклонителя в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.
Известны способ и устройство определения азимута и зенитного угла наклонной скважины измерением трех проекций векторов гравитационного и магнитного полей Земли на трехгранник ортогональных осей скважинного снаряда посредством трехосных акселерометров и магнитометров. Выходные сигналы с датчиков поступают в ЭВМ, а после обработки и вычисления выдаются в виде азимутальных и зенитных углов на дисплее ЭВМ. Патенты Великобритании 2205166, 1988 г.
Недостатком устройств, реализованных по этому способу, является зависимость результатов измерений от вибрационных и ударных перегрузок, сопровождающих процесс бурения. При этом ошибки акселерометров от вибраций достигают значительных величин и требуют остановки процесса бурения для измерений азимута, зенитного угла, угла положения отклонителя. Если азимутальный и зенитный углы наклонной скважины изменяются во времени медленно и могут быть измерены в момент прекращения процесса бурения, то положение отклонителя при бурении должно контролироваться непрерывно, т.к. реактивный момент от долота и упругий момент колонны труб стремится развернуть отклонитель от заданного направления. Неконтролируемое положение отклонителя приводит к изменению плановой траектории скважины.
Применимое в некоторых случаях определение положения отклонителя при бурении посредством феррозондов по магнитному полю Земли при известном азимутальном и зенитном углах, измеренных при остановках бурения, также имеет ограничение. Так при бурении наклонно-направленной скважины, совпадающей с вектором напряженности магнитного поля Земли (МПЗ), положение отклонителя по МПЗ не может быть определено. Особенно это существенно при бурении в высоких широтах, где вектор напряженности МПЗ близок к вертикали. Именно в этих областях в настоящее время бурится наибольшее количество скважин.
Известно устройство для контроля комплекса параметров траектории скважин и угла установки отклонителя, содержащее генератор возбуждения, датчик азимута, выполненный в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, датчик зенитного угла и угла установки отклонителя, выполненный в виде двух синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, установленных в рамках-маятниках, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь. Авт. свид. СССР 1078041, Е 21 В 47/02, Б. И. 9, 1984.
Недостатком известного устройства является невысокая точность определения азимута (до±2% в диапазоне 0÷360o). Из-за сил сухого трения в опорах подвеса маятников и нелинейности статических характеристик электрических датчиков их углов поворота, а также зависимости результатов измерений от температуры, достигающих значительной величины на больших глубинах.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для определения углов искривления скважины, содержащее блок возбуждения, датчики азимута с тремя ортогональными феррозондами, неподвижно закрепленными относительно корпуса устройства, датчик угла отклонения, два коммутатора, блок управления, аналого-цифровой преобразователь. Устройство имеет реверсивный счетчик, блок памяти, что позволяет уменьшить ошибки, возникающие вследствие влияния температуры. Авт. свид. СССР 1139835, Е 21 В 47/02, Б.И. 6, 1985.
Недостатками известного устройства являются невысокая точность определения азимута и зенитного углов особенно при малых зенитных углах от влияния сил сухого трения в опорах датчиков угла отклонения, а также сложность схемных решений при компенсации влияния температуры.
Изобретение решает техническую задачу повышения точности определения углов в процессе бурения.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, содержащее наземный блок, соединенный со скважинным снарядом, включающим генератор возбуждения, подключенный к одному из входов первого коммутатора, ко второму входу которого и к первому входу второго коммутатора подключены выходы блока управления, а выходы первого коммутатора соединены со входами датчика азимута, выполненного в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, и датчика угла установки отклонителя, выполненного в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, установленного в поплавковом маятнике, выходы которых через детекторы подключены ко второму и третьему входам второго коммутатора, соединенного выходом со входом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что скважинный снаряд снабжен тремя акселерометрами, оси чувствительности которых взаимно ортогональны и соосны осям чувствительности феррозондов, низкочастотными фильтрами, датчиком температуры, последовательным адаптером и блоком связи, а наземный блок снабжен узлом дешифрации и связи и персональной ЭВМ, соединенной узлом дешифрации и связи, который через блок связи соединен с входом блока управления скважинного снаряда и с выходом последовательного адаптера, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, при этом выходы акселерометров через соответствующие низкочастотные фильтры и выход датчика температуры подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам второго коммутатора.
На чертеже представлена блок-схема устройства.
Устройство содержит скважинный снаряд, 1, включающий датчик азимута 2 на трех взаимно ортогональных феррозондах 3, 4, 5, датчик угла установки отклонителя 6, выполненного в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ), установленного в поплавковом маятнике, 7 - статорные обмотки СКВТ, 8 - роторная обмотка СКВТ, трехосного акселерометра 9, состоящего, например, из трех линейных акселерометров 10, 11, 12, датчик температуры 13. Оси чувствительности феррозондов и акселерометров ортогональны и образуют трехгранник координатных осей, неподвижно связанных со скважинным снарядом. При этом оси чувствительности феррозондов соосны осям чувствительности соответствующих акселерометров. Электрический нуль датчика угла установки отклонителя совмещен с нулем положения отклонителя, вычисленного по показаниям акселерометров. Кроме того, в скважинном снаряде размещены генератор возбуждения 14, первый 15 и второй 16 детекторы, первый 17 и второй 18 коммутаторы, низкочастотные фильтры 19, 20, 21 акселерометров, блок управления коммутатором 22, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, последовательный адаптер 24, блок связи с наземным устройством 25. Наземный блок 26 содержит источники питания скважинного снаряда, узел дешифрации сигналов и связи 27 с персональной ЭВМ 28.
Устройство работает следующим образом.
Для измерения азимута, зенитного угла, угла установки отклонителя и температуры с наземного блока 26 на блок управления 22 и коммутаторы 17, 18 поступает запускающий импульс. Генератор 14 формирует сигнал возбуждения, который через коммутатор 17 подается попеременно на обмотки возбуждения феррозондов 3, 4, 5 и статорные обмотки 7 СКВТ. При наличии магнитного поля Земли (МПЗ) в сигнальных обмотках феррозондов появляется выходное напряжение, пропорциональное проекции вектора напряженности МПЗ на оси чувствительности феррозондов. Напряжения с сигнальных обмоток феррозондов поочередно подаются на фазочувствительный детектор 15 и через второй коммутатор 18 на аналого-цифровой преобразователь 23. Напряжение с генератора 14 подается и на статорные обмотки 7 СКВТ, при этом напряжение с роторной обмотки 8, функционально связанное с углом поворота маятника, датчика 6, после детектирования в блоке 16 также через коммутатор 18 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 23. На вход коммутатора 18 по сигналам с блока управления 22 последовательно поступают сигналы с акселерометров 10, 11, 12 через низкочастотные фильтры 19, 20, 21 и датчик температуры 13 скважинного снаряда.
Число-импульсный код, соответствующий сигналу с каждого первичного датчика, с выхода аналого-цифрового преобразователя 23 поступает на вход последовательного адаптера 24, преобразующего параллельный код в последовательный формат, и через блок связи 25 с наземным устройством поступает в оперативную память персональной ЭВМ 28. После окончания полного цикла измерения и записи в памяти ЭВМ измерения накапливаются, осредняются и после алгоритмической обработки и вычислений высвечиваются на дисплее ЭВМ в виде цифровой, графической и текстовой информации.
Для точных измерений азимута, зенитного угла, угла установки отклонителя используются сигналы с феррозондов и акселерометров при кратковременных остановках процесса бурения, вычисляемые по формулам, приведенным в монографии: Ковшов Г.Н., Алимбеков Р.И., Жибер А.В. Инклинометры (основы теории и проектирования), Уфа, Гилем, 1998, 380 с.:
Здесь обозначено α, θ, φ - соответственно, азимут, зенитный угол и угол установки отклонителя, ai, bi (i=1,2,3) - приведенные безразмерные сигналы с феррозондов и акселерометров, В - магнитное наклонение.
Здесь обозначено α, θ, φ - соответственно, азимут, зенитный угол и угол установки отклонителя, ai, bi (i=1,2,3) - приведенные безразмерные сигналы с феррозондов и акселерометров, В - магнитное наклонение.
Положение отклонителя на вертикальном участке в процессе бурения, вычисленное по магнитному полю Земли, определяется по формуле
Положение отклонителя в процессе бурения вычисляется по сигналам с маятникового датчика угла установки отклонителя:
где b1*, b2* - приведенные безразмерные сигналы с роторной обмотки СКВТ при последовательном подключении статорных обмоток СКВТ.
Положение отклонителя в процессе бурения вычисляется по сигналам с маятникового датчика угла установки отклонителя:
где b1*, b2* - приведенные безразмерные сигналы с роторной обмотки СКВТ при последовательном подключении статорных обмоток СКВТ.
Несмотря на специальные схемные решения, применяемые при разработке первичных датчиков (феррозондов, акселерометров, СКВТ), температурный дрейф последних оказывается значительным. Это приводит к недопустимым погрешностям измерения азимута и зенитного углов при изменении окружающей температуры до +120oС, в котором должно работать устройство. Измерение температуры специальным датчиком, расположенным в скважинном снаряде, позволяет применить алгоритмические методы компенсации с помощью ЭВМ, если закон изменения температурного дрейфа первичных датчиков определен по предварительным температурным испытаниям устройства. Это повышает точность измерения углов в широком диапазоне температур, а также упрощает конструкцию скважинного снаряда, исключающего реверсивный счетчик и блок памяти.
Предлагается следующая последовательность использования устройства при бурении наклонно-направленных скважин. Вначале, на вертикальном участке положение отклонителя определяется посредством феррозондов по магнитному полю Земли с использованием формулы (4). Феррозонды, неподвижно закрепленные в скважинном снаряде, не реагируют на вибрационные и ударные перегрузки, сопровождающие процесс бурения, поэтому установка отклонителя проводится непосредственно при бурении. При наборе кривизны θ≥5÷10°, положение отклонителя в процессе бурения определяется уже с использованием поплавкового маятникового датчика угла установки отклонителя, вычисленное по формулам (5). Осевые вибрационные и ударные перегрузки, направленные по оси вращения маятника, на показаниях его не сказываются.
Таким образом, предложенное устройство позволяет осуществить ориентирование отклонителя в вертикальных и наклонных стволах скважин в процессе бурения и в высоких широтах, увеличить проходку на долото и упростить процесс ориентирования. При кратковременном прекращении процесса бурения азимут и зенитный углы скважины определяются уже с большой точностью по сигналам феррозондов и акселерометров, вычисленные по формулам (1), (2), и не требуют контроля положения скважины геофизическими инклинометрами.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение производительности труда при бурении наклонно-направленных скважин за счет повышения точности и надежности результатов измерений.
Стендовые и полевые испытания устройства показали, что основная погрешность измерения азимута наклонной скважины лежит в пределах ±2o, зенитного угла ±0,2o, угла установки отклонителя ±0,2o.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для бурения нефтяных и газовых наклонно-направленных и горизонтальных скважин, а также для прокладки пилот-скважин, бурящихся под реками для проводки газо- и нефтетрубопроводов.
Claims (1)
- Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении, содержащее наземный блок, соединенный со скважинным снарядом, включающим генератор возбуждения, подключенный к одному из входов первого коммутатора, ко второму входу которого и к первому входу второго коммутатора подключены выходы блока управления, а выходы первого коммутатора соединены со входами датчика азимута, выполненного в виде трех ортогональных феррозондов, жестко закрепленных в корпусе, и датчика угла установки отклонителя, выполненного в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, установленного в поплавковом маятнике, выходы которых через детекторы подключены ко второму и третьему входам второго коммутатора, соединенного выходом со входом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что скважинный снаряд снабжен тремя акселерометрами, оси чувствительности которых взаимно ортогональны и соосны осям чувствительности феррозондов, низкочастотными фильтрами, датчиком температуры, последовательным адаптером и блоком связи, а наземный блок снабжен узлом дешифрации и связи и персональной ЭВМ, соединенной с узлом дешифрации и связи, который через блок связи соединен с входом блока управления скважинного снаряда и с выходом последовательного адаптера, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, при этом выходы акселерометров через соответствующие низкочастотные фильтры и выход датчика температуры подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам второго коммутатора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109367A RU2184845C1 (ru) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109367A RU2184845C1 (ru) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2184845C1 true RU2184845C1 (ru) | 2002-07-10 |
Family
ID=20248148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001109367A RU2184845C1 (ru) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2184845C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2610957C1 (ru) * | 2015-12-09 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения комплекса угловых параметров пространственной ориентации бурового инструмента |
-
2001
- 2001-04-06 RU RU2001109367A patent/RU2184845C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2610957C1 (ru) * | 2015-12-09 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ определения комплекса угловых параметров пространственной ориентации бурового инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6651496B2 (en) | Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment | |
CA2187487C (en) | Rotating magnet for distance and direction measurements | |
US7414405B2 (en) | Measurement tool for obtaining tool face on a rotating drill collar | |
US20030085059A1 (en) | Relative drill bit direction measurement | |
US6480119B1 (en) | Surveying a subterranean borehole using accelerometers | |
US10316642B2 (en) | Tool face orientation system for drilling boreholes | |
AU2005220213B2 (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
Segalini et al. | Underground landslide displacement monitoring: a new MMES based device | |
US11299979B2 (en) | Magnetic distance and direction measurements from a first borehole to a second borehole | |
CN109882157B (zh) | 井下多分量测量仪器的光纤惯导系统及其数据处理方法 | |
CN109681189A (zh) | 一种井径扇区固井质量及轨迹一体化测量仪 | |
RU2184845C1 (ru) | Устройство для определения углов искривления скважины и положения отклонителя при бурении | |
RU2610957C1 (ru) | Способ определения комплекса угловых параметров пространственной ориентации бурового инструмента | |
RU2291294C1 (ru) | Феррозондовый скважинный инклинометр | |
NO342787B1 (en) | Method and apparatus for well-bore proximity measurement while drilling | |
RU2269001C1 (ru) | Способ измерения траектории скважины по азимуту и двухрежимный бесплатформенный гироскопический инклинометр для его осуществления | |
RU2111454C1 (ru) | Инклинометр | |
Ding et al. | Geotechnical instruments in structural monitoring | |
RU2459951C1 (ru) | Устройство для измерения зенитных и азимутальных углов скважин | |
RU2112876C1 (ru) | Инклинометр | |
RU2503810C1 (ru) | Способ определения углов искривления скважины | |
RU2206737C1 (ru) | Способ измерения параметров траектории скважины | |
SU744414A1 (ru) | Измерительное устройство дл геоэлектроразведки | |
Melekhin et al. | Telemetry system based on fiber-optic gyroscopes | |
Smart et al. | A borehole instrumentation system for monitoring strata displacement in three dimensions |