SU1668652A1

SU1668652A1 - Система геомагнитного азимутального кругового обзора дл ориентации устройств направленного бурени

Info

Publication number: SU1668652A1
Application number: SU894632056A
Authority: SU
Inventors: Моисей Герцович Эскин
Original assignee: М.Г.Эскин
Priority date: 1989-01-04
Filing date: 1989-01-04
Publication date: 1991-08-07

Abstract

Изобретение относитс к технике бурени скважин и позвол ет повысить точность ориентации устройств направленного бурени в скважинах с неограниченным в сторону уменьшени зенитным углом. Система включает бурильную колонну с отклонителем 1 и немагнитными трубами в виде переводника 2. В переводнике 2 установлены датчик (Д) 3 геомагнитной азимутальной ориентации и глубинный клапан (К) 4, управл емый гидравлическим усилителем (У) 5. В состав системы вход т также ротор 7 буровой установки с приводом 8 и Д 6 давлени бурового раствора, установленный на входе в бурильную колонну. В корпусе Д3 на оси вращени размещены силовой магнит и рычаг. Рычаг жестко св зан с осью вращени и расположен между упором и ограничителем, установленным на корпусе Д 3. При этом рычаг размещен на оси вращени с возможностью взаимодействи со входом У 5. При совпадении направл ющей грани отклонител 1 с направлением магнитного севера Д 3 через У 5 воздействует на К 4. При этом К 4 закрываетс , что вызывает повышение давлени бурового раствора, которое фиксируетс Д 6. 9 ил.

Description

датчик (Д) 3 геомагнитной азимутальной ориентации и глубинный клапан (К) 4, управл емый гидравлическим усилителем (У) 5. В состав системы вход т также ротор 7 буровой установки с приводом 8 Д 6 давлени бурового раствора, установленный на входе в бурильную колонну. В корпусе Д 3 на оси вращени размещены силовой магнит и рычаг . Рычаг жестко св зан с осью вращени и расположен между упором и ограничителем , установленным на корпусе Д 3. При этом рычаг размещен на оси вращени с возможностью взаимодействи с входом У 5. При совпадении направл ющей грани от- клонител 1 с направлением магнитного севера Д 3 через У 5 воздействует на К 4, При этом К4 закрываетс , что вызывает повышение давлени бурового раствора, которое фиксируетс Д 6. 9 ил. 1 табл.

Изобретение относитс к технике бурени скважин и предназначено дл ориентации устройств направленного бурени .

Цель изобретени - повышение точности ориентации в скважинах с неограниченным в сторону уменьшени зенитным углом.

На фиг.1 приведена конструктивна схема системы геомагнитного азимутального кругового обзора дл ориентации устройств направленного бурени ; на фиг.2 - глубинна часть системы; на фиг.З - датчик ориентации системы; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - конструктивна схема усилител ; на фиг.б- схема взаимодействи глубинной и наземной частей системы; на фиг.7 - зависимость момента датчика ориентации от угла поворота отклонител ; на фиг.8 - схема направлени сил трени при вращении ротора в сторону вращени долота; на фиг.9 - то же, при остановке ротора.

Система геомагнитного азимутального кругового обзора дл ориентации устройств направленного бурени содержит буриль- ную колонну с немагнитными трубами, глу- бинную часть, установленную в призабойной зоне и наружный комплекс, размещенный на устьевой площадке буровой установки.

В состав глубинной части входит компоновка низа бурильной колонны (КНБК), включающа нар ду с долотом, забойным двигателем и стабилизаторами также откло- нитель 1. Внутри немагнитных труб переводника 2 надотклонителем 1 расположены глубинный датчик 3 геомагнитной азимутальной ориентации и глубинный клапан 4, управл емый гидравлическим усилителем 5.

В состав наружного комплекса входит датчик 6 давлени бурового раствора, который установлен на входе в бурильную колонну и предназначен дл регистрации сигнала увеличени давлени на + А Р при закрытии клапана 4 от срабатывани датчика 3, Кроме того, наружный комплекс включает в себ ротор 7 буровой установки с след щим приводом 8, управл емым измерительно-усилительным элементом 9, который обеспечивает два режима работы.

Первый режим управлени углом ррт

положени ротора относительно сторон света, задаваемым установкой рр0т.з. Дл этого используетс датчик угла положени ротора, например, сельсинного типа.

Второй режим управлени частотой Прот. вращени ротора, задаваемой установкой частоты Прот.з вращени , причем Прот. Прот.з. Дл этого случа используетс датчик частоты вращени ротора. В случае применени след щего привода, включающего исполнительный двигатель посто нного тока, режим пр0т Прот.з. обеспечиваетс и в отсутствии датчика частоты .

в переводнике 2 {фиг.2) размещены также элемент 10 управлени усилителем 5 и гидравлический переключатель 11.

Датчик 3 геомагнитной азимутальной

ориентации (фиг.З и 4) выполнен в виде статора-корпуса 12, на котором установлены упор 13, ограничитель 14 и кронштейны 15. Корпус 12 жестко св зан с переводником 2. На одном из кронштейнов 15 закреплен

один конец плоской пружины 16. В корпусе 12 расположен ротор в виде силового магнита 17, который размещен на оси 18 вращени , установленной в упорах 19. С осью 18 жестко св зан рычаг 20, котррый расположен между упором 13 и ограничителем 14. К рычагу 20 прикреплен второй конец пружины 16, причем сам рычаг 20 размещен на оси 18 с возможностью взаимодействи с входом гидравлического усилител 5 через

элемент 10 управлени . Пространство между статором-корпусом 12 и ротором-магнитом 17 заполнено демпфирующей жидкостью 21, необходимой дл уменьшени колебаний динамической системы ро

тор-статор датчика при колебани х КНБК в процессе бурени .

При повороте магнита 17 относительно горизонтальной компоненты геомагнитного пол управл ющее усилие Fy от рычага 20V (фиг.4) передаетс на вход гидравлического усилител (фиг.5), на выходе которого развиваетс перестановочное усилие Fn, необходимое дл прикрыти глубинного клапана 4, Усилие Fn в зависимости от конструкции усилител может быть равным 300 - 500 кгс и даже нескольким единицам кгс, например , при использовании разгруженного дифференциального клапана. Наиболее простой, но менее чувствительный усилитель , использующий гидравлическую энергию прокачиваемого раствора, содержит три каскада усилени (фиг.5). При этом шток 22 оконечного каскада 23 усилител св зан с глубинным (бсновным) клапаном 4, а шток 24 промежуточного каскада 25 и шток предварительного каскада 26 св заны с соответствующими промежуточными клапанами.

В результате работы трех каскадов усилител во много раз уменьшаетс усилие Fy чувствительного элемента датчика, требуемое дл закрыти входного отверсти 27 камеры предварительного каскада 26 усилител .

Коэффициент усилени каждого каскада такого усилител , определ емый отношением выходного усили к входному, может достигать 80 - 100, Поэтому даже дл получени перестановочного усили РЛ, равного 500 кгс,требуемое усилие от чувствительного элемента при трех каскадах усилени равно

Fy ciO.5 re.

Возможно использование более чувствительного , но и более сложного усилител , использующего энергию, вырабатываемую автономным турбонасосом, работающим на автономной жидкости, отделенной от бурового раствора, и приводимым в движение автономной турбиной, через которую проходит поток бурового раствора.

Глубинный клапан управл етс оконечным каскадом - гидравлическим усилителем аналогично тому, как в усилителе (фиг.5).

Возможно использование еще более чувствительного, но и более сложного усилител с электрогидравлическим усилением и турбонасосным автономным агрегатом.

При этом глубинный клапан также управл етс оконечным каскадом - гидравлическим усилителем аналогично тому, как в усилителе (фиг.5).

Однако чувствительный элемент датчика с усилием Fy устанавливает лишь включением электромагнитного клапана, в частности , через какое-нибудь реле, что позвол ет свести требуемое усилие Fy управлени до

долей гс и резко увеличить чувствительность устройства.

Работа системы обепечиваетс автономным электротурбонасосным агрегатом (не показан), состо щим из автономной тур0 бины, привод щей насос и электрический генератор, обеспечивающий питанием электрическую часть усилител .

В состав наружного комплекса системы вход т также блоки (не показаны), выпол5 ненные на основе вычислительно-дисплейной техники: блок вычислени дл режима геомагнитного азимутального кругового обзора (БУО); блок вычислени дл режима стабилизации и управлени положением на0 правл ющей грани отклонител (БУС); блок отображени информации об углах POJ и рот поворота относительно сторон света (геомагнитных координат) отклонител и ротора (БОИУ); блок отображени информации ре5 жима бурени таких параметров, как момента Мд на долоте, скорости Vn подачи и др. (БОИР); пульт управлени режимом ориентировани устройства направленного бурени и режимом бурени (ПУ).

0Блок БУО работает только в режиме геомагнитного азимутального кругового обзора и предназначен дл вычислений угла рв визировани и угла закручивани бурильной колонны,

5УГОЛ рв визировани представл ет собой разность между углом (рот.с поворота направл ющей грани отклонител от начальной координаты отсчета, например, магнитного севера и соответствующим уг® лом ррот.с поворота выбранной грани на роторе при отсутствии крутильных напр жений во всех элементах, составл ющих бурильную колонну

.c - Урот.с(1)

Угол визировани зависит от числа труб.их свинчивани , закреплени в резьбовых соединени х, и расчетным путем его определить нельз .

Угол фэак закручивани данной бурильной колонны определ етс разностью углом поворота ротора и отклонител подобно описанному выше дл угла визировани , но при действии реактивного момента на статоре забойного двигател , равного в статическом режиме моменту Мд на долоте

рэач. - ррог.с .С(2)

Угол рзж. закручивани зависит рт мо мента Мд на долоте, моментов трени коло ны о стенки скважины, крутильной жесткосп отдельных участков бурильной колонны,

5

0

5

поэтому определение угла рзак. встречает большие трудности.

Блок БУС работает только в режиме стабилизации (управлени ) угла #Ът. поворота направл ющей грани отклонител и предназначен дл проведени вычислений в процессе долблени и определени установки угла ррог.з положени ротора, при котором стабилизируетс (управл етс ) задаваемое значение угла ьт.з относительно сторон света. С этой целью на ёход БУС подаетс значение момента Мд на долоте и значение угла рв визировани , определ емое блоком БУО во врем геомагнитного азимутального обзора, а также другие величины.

Блок БОНУ отображени информации служит дл визуального наблюдени за изменением во времени t и пространстве, определ емом глубиной 1С по стволу скважины, углов faj (t,lc) и pp0j. (t,lc) положени относительно сторон света направл ющей грани отклон ющего устройства и направл ющей грани (выбранной точки отсчета ) ротора.

Блок БОИР отображени информации служит дл визуального наблюдени за параметрами режима бурени во времени и пространстве, в том числе дл оценки состо ни долота.

Пульт ПУ служит дл управлени режи- мом проведени геомагнитного азимутального кругового обзора, задава значени з, и режимом стабилизации (управлени ) углом направл ющей грани отклонител , задава блоку БОНУ значени установок poi з, а также дл управлени режимом бурени , задава значени установок его параметров .

Работа системы основана на следующих положени х.

Во-первых, при использовании след щего привода 8 ротора 7 следует учесть возможность отворачивани труб при вращении ротора 7 против часовой стрелки на угол - , даже существенно меньший угла рзак закручивани колонны, завис щего от действующего момента и крутильной жесткости бурильной колонны. Поэтому система слежени должна обеспечиватьс вращением ротора 7 неограниченного по часовой стрелке + ррОГ и ограниченно против часовой стрелки на угол (-узрот) .пред,, где А ротпред. предельное значение угла, задаваемое в зависимости от состава бурильной колонны. Это условие обеспечивает логическа схема измерительно-усилительного элемента 9.

Во-вторых, в системе используетс датчик момента Mpor(t) на роторе. В качестве

датчика момента можно использовать как измерители усилий в силовой цепи ротора различного вида, так и в случае применени энергоотзывчивого привода ротора, в частности привода посто нного тока, электрические величины, отражающие момент потребл емый на валу: ток в цепи кор , мощность (с учетом потерь).

В-третьих,бурова установка оборудована устройством, обеспечивающим плавную подачу верхнего конца бурильной колонны в диапазоне скоростей Vn подачи, превышающем диапазон скоростей Ve бурени , а желательно и подъем (скорость Vn 0).

В качестве устройств подачи можно использовать выпускаемые отечественной промышленностью устройства (например, типа РПДЭ, которые могут работать в режимах задаваемой скорости Vn.a подачи, осевой

нагрузки Сн.з момента Мд 3 на долоте, частоты Пт.з. вращени турбобура.

В-четвертых, бурова установка укомплектована насосным агрегатом дл подачи бурового раствора, желательно с возможностью управлени , например поршневым насосом с регулируемым приводом посто нного тока. Дл включени в работу и выключени глубинной части системы служит гидравлический переключатель, состо щий из глубинного элемента, вход щего в датчик 3, и наземного элемента, воздействующего на устройство управлени насосным агрегатом (изменение расхода). Переключатель управл етс с пульта управлени , имеющего две позиции Включено дл режима геомагнитного кругового обзора и Выключено дл наиболее длительного режима стабилизации или управлени положением направл ющей грани отклонител .

В-п тых, бурильна колонна рассматриваетс как составной стержень в упругом поведении. Вли ние инерционных сил ввиду малых ускорений не учитываетс .

При выполнении этого услови зависимость между углом поворота направл ющей грани отклонител относительно сторон света, отсчитываемого по часовой стрелке относительно магнитного севера, и углом ppot поворота выбранной грани ротора , отсчитываемого относительно магнитного севера, будет иметь вид

(рол + фъ - рэак .(3)

где фъ - угол визировани , определ емый согласно (1).

По своей природе рв может иметь различные значени по величине и знаку, измен сь дл каждой трубы, при этом общий угол визировани будет всегда в пределах О рв 2ytj

рзак - угол закручивани , равный сумме

рзак

i

.1

(4)

где рза. - угол закручивани 1-го участка при разбивке колонны на п участков одинаковой крутильной жесткости и действии на этом участке одного 1-го закручивающего момента Мзак.1.

321

-G л- Мзак- ®

М

, лл ч . .

jr(d -dii4) зак.1 - закручивающий момент.

где кг-см;

h - длина участка, см;

di - наружный диаметр труб, см;

dn - внутренний диаметр труб, см;

G - модуль упругости при сдвиге, кг/см2 дл стали повышенного качества G 8,1 кг/см2, дл высокосортной и специальной стали G 8,5 кг/см2.

Дл нашего случа на всех 1-х участках колонны действуют различные моменты Мзак.1, так как помимо момента Мд на долоте вдоль колонны распределены силы трени , создающие моменты MTi трени на 1-м участке колонны о стенки скважины.

Наличие различных случайных факторов не дает возможности точно определить угол рв визировани .

Неопределенность моментов Мд на долоте , моментов МТ|трени колонны о стенки скважины, разностейность труб, наличие в составе колонн участков с различными геометрическими параметрами делают невоз- можным более или менее точное определение угла (р3а. расчетным путем.

В то же врем , величина реальных значений угла рзак достаточно велика. Ориентировочные значени угла закручивани колонны бурильных труб от реактивного момента турбобура при проводке наклонных скважин в Западной Сибири в зависимости от глубины бурени представлены в таблице .

Флуктуаци величины угла фзак под вли нием случайных факторов при больших значени х самого угла рзак делает задачу его определени важной, но трудной. Поэтому актуальным вл етс определение угла рзак закручивани и угла (fa визировани и их использование дл управлени углом поворота направл ющей грани отклонител .

Система геометрического азимутального кругового обзора дл ориентации устройств направленного бурени работает следующим образом.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Устанавливают какой-тжбо регламентированный режим бурени в пульте управлени режимами, при котором скорость Vn подачи равна скорости Ve бурени .

Переключателем включают в работу глубинную часть системы.

С пульта управлени ориентацией задают , медленно увеличива , последовательно различные значени уставки уэрот.з через интервалы, равные 2 ж (фиг.6). Благодар наличию след щего привода 8 и элемента 9 ротор 7 буровой установки будет, поворачива сь по часовой стрелке, занимать последовательно контролируемые блоком БУО положени

ют.о: рот1 ото + ,

ррот2 рот1 +2Л

отп рот(П - 1) + 2л:,(6)

где рото - первое положение ротора, при котором выбранна грань ротора совпала с магнитным севером.

Указанные значени уэрот о , ррсп 1 .... урот п передаютс от датчика угла ротора на блок вычислени БУО и фиксируютс средствами пам ти.

В ходе проводимой операции обзора путем поворота ротора через некоторые

приращени угла поворота ротора от датчика 6 давлени на блок БУО будут поступать сигналы фронта повышени давлени + А Р (фиг.7), сигнализирующие о совпадении положений 5ы1 , уЪт2 Ьтп

направл ющей грани отклонител 1 с магнитным севером, каждому из которых соответствует значение угла поворота ротора

У$от1 ррот1 (рот1) ; ррот2() . Урот фрот (#Ътп) .(7)

При взаимодействии глубинного датчика 3 ориентации и наземного датчика 6 давлени (фиг.6) на вычислительный блок БУО поступают сигналы (показаны пунктирными лини ми), соответствующие последовательност м:

эот1 . Јрот2 1 фютЗV porn

уэрот1 . $эот2 , $кпЗу отп ,(8)

при этом разности углов

(2-1) Л0Јот (3-2) $отЗ -

(n-1) $отп - уЭрот (п-1) (9)

за счет наличи измен ющихс углов закручивани могут быть не равными один другому , флуктуиру относительно среднего

значени .7Г,

Получение сигналов, равных+ АР, датчиком 6 давлени , при которых положени

Зот1 , #Ът2 Ьтп направл ющей грани

отклонител совпадают с направлением магнитного севера,обеспечиваетс действи ми глубинной части системы (фиг,2 - 5), работающей следующим образом.

Ротор датчика 3, который представл ет собой силовой магнит 17, поворачиваетс в упорах 19 вокруг оси Ш, расположенной вдоль оси скважины, причем проворачивание ротора и рычага 20 ограничено упором 13 и ограничителем 14. С рычагом 20 совмещен вход, например, клапан или реле, предварительного каскада 26, усилител 5, дл управлени которым требуетс усилие Fy, направленное против часовой стрелки относительно статора, если смотреть от усть скважины, и прин тое отрицательным.

Силовой магнит 17 стремитс зан ть положение , при котором его магнитна ось (горизонтальна составл юща ) была бы направлена вдоль горизонтальной компоненты геомагнитного пол Нг.

При отклонении от указанного направлени на угол а возникает вращающийс момент Мдат датчика, измен ющийс по синусоидальному закону (фиг.7).

Так как зазор между упором 13 и ограничителем 14 небольшой, то можно считать, что угол а поворота силового момента 17 примерно равен углу рог поворота отклонител , отсчитываемому по часовой стрелке , если смотреть с усть скважины.

При работе датчика 3 геомагнитной азимутальной ориентации момент Мдат, развиваемый ротором-магнитом 17 относительно статора-корпуса 12, измен ет свой знак. Этоу момент Мдат положителен, если направлен по часовой стрелке (рычаг 20 прижат к упору 13) или отрицателем, если он направлен против часовой стрелки (рычаг 20 прижат к ограничителю 14). При этом развиваетс требуемое усилие Fy на закрытие глубинного клапана 4. Учитыва сказанное , зависимость момента Мдат, развиваемое между ротором и статором датчика 3, можно представить в виде синусоиды (фиг.7), где значение угла 0ьт О соответствует направлению магнитной оси магнита 17 и, следовательно, направл ющей грани отклонител 1 на магнитный север .

На линии Мп задаетс величина момента пружины 16, прижимающей рычаг 20 к упору 13, т.е. действующей на открытие глубинного клапана 4.

Закрытие клапана 4 вызывает повышение давлени на величину + Д Р при значе0

5

0

5

0

5

0

нии угла рог, соответствующем отрицательному суммарному моменту Мдат датчика, т.е. при движении рычага 20 к ограничителю 14, при котором развиваетс достаточна величина управл ющего усили Fy. Это характеризуетс величиной момента датчика, равной

Мдат Мпр + МТр + M(Fy) 0,(10)

где МПр - момент, развиваемый прижимающей пружиной, направленный в сторону открыти глубинного клапана;

МТр - момент, обусловленный трением в упорах 19;

M(Fy)- момент, требуемый дл создани управл ющего усили .

Так как значени моментов МПр 0, МТр 0, M(Fy) 0 преп тствуют закрытию глубинного клапана, то дл выполнени услови (10) момент, развиваемый силовым магнитом (момент датчика Мдат), должен быть отрицательным по знаку и равным по абсолютному значению величине

I Мдат I Мпр + Мтр + M(Fy),(11)

что и определ ет угол закрыти Ът.зак. при котором закрываетс глубинный клапан, вызыва приращение давлени на величину + ДР (фиг.7).

При остальных значени х угла уът, при которых согласно (10) Мдат 0 и рычаг 20 прижат к упору 13, глубинный клапан открыт и приращение давлени (+) Д Р 0.

Из сказанного следует, что чувствительность датчика тем больше, чем больше отношение

п/цат.макс

Р Мпр + Мтр + M(Fy)

5

0

5

(12)

где Мдэт.макс - амплитудное значение момента Мдат.

Дл увеличени р требуетс уменьшение трени в упорах 19, задаваемого усилием Fy управлени , и увеличение момента, развиваемого силовым магнитом при повороте в геомагнитном поле.

По величине i можно определить точность ( ) определени величины угла рЬт в системе геомагнитных координат по совпадению направл ющей грани отклонител с магнитным севером. При.этом наблюдаетс закрытие глубинного клапана и по вление фронта волны давлени (+ Д Р), передаваемого по буровому раствору наземному датчику 6 давлени .

В итоге значение /г определ ет точность искомой координаты магнитного севера величины угла уЪт поворота направл ющей грани отклонител , вели - чины fooi поворота направл ющей грани ротора и значений

fpOTl (рот) ,ррот2 (Po-r2)рротп (ротп), Нвобходимых дл работы системы геомагнитного обзора.

Задача возможного уменьшени момента M(Fy) рассматривалась при описании и анализе возможных конструктивных схем выполнени усилителей.

Задача уменьшени момента Мтр трени в упорах 19 (фиг.З) может быть решена с учетом специфики конструкции датчика 3, у которого ротор не вращаетс относительно статора, а только имеет возможность поворачиватьс на небольшой угол относительно статора.

Дл того, чтобы это сопровождалось малой затратой момента на трение в упорах, можно использовать различные конструктивные решени , такие как установку торца оси на шарик, компенсацию гравитационной силы, действующей на массивный магнитный ротор, плавучестью в жидкостной среде, заполн ющей пространство между ротором и статором. Можно исключить трение в упорах 19, использу различные варианты подвеса ротора - аналоги подвеса на упругой нити (с установкой направл ющих дл удержани направлени оси). Возможны и другие конструктивные варианты.

Проведенный анализ и расчет показали, что при расположении оси ротора силового магнита вдоль оси скважины величина момента Мдат, развиваемого ротором, представл ющим магнит, выполненный в форме параллелепипеда с размерами по оси, направленной вдоль скважины, м и квадратным сечением площадью 5м, изготовленный из редкоземельных материалов с остаточной индукцией Вгм «4000 Г с коэрцитивной силой Нем 4000Э, равна Мдат Нем IM -SM- Hr Sin,a COS© , (13)

где Hr- горизонтальна компонента напр женности геомагнитного пол ;

«-угол между горизонтальной компонентой геомагнитного пол и магнитной осью силового магнита (в данном случае угол а близок к углу ьт поворота отклони- тел );

0- зенитный угол в точке траектории ствола скважины.

При конструктивно реализуемых размерах магнита с сечением SM 4 х 4 см и длиной 1М 10 см и величине напр женности геомагнитного пол Нг 0,5 Э значение Мдат

При фот j равно Мдат Мдат.макс 30 ГС СМ.

При указанных размерах и угле уът 3° величина Мдат 1,6 гс -см при малых зенит0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ных отклонени х. При соответственно выбранных усилител х така величина момента достаточна дл определени

#$от1 ,$от2$отпС ТОЧНОСТЬЮ ДО 3°.

При использовании датчика при буре/- Я

нии скважин с зенитным углом 0 - величина момента уменьшитьс в cos д 0,7

раза, что можно компенсировать, в частности , выполнением ротора большей осевой длины 1М (выражение 13).

Горизонтальна компонента Нг геомагнитного пол измен етс в значительных пределах на земной поверхности при переходе в более высокие широты.

Величина Нг дл различных северных широт составл ет Э:

О - 30° Нг 0,4 - 0,35

30 - 45° Нг 0,35 - 0,2

45-60°Нг 0,2-0,15

60-70°НГ 0,15-0,1

70-75°НГ 0,1 -0,05

Учитыва ,что значени Нг точно географически определены, а уменьшение Нг мож-. но компенсировать размерами ротора-магнита и типом усилител , данна система может разрабатыватьс в модификаци х , завис щих от района предполагаемого использовани .

При проведении азимутального кругового обзора необходимо скоординировать грани магнитного севера отклонител с углом уЪт и ротора с углом рр0т в той ситуации , в которой ведетс бурение.

Бурение наклонно направленных скважин с помощью гидравлических забойных двигателей на большинстве участков траектории скважин ведетс при невращающемс роторе буровой установки (пр0т 7u 0)Дл этих случаев координаци каждого положени (РОТ ) должна соответствовать указанному условию бурени прот 0.

Поэтому обзор путем проворачивани ротора осуществл етс шаговым методом с фиксацией, остановкой ротора после каждого шага на определенное врем , достаточное дл пробега фронта волны давлени с забо кустью( 1200- 1300м/с); величина шага в зоне приближени к магнитному северу с углом рот должна быть не более 2 - 3°. Зону приближени можно прогнозировать по результатам первых произведенных проворотов на 2 л , 4 л: и т.д. Необходимость сказанного объ сн етс вли нием сил трени отдельных элементов колонны о стенки скважины.

На фиг.8 и 9 показаны направлени сил трени (моментов Мт) колонны о стенки скважины (дл простоты прин то равномерное их распределение по длине колонны) и их вли ние на величину моментов, закручивающих колонну в различных сечени х дл случаев вращени ротора в сторону вращени долота ( 0) и остановки ротора

(

d (ppo-r.

dt

dt 0). При вращении ротора закручивающие моменты Мрот. определ емые суммой момента Мд на долоте и моментов Мт трени , будут, складыва сь, больше, чем при остановке ротора, когда они будут вычитатьс . Это приведет к ошибкам - завышению угла закручивани , определенного d фрсп dt

при

0, по сравнению с условием

2-0.

бурени ,когда .

Выполнение предлагаемой методики процедуры геомагнитного азимутального кругового обзора предусматривает запоми- нание в вычислительном блоке БУО последовательности п пар значений углов рот и

от поворота ротора согласно выражению (8), где п - число циклов полного кругового обзора, осуществл емого поворотом ротора.

В процессе кругового обзора будет непрерывно наращиватьс угол ррот и угол , который при работе системы выражен через параметр ppw т.к. $5oTi ppmi ( )(7). Одновременно будут наращиватьс значени угла визировани рв и угла закручивани фзак , флуктуирующие относительно средних значений сообразно ситуации бурени (данна колонна, действующий мо- мент Мд на долоте, моменты Мт трени колонны о стенки скважины).

Дл определени среднего положени угла поворота отклонител суммируют значени всех величин углов, вход щих в выражение (3) за п циклов, начина с i 1.

Так как значение yVr выражено через параметр pp0j , то вместо (for можно подставить узЈот и в результате получают

2, $от 2, рот + 2) VB Ј Узак. (14)

Дл определени среднего значени угла уьт.ср. поворота отклонител , выраженного через параметр угла положени ротора, следует все члены выражени (14) разделить на п, в результате получают

%п

Wnl+2 Уэак (15) 1

0

5

0

5

0

5 0

5

50

55

В этом основном выражении дл определени среднего угла положени отклонител сумма 2) фрочл 2 л п , а остальные

1 1

две суммы совместно определ ют из выражени (14) и (15), в результате получают

fa-Z ffCoti - Ј Ј }&,|-2л-п (16) i-ii t1 1i i

Выражение (16) дает среднее значение угла сноса рс положени направл ющей грани отклонител у забо , недоступного непосредственному наблюдению, относительно положени направл ющей грани ротора относительно магнитного севера, и доступного дл определени у усть скважины .

Операции, соответствующие выражени м (15) и (16), выполн ет вычислительный блок БУО обзора, выдава на блок БОНУ отображени информации значени ьт и ppoi. При неизменной средней ситуации бурени флуктуации возмущений нос т случайный характер, поэтому чем больше число циклов п, тем точнее определение эьт.ср.

Число циклов п дл уменьшени времени , затрачиваемого на обзор, можно ограни- чить, организовав процедуру стационарности, т.е. определени такого числа циклов п, после которого значение уьт.ср. измен етс несущественно. При изменении средней ситуации в бурении (изменение состава колонны, существенных условий бурени ) указанную процедуру кругового обзора следует повтор ть.

Дальнейшее развитие данна система может получить при достаточно точном определении текущего значени угла ьт (t) поворота направл ющей грани отклонител в процессе механического дроблени с учетом всех возможных изменений режимов бурени без частого проведени процедуры обзора, что важно как дл стабилизации заданного значени уът, так и дл его управлени по заданной программе в функции глубины 1с и времени бурени t, когда необходимо выполн ть условие

, t).

Дл указанной цели, отправл сь от данной посылки упругого поведени колонны , можно записать выражение дл угла рьт(1)в виде:

уЪт (t) - ррот (t) + ро - Рзак Мрот(т) + Мв, (17) где уэрот (t) - текущее значение угла поворота ротора;

рв - угол визировани ;

Мрот(1) - текущее значение момента на роторе;

Мв - момент трени в вертлюге;

Рзак величина, обратна общей крутильной жесткости бурильной колонны, град/кгс -м.

Все операции, св занные с определением величины poj согласно выражению (17), можно реализовать с помощью современной вычислительной техники.

Данна система позвол ет, по сравнению с известной, получить более высокую точность определени угла положени от- клонител при управлении траекторией скважины с малым зенитным углом (менее 3°), что обеспечивает ориентированный спуск бурильной колонны и определение начального положени отклонител при забу- ривании наклонных участков скважин и исправление кривизны при бурении вертикальных скважин.

Р

ч т

.11

f

.10

3 2

иг.2

Claims

Формула изоб р.е тени Система геомагнитного азимутального кругового обзора дл ориентации устройств направленного бурени , содержаща бурильную колонну с немагнитными трубами, ротор буровой установки с приводом, глубинный клапан, управл емый гидравлическим усилителем, расположенным над отклонителем, и датчик давлени бурового

раствора, установленный на входе в бурильную колонну, отличающа с тем, что, с целью повышени точности ориентации в скважинах с неограниченным в сторону уменьшени зенитным углом, она снабжена

глубинным датчиком геомагнитной азимутальной ориентации, установленными внутри немагнитных труб и выполненным в виде размещенных в корпусе на оси вращени силового магнита и рычага, жестко св занного с осью вращени и расположенного между упором и ограничителем, установленными на корпусе, при этом рычаг размещен на оси вращени с возможностью взаимодействи с входом гидравлического

усилител .

12

Фиг.З

Фиг. 5

Фигб

i.-.

фиг 8

Редактор О.Хрипта

Составитель А.Цветков Техред М.Моргентал

М{

ЧАТ

Фиг. 7

Не

Мрет.

Mr

Мл

Раг9

Корректор О.Кундрик