SU791958A1 - Способ определени искривлени буровой скважины - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к бурению j наклонно направленных и вертикальных -скважин.

Известен способ определени  координат забо  скважин методом изме- 5 рени  времени запаздывани  упругой волны, фиксируемой сейсмоприемникси 1и на поверхности, относительно момента ее возникновени  при ударе пгшающёго с заданной высоты долота о забой ll. Ю

Недостатками способа  вл ютс  сложность операций и неточность в определении скорости распространений волны , котора  приводит к ошибкам при измерении положени  забо , и необхо- 15 димость останавливать бурение и проводить операцию удара долота о забой.

Также известен способ определени  искривлени  буровой скважины путем измерени  упругих волн, возникающих 20 при работе долота, с. помощью сеймопрйемников , установленных на устье скважины 2 3.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  координат 25 забо  путем устранени  ложных сигналов .

На фиг. 1 показан принцип использовани  направленных сеймоприемников дл  пеленгации забо  на фиг. 2 изо- 30

бражена функциональна  схема суммарно-разностной обработки сигналов при пеленгации забо ; на Фиг, 3 изображены суммарна  и разностна  диаграммы направленности с сейсмоприемников; на f фиг. 4 показаны эпюры напр жений на входе и выходе суммарно-разностного устройства, на фиг. 5 - пеленгационна  характеристика системы.

Дл  осуществлени  этого способа вертикальные сейсмоприемники располагаютс  на поверхности земли или в углубленных вблизи усть  скважин попарно- под углом d.QK вертиксши в двух взаимо перпендикул рных плоскост х (XOZ и YOZ) В результате в Кс1ждой плоскости создаетс  пара диагрс1мм направленности ) и FaW) f которые некоторойчастью перекрывают друг друга . Выбира  угол з{.о смещени  диаграил таким, чтобы они пересеклись в области высокой крутизны, можно получить высокую точность пеленговани  забо . Однако слишком большой угол -«lo в бирать нельз , так как снижаетс  глубина действи  сеймоприемников. Оптимальный вариант oto 45°.

Из нормированных диаграмм FI С ) и Fj. («L), построенных в пол рных ко .ординатах, видно, что максимуьи диаграмм смещены на угол ±с/о 45 от разносигнального направлени  (РСН), где , г I2 . Равносигнальное направление совпадает с вертикальной осью Z. Известно, что направление перемещени  корпуса сейсмоприемника определ етс  смещением почвы, на которой он установлен, его чувствительность к истинному смещению почвы U  вл етс  функцией угла об и определ етс  уравнением: -)и|со5 1Эта зависимость чувствительности сейсмоприемников от направлени  смещёний почвы показана на фиг. 1 в виде пол рных диагрси 1м направленности FI(/.) и РаГо1). При вращении долота на забое скважины возникают упругие волны, ко торые, распростран  сь по породе, доход т до поверхности и возбуждают сейсмоприемники. Сигналы на выходах первого и BTOporcj сейсмоприемников (см. фиг. 1) соответственно равны: U(- -K.)c09 cjo-t U,---V.,f (c Q-r Costet, где к - коэффициент пропорционгшьности; F(J-)- нормированна  диаграмма на правленности;ТГ - угол отклонени  забо  от равносигнального направлен ( вертикали), Ш - собственна  частота сейсмоприемников . Дл  реализЕЩии суммарно-разностн го метода примен ем систему, функциональна  схема которой показана на фиг. 2. Дл  измерени  одной координаты X или У система имеет два канала: сум марный и разностный. С ейсмоприемники 1 и 2, симметричн смещенныеотносительно усть  сквгики ны и наклоненные под углом dLy 45 относительно вертикали, подключаютс до входа в усилитель к суммарно-раз ностному устройству 3, которое выполнено по специальной трансформаторной схеме (возможна и дфуга  схе ма;}. С суммарного вывода S снимаетс сумма напр жений сейсмоприемников 1 2 Oji и + Ci РИ зависимост Суммарного напр жени  от угла рассо ласовани  rjаналогична суммарной ди грамме, изобреикенной на фиг. За. С разностного выхода Л снимаетс  разность напр жений U Ue Лсг висимость напр жени  от угла рассуг совани  представл ет разностную диагргшму, изображенную на фиг. 36. На фиг. 4 показаны эпюры напр же ний, действующие на входе и выходе суммарно-разностного устройства. . При отсутствии рассогласовани  0), когда направление на забой совпадает с разносигнальным направлением , системы, прин тые сейсмоприемниками сигналы Осл Исправны, вследствие этого разностное напр жение 1/д равно нулю. Фаза разностного напр жени  (f зависит от направлени  отклонени  забо  от РСН (от знака) и может либо совпадать с фазой суммарного напр жени  (Jjj/ либо быть с ним в противофазе. Это хорошо видно на эпюрах фиг. 4. Таким образом, сигнальным напр жением , которое несет полезную информацию о положении забо  относительно равносигнального направлени , т.е. вертикали,  вл етс  напр жение Уд. Напр жение Ujj и U поступает на вход суммарного и разностного каналов , которые состо т из усилителей 4,5 {см. фиг. 2). Выходным устройством , где вырабатываетс  напр жение ОВЫИ пропорциональное координате X (в другой плоскости - У). вл етс  фазовый детектор 6. Опорным напр жением на фазовом детекторе  вл етс  суммарное напр жение Uj,, а сигнальными - разностное напр жение 0. Режим детектировани  устанавливаетс  квадратичным, чтобы выходное напр жение Ugbjx было пропорционально произведению входных напр жений .UjjU, где к .. - коэффициент передачи фазового детектора. Дл  исключени  вли ни  изменени  амплитуды сигнала на крутизну пеленгационной характеристики системы (см. фиг. 5) применена автоматическа  регулировка усилени  (АРУ) 7. Поскольку информацию о направлении на цель несет разностный сигнал, то во избежание демодул ции его схема АР 7 управл етс  только суммарным каиапоы, а выход схема АРУ подключен к усилител м обоих каналов 4 и 5. В результате амплитуда напр жени  ии поддерживаетс  посто нной, а амплитуда напр жени  Од- обратно пропорциональной суммарному сигналу. Вместе с тем напр жение U независимо от АРУ пр мо пропорционально разностному сигналу Уд . В таких услови х напр жение Од и О JJ оказываетс  пропорциональным отношению напр жений, т.е. . л . Ua с,и. .где к - коэффициент пропорциональности . Величина напр жени  и0ф пропорционгшьна угловому рассогласованию } (см. фиг. 5) , а знак зависит от направлени  забо  по отношению к РСН 7Вертикали) . Напр жени  (/{ фазовых детекторов в каждой из плоскостей пропорциональны координатгш X и У. После усилени , в усилител х посто нного тока 8 (см. фиг. 2) напр жени  поступают в счетно-решаюшее устройство 9, где с помощью решающих след щих систем малой мснцности , состо щих из усилителей посто  ного тока, функциональньос потенциометров , сервоусилителей ..и исполнительных двигателей, кинематически св занных с движками /потенциометров peiaeao-scK уравнени : 4cos|b-Xs-inIb o a.4sin(bi-Xcosj% 5 Arc sin ,, где f - направление отклонени  забо  скважины (азимут)J f - угол наклона сквеикины (зенитный угол), q - о;тклонение линейное заОо  от усты скважины, , и - длина сквгикины в метрах. Эта величина снимаетс  с датчико и вводитс  в счетно-реш иов|ее устройс во 9. Результаты реоюни  уравнений .OTQ-L Сражаютс  на шкалах индикаторов (S, ;g, а. Координаты X и У отображаютс  непрерывно на приборгис, подключенных к выходгш фазовых детекторов 6 на шкаьпах, проградуированных в метрах. Суммарный сигнал DV используетс  не только как опорный в фазовом детекторе , но и дл  индикации волн, ге нерируемых вращающимс  на забое долотом , на индикаторе 10. Кроме того, это напр жение ид может быть записано на магнитную ленту в запюшнающем устройстве 11. Дл  оценки основных свойств рассматриваемой система находит зависимость напр жени  U на выходе фазового детектора от угла рассогласовани  f и параметров аппаратуры. . Сигналы на выходах первого и второго сейсмоприемнйков 1 и 2 соответственно равны J )cos«)t . Напр жение на выходе суммирующего устройства . ()(io-T)lco5U t. С7) Напр жение на выходе вычитающего устройства (do- ilcosou-t . Гв) После усилени  сигналов ,в усилител х имеет («io-«:y)F (Ao--y)3cos(Ujt + V|,)- (9) .,F()-F(io-T)coettJut -4 i ЦО где к, и Кл - коэффициенты передачи приемных кансшов (усилителей ) по силплитуде (к включен в К2 и Vji ц 5. фазовые сдвиги в усили тел х каналов. На выходе фазового детектора (ФД) HTieeT произведение сигнгшов ,0л и л . Подставив выражени  (91 и (10) в (11) , имеем вь. )3co5()В вьфгикеиии (12) представлен только низкочастотный член выходного напр жени , так как все высокочастотны составл ющие отфильтровываютс  фильтРОМ фазового детектора. Если разложить функции F и () г вход щие в формулу (12) в р д Тейлора, то получим )(ЙЧ1 ,АоГсо$(Ч,). Анализиру  фавнение (13), можно сделать следующие выводы: 1.Нулевое пеленгационное направление не зависит от гичплитудных и фазовых характеристик трактов (00 О при о). Это основное достоинство гшплитудного суммарно-разностного метода пеленггщии забо  скважины. 2.Изменение амплитудных (к« и ,К)) и фазовых (1 и 1,) характеристик трактов приводит лишь к некоторому изменению крутизны пеленгадионной характеристики (см. фиг. 57 . Установка; сейсмоприемнйков под углом к вертикгши обеспечивает работу система на участке с большой крутизной пеленгационной характеристики, а суммарно-разностна  обработка сигналов до усилительных кангшов обеспечивает исключение вли ни  неидентичности усилителей на выходное напр жение , пропорционгшьное координатам забо . Примен ема  в данном способе

система пеленгации не реагирует на помехи, исход щие из одной точки i пространства, так как они полностью компенсируютс  при вычитании сигналов .

Пpeи fyIцecтвo указанного способа состоит также в том, что он значительно меньше восприимчив к смплитудным флуктуаци м упругих волн. Аппаратура дл  реализации данного способа дешевле в изготовлении и проще в эксплуатсщии. Система обеспечивает более высокую точность измерени  координат .

Применение данного сдособа не вносит каких-либо технологических изменений в процесс бурени , не требует его остановки, повышаетс  экономичность бурени , так как устран ютс  все инклинометрическиё измерени , проводиквле силс№1И геологической партии . Способ позвол ет оперативно выводить забой скважины в заданные координаты . Времени на измерение одного и того же затрачиваетс  в п ть раз меньше, чем в прототипе. Эт особенно важно при проводке наклонно направленных скважин. .

Проведенные эксперименты показали что при подборе сеймоприемников можно получить симметричную пеленгационную характеристику с высокой чувст

вительностью на изменение угловых координат источника колебаний.

Следует отметить особую перспективность предлагаемого способа при внедрении АСУ ТП бурени , так как координаты забо  вьфабатываютс  в этом случае автоматически.

Claims (2)

1.Патент США №381345,

кл. Е 21 В 47/02, опублик. 1974.

2.Авторское свидетельство СССР. W 286890, кл. Е 21 В 47/02, 1969.

«fl

«c,c.

z

A A. V

-7((Р -во -SO --Я 30 -to -Ю

ев JO 1/в so

70 т

(,у)