Устройство для определения искривления ствола скважины в процессе бурения

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее индукционные датчики упругих колебаний, подключенные к усилителям-преобразовдтелям сигналов датчиков, и регист-. ратор, отличающееся тем. что, с целью повышения оперативности контроля за искривлением скважины, оно снабжено тремя квадраторами, сумматором и блоком определения отношения , при этом выход первого датчика поперечных колебаний подключен к первому входу сумматора через последовательно соединенные первый усилитель-преобразователь и первый квадратор , выход второго датчика поперечных колебаний подключен к второму входу сумматора через последователь-но соединенные второй усилительпреобразователь и второй квадратор, а выход сумматора подключен к первому входу блока определения отношения , к второму входу которого подключен датчик продольных колебаний че (Л рез последовательно соединенные трес тий усилитель-преобразователь и третий квадратор.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А

31511 E 21 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с с 5 i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3533406/22-03 (22) 06.01.83 (46} 15.04.84. Бюл. N* 14 (72) Б.Е. Афанасьев и В.В, Сунцов (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория ордена Трудового Красного Знамени производственного объединения "Оренбургнефть". (53) 622.24 1.7(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР № 885547, кл. E 21 В 47/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 735753, кл. E 21 В 47/02, 1977. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ В

ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее индукционные датчики упругих колебаний, подключенные к усилителям-преобразо-. вателям сигналов датчиков, и регист-. ратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения оперативности контроля эа искривлением скважины, оно снабжено тремя квадраторами, сумматором и блоком определения отноше" ния, при этом выход первого датчика поперечных колебаний подключен к пер" вому входу сумматора через последовательно соединенные первый усилитель-преобразователь и первый квадратор, выход второго датчика поперечных колебаний подключен к второму входу сумматора через последовательно соединенные второй усилительпреобразователь и второй квадратор, а выход сумматора подключен к первому входу блока определения отношения, к второму входу которого подключен датчик продольных колебаний через последовательно соединенные третий усилитель-преобразователь и третий квадратор.

1086140

2. Устройство по и ° 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок определения отношения выполнен в виде логометрического указателя отношения магнитоэлектрической системы.

3. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок опреИзобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам по контролю искривления ствола скважины в процессе бурения.

Известно устройство, указанное в способе определения искривления ствола скважины, содержащее два приемника поперечных колебаний, соединенные с регистратором-сумматором и установленные на верху бурильной 111 колонны так, что их оси пересекаются между собой и с продольной осью бурильной колонны под прямыми углами Г1 ).

Однако известное устройство поз- 15 воляет регистрировать изменение или постоянство только зенитного угла, а изменение азимута оно не регистрирует. Кроме того, необходимы специальные исследования для определения 2О эталонных значений модулей амплитуд поперечных колебаний бурильной колон ны.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения 25 искривления ствола скважины в процессе бурения, содержащее индукционные датчики упругих колебаний, подключенные к усилителям-преобразователям сигналов датчиков f2 ).

Однако укаэанное устройство обладает недостаточной оперативностью контроля за искривлением скважины, так как это устройство не определяет тенденцию к искривлению ствола скважины ипи стабильность направления бурения в любой момент времени, потому что указанное устройство определяет координаты забоя уже пробуренного участка скважины, а в этом случае отклонение от заданного направления определяется тогда, когда величина отклонения превзойдет ошибку измерения. Кроме того, указанное деления отношения выполнен в виде электронно-лучеього блока, в котором первому и второму входам соответствуют горизонтально отклоняющие и вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. устройство отличается сложностью технической реализации ввиду наличия двадцати блоков со сложными функциональными связями, кроме того, чаличие упругих датчиков колебания, расположенных на дневной поверхности около буровой, вызывает дополнительные трудности, связанные с их установкой и обслуживанием.

Целью изобретения является повышение оперативности контроля за искривлением скважины в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения искривления ствола скважины в процессе бурения, содержащее индукционные датчики упругих колебаний, подключенные к усилителям-преобразователям сигналов датчиков, и регистратор, снабжено тремя квадраторами, сумматором и блоком определения отношения, при этом выход первого датчика поперечных колебаний подключен к первому входу сумматора через последовательно соединенные первый усилитель-преобразователь и первый квадратор, выход второго датчика поперечных колебаний подключен к второму входу сумматора через последовательно соединенные второй усилитель-преобразователь и второй квадратор, а выход сумматора подключен к первому входу блока определения отношения, к второму входу которого подключен датчик продольных колебаний через последовательно соединенные третий усилитель-преобразователь и третий квадратор.

При этом блок определения отно" шения выполнен в виде логометрического указателя магнитоэлектрической системы.или в виде электронно-лучеНа фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— схема подключения логометрического указателя в качестве блока определения отношения; на фиг ° 3 — схема подключения электронно-лучевого блока в качестве блока определения отношения.

Устройство содержит датчики 1 и 2 поперечных составляющих колебаний бурильной колонны, датчик 3 продольной составляющей колебаний, усилители-преобразователи 4, 5 и 6 квадраторы 7, 8 и 9, сумматор 10 и блок определения отношения 11.

Устройство работает. следующим образом.

При работе долота на забое возбуждаются упругие колебания, распространяющиеся по бурильной колонне и описываемые уравнениями:

А ° sin e

А, ° з1пы t

А5 з п о

А sin о) Х

Х р

Х

Х

P. где Х и Х вЂ” величины смещений 35 поперечных и продоль- ных колебаний;

А и А — амплитуды соответст5 P вующих колебаний; и,мр — частота попеРечных и 40 продольных колебаний; — текущее время.

Колебания бурильной колонны регистрируются индукционными датчиками

1, 2 и 3, устанавливаемыми на ведущей трубе бурильной колонны таким образом, чтобы оси датчиков 1 и .2 поперечных колебаний пересекались между собой и продольной осью бурильной колонны под прямыми углами, а ось датчика 3 продольных колебаний была параллельна продольной оси бурильной колонны. С выходов датчиков 1, 2 и 3 снимаются сигналы, пропОрциОнальные скОростям смещения ПОперечных и продольных колебаний бурильной колонны. Сигналы, снимаемые с выходов датчиков 1, 2 и 3 1

3 108614 вого блока, в котором первому и второму входам соответствуют горизонталь. но отклоняющие и вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки.

f0 4 описываются следующими уравнениями

dXs

dXsg

52 dt дХо

Аcl 4с -сОзшз — А З 2- ш ° с0$63г

= А, - и>, . cos cuP t, где П,U и П вЂ” текущие значения сигналов на выходах датчиков 1, 2 и 3 соответственно;

А и,А — амплитуды составляю&1 щих поперечных колебаний по взаимно перпендикулярным осям, при этом

51 52 S

Сигналы 1 1 Us2 и U р пОступают на входы усилителей-преобразовате лей 4, 5 и 6 соответственно. Здесь сигналы усиливаются в К раз и преобразовываются в напряжение постоянного тока. Кроме того, усилителемпреобразователем 6 компенсируется неидентичность коэффициента затухания поперечных и продольных волн, генерируемых долотом.

С выходов усилителей-преобразователей 4, 5 и 6 сигналы

= K < А „ 0 э

U Ê ° А 2 5

"р поступают на входы квадраторов 7, 8 и 9 соответственно.

С выходов квадраторов 7, 8 и 9 снимаются сигналы соответственно

Б =К" Аз;ы

U =К-А ы

U9=К.А u) =К ° Е, 2 2 где Š— энергия продольных колебаP ний.

Сигналы с выходов квадраторов 7 и 8, равные U и U,, поступают на входы сумматора 10, где производится их алгебраическое сложение:

U =U +Ц =K2ö 2(A2+ä I К2 А

1î 7 8 S S4 2 5 5 S где U — - величина напряжения на выхою де сумматора 10;

Š— энергия поперечных колебаний.

Найряжение Б„ и с выхода сумматора 10 поступает на первый вход

40 Ь

10861 средств.

ФЬа. Ю т!

ВНКИПИ Заказ 2207 /31 Тираж 564 Подписное

Филиал ППЙПатепт ", г. Ужгород,ул.Проектная, 4

Б блока определения отношения 11, а напряжение Ug с выхода квадратора 9 поступает на второй вход блока 11, в котором производится операция алгебраического деления;

Б 1К Ер Ер где Й вЂ” величина отношения энергии поперечных колебаний к энергии продольных колебаний.

По величине отношения d судят об искривлении ствола скважины в процессе бурения, так как относительное изменение уровней энергий составляющих колебаний бурильной колонны определяется перераспределением энергии бурения на изменение геометрии ствола скважины в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Устройство реализуется следующим образом.

Датчики 1 и 2 поперечник колебаний, например сейсмоприемники СГ

1-10 и датчик 3 продольных колеба- 2 ний, например СВ 10-10, с помощью специальной рамки закрепляют на ведущей трубе таким образом, чтобы оси датчиков 1 и 2 пересекались между собой и прододьной осью бурильной колонны под прямыми углами, а ось датчика 3 была параллельна продольной оси бурильной колонны. Выходы датчиков i, 2 и 3 подключают соответственно к выходам усилителей-преобразо35 вателей 4, 5 и б, выполненных по принципу операционных усилителей с нелинейной обратной отрицательной связью.

Выходы усилителей-преобразова40 телей 4, 5 и 6 соединяют соответственно с входами квадраторов 7, 8 и 9, например с входами усилителей с квадратичной зависимостью выходного напряжения от входного.

Выходы квадраторов 7 и 8 соединяют с входами сумматора 10 напри" мер с входами дифференциального усилителя. Выход сумматора 10 подключают к первому входу блока определения отношения 11, а выход квадратора 9 подключают к второму входу блока определения отношения 11. В качестве блока определения отношения используют, например логометрический указатель отношения магнитоэлектрической системы, показания стрелочного указателя которого зависят от величины отношения токов, протекающих по его измерительным рамкам, при этом выход сумматора 10 подключают к одной измерительной рамке, а выход квадратора 9 подключают к второй измерительной рамке (фиг. 2). Шкалу указателя градуируют в единицах отношения уровня энергии поперечных колебаний к уровню энергии продольных колебаний бурильной колонны.

В качестве блока определения отношения 11 используют, например, электронно-лучевой блок. При этом выход сумматора 10 подключают к voризонтально отклоняющим пластинам, а выход квадратора 9 к вертикально отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки блока (фиг. 3) . При

; этом на экране электронно-лучевого блока появляется светящаяся точка.

Расстояние от этой точки до центра экрана пропорционально геометрической сумме энергии составляющих колебаний, а величина полярного угла этой точки относительно центра экрана определяет величину отношения энергии поперечных и продольных колебаний, и по величине этого отношения судят об искривлении ствола скважины.

Внедрение предлагаемого изобретения позволяет повысить оперативность контроля за направлением углубления ствола скважины и основное предупредить изменение направления ствола, тем самым, не допустить перебуривания скважин, которое связано с большими затратами времени и