Способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области наклонного бурения нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повьшение точности ориентирования и распшрение диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориентирования в условиях Северных и Южных широт и вблизи магнитных полю 7 18 S (/ С гг ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1357555 (51) 4 Е 21 В 47 022,)) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

РМЯЛ й. 1, .

15 гп

13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4017081/22-03 (22) 13 ° 02.86 (46) 07.12.87. Бюл. ¹ 45 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова (72) M,П.Гулизаде, А.M.Мамедтагизаде, Л.А.Саркисова и В.А.Шишкин (53) 622.241.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 563487, кл. Е 21 В 47/02, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 276850, кл. E 21 В 47/02, 1969.

Авторское свидетельство СССР №796397, кл. Е 21 В 47/022, 1979. (54) СПОСОБ ЗАБОЙНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ

ОТКЛОНИТЕЛЯ В ВЕРТИКАЛЬНОМ СТВОЛЕ

СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ

СТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области наклонного бурения нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения — повышение точности ориентирования и расширение диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориентирования в условиях Северных и

Вкных широт и вблизи магнитных полю135755 сов земли, Опускают внутри бурильной колонны на забой скважины забойный прибор с основным чувствительным элементом в виде датчика (Д) 2 .электромагнитного типа. Ориентируют Д 2 на магнитный репер, выполненный в виде магнитной метки и установленный в плоскости действия отклонителя. Поворачивают бурильную колонну в проектный азимут. На дневной поверхности устанавливают дополнительный Д 5.

Обеспечивают синхронную связь между

Д 2 и 5. Ориентируют Д 2 и 5 на дневной поверхности в направлении магнитного меридиана и одновременно фиксируют их положение по кольцевой шкале 12, закрепленной на статоре Д 5.

Синхронная передача углов обеспечивается тем, что Д 2 выполнен в виде сельсин-датчика, на роторе которого установлена стрелка 6, а Д 5 выполнен в виде сельсин-приемника, на роторе которого закреплена стрелка 7.

2 с и 1 з еп флы 3 ил

Изобретение относится к области наклонного бурения нефтяных и газовых скважин, а имеHk ..о к технике и технологии ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины. 5

Целью из обретения явля ется повышение точности ориентирования и расширение диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориентирования в условиях Северных и КЬкных широт и вблизи магнитных полюсов Земли.

На фиг. 1 приведена схема, пояс— няющая способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, разрез А-А; на фиг, 2— устройство для осуществления способа разрез Б-Б; на фиг. 3 — рабочий шар устройства, разрез В.В.

Способ реализуется следующим об— разом.

Забойный прибор 1 (см. фиг. 1) с основным чувствительным элементом в

25 виде датчика 2 электромашинного типа опускают внутри бурильной колонны на забой скважины, обсаженный стальными трубами, в область отклонителя 3 с магнитным репером 4, установленным в плоскости действия отклонителя, Магнитный репер 4 представляет собой обыкновенную магнитную метку, которую наносят известным способом.

На дневной поверхности устанавли— вают дополнительный чувствительный Ç5 элемент, который также выполнен в виде датчика 5 электромашинного типа, и обеспечивают его синхронную связь

2 с основным чувствительным элементом.

Синхронная передача угла может быть обеспечена, например, выполнением датчика 2 электромашинного типа в виде сельсин †датчи (СД), на роторе которого установлена немагнитная стрелка 6, и выполнением датчика 5 в виде сельсин-приемника (СП), на роторе которого закреплен указатель в виде стрелки 7. Ось 8 вращения стрелки 6 расположена под углом к оси 9 симметрии прибора 1 в направлении, противоположном направлению N север— ного магнитного меридиана. На статоре сельсин-датчика (СД) и стрелке 6 закреплены эксцентрично грузы 10 и 11, Перед спуском забойного прибора 1 на дневной поверхности ориентируют основной и дополнительный чувствительные элементы в направлении N северного магнитного меридиана и фиксируют их положения по кольцевой, гра— дуированной относительно сторон света, шкале 12, закрепленной на статоре сельсин-приемника (СП). Стрелки при этом показывают направления а и а, Сигналом с поверхности на забое скважины арретируют основной чувствительный элемент, а его положение (положение стрелки 6) корректируют в соответствии с зафиксированным в направлении северного магнитного меридиана с возможностью визуального наблюдения на дневной поверхности по изменению положения дополнительного чувствительного элемента. То есть, корректировку осуществляют таким образом, чтобы стрелка 6 указывала на1357555 правление а, которое она занимала на дневной поверхности. Благодаря синхронной связи чувствительных элементов наблюдение осуществляют по стрелке 7, которая при этом укажет направление а„, Таким образом, нача— ло отсчета сельсин-датчика (СД) на забое и сельсин †приемни (СП) на дневной поверхности устанавливают в направлении N северного магнитного 10 меридиана. Затем с дневной поверхности осуществляют ориентирование электромагнитным полем основного чувствительного элемента на магнитный репер 4. Электромагнитное поле, на в 15 правление которого совпадает с направлением N северного магнитного меридиана, создают подачей напряжения с дневной поверхности на соленоид

13, который размещен на стрелке 6 20 основного чувствительного элемента.

Под действием возникающего при этом момента вращения стрелка 6 поворачивается на магнитный репер 4 в на— правлении o, а за счет синхронной 2з связи чувствительных элементов дополнительный чувствительный элемент также изменит свое положение (стрел— ка 7 укажет направление Ь,). По изменению положению дополнительного 30 чувствительного элемента относительно зафиксированного в направлении

N северного магнитного меридиана оп— ределяют по шкале 12 азимутальное направление отклонителя. 35

При необходимости установки от— клонителя в проектный азимут колонну бурильных труб медленно поворачивают до тех пор, пока стрелка 7 дополнительного чувствительного элемен-4О та не укажет заданный азимут, что наблюдают по шкале 12.

Устройство для осуществления способа (cM, фиг, 2) состоит из забойного прибора, установленного в диа — 45 магнитном корпусе 14, основного чувствительного элемента 2 забойного прибора с немагнитной стрелкой 6 и дополнительного чувствительного элемента 5, установленного на дневной 50 поверхности. Основной и дополнительный чувствительные элементы выполнены в виде датчиков электромашинного типа — сельсин †датчи (СД) и сельсин-приемника (СП), синхронно свя - 55 занных между собой. Устройство включает также два диамагнитных шара— контрольный шар А и рабочий шар В, которые выполнены полыми и расположены друг над другом соосно в диамагнитном корпусе 14 на диамагнит— ных опорах 15 и 16 с возможностью вращения и самоориентирования в направлении действия силы тяжести. Шары А и В сохраняют устойчивость своего положения при любых допустимых yrz ах наклона корпуса 14 прибора, а также при его вращении. В состав уст— ройства входят также три соленоида, управляемые с дневной поверхности, два из которых имеют сердечники. Первый соленоид 17 укреплен соосно в корпусе 14 над контрольным шаром А и имеет сердечник 18, который подпружинен относительно контрольного шара

А. Второй соленоид 19 жестко закреп— лен внутри контрольного шара А и имеет сердечник 20, который подпружинен относительно рабочего шара В. Под— пружиненные сердечники обеспечивают коррекцию и фиксацию положения шаров во взаимосвязи. Третий соленоид 13 (см. фиг. 3) размещен на немагнитной стрелке 6 основного чувствительного элемента 2. Стрелка 6 установлена на оси 8 на роторе 21 сельсин-дат— чика (СД), статор 22 которого жестко закреплен внутри диамагнитного ста— кана 23, который размещен с возможностью вращения внутри рабочего шара

В на оси 8, установленной под углом

d не менее 5 к оси 9 симметрии прибора в направлении, противоположном направлению Х северного магнитного меридиана с образованием эксцентриситета в этом направлении. С целью усиления эксцентриситета на статоре

22 укреплен груз 10, а на стрелке

6 11.

Ротор 24 сельсин-приемника (см. фиг . 2) име ет указ атель в виде стр ел— ки 7, а статор оснащен кольцевой, градуированной относительно сторон света, шкалой 12. Для более четкой коррекции ориентированного положения в верхней части шара В имеется сферическая площадка 25, площадь которой равна площади упорной поверхности сердечника 20.

Прибор, установленный в диамагнитном корпусе 14, заливается трансформаторным маслом, а сельсин †датч связан с сельсин-приемником провод— ным каналом.

Устройство работает следующим образом.

1357555

?О

55 син-приемником

Настраивают устройство на поверхности на горизонтальной плоскости в согласованном режиме с сельсин-приемником так чтобы стрелки 6 и 7 сельсин-датчика и сельсин-приемника пока— зывали направление N северного маг— нитного меридиана (см. фиг. 2).

Затем включают соленоиды 17 и 19. которые, притянув сердечники 18 и

20, освобождают шары А и В от фиксации и устройство на кабеле спускают в колонну бурильных труб в область отклонителя с искусственным магнитным репером (меткой) по линии искривления и выдерживают некоторое время для успокоения и самоориентирования шаров.

В вертикальном стволе скважины, и даже в области допускаемых отклонений, независимо от положения корпуса 14 шары А и В самоориентируются по направлению действия силы тяжести, т.е. по вертикали. Однако вследствие наличия эксцентриситета внутри шара

В ось центра тяжести его несколько сместится от вертикали. При этом на поверхности по показаниям стрелки 7 по градуированной шкале 12 сельсинприемника наблюдают колебания стрел— ки 6 сельсин — датчика.

По прошествии времени успокоения сигналом из поверхности по кабелю отключают соленоид 17 и сердечник 18 фиксирует самооринетированное положение шара А в шаровой опоре 15. При фиксированном положении шара А плоскость сердечника 20 занимает строго горазонтальное положение относитель— но направления действия силы тяжести.

Затем сигналом из поверхности арретируют основной чувствительный элемент, отключив соленоид 19, при этом упорная поверхность сердечника

20, войдя в сферическую площадку 25 шара В, приводит его в такое же положение, в каком находится шар А, т.е ° в положение, при котором его ось вращения и сила тяжести шара В направлены строго по вертикали, обеспечивая при этом горизонтальную плоскость нижней опоры 16 корпуса 14 с сельсин-датчиком 2.

Таким образом на забое для устройства создаются идентичные условия, которые были у него на поверхности при настройке и согласовании забойного сельсин-дитчика с наземным сельНа поверхности сельсин-приемник, работая в согласованном режиме с забойным сельсин †датчик, фиксирует на шкале 12 искусcгвенную точку от— счета в напра злении N северного магнитного меридиана.

После этого сигналом из поверхности включают соленоид 13 на стрелке

6 сельсин-датчика на забое. Так как направление электромагнитного поля соленоида совпадает с направлением северного магнитного мериодиана, то стрелка притянется на магнитный репер отклонителя, вращая синхронно на поверхности стрелку 7 ротора сельсин-IIpHeMHHKG (cM. фиг. 1), которая на градуированной шкале 12 покажет азимут отклонителя относительно искусственной точки отсчета, которая показывает направление N северного магнитного мерициана.

При этом, в случае несоответствия положения отклонителя проектному азимуту колонну бурильных труб вращают и, наблюдая за движением стрелки 7 по шкале 12, устанавливают ее в точку проектного азимута.

Благодаря тому, что в предложен— ном способе оба чувствительных элемента устройства принудительно ориентируют на дневной поверхности в направлении северного магнитного меридиана и устанавливают их в такое же положение при размещении прибора на забое, т.е. создают искусственную точку отсчета азимута, исключается искажение влияния магнитных масс бурильных труб при ориентировании,, что повышает точность установки отклонителя в проектный азимут.

Ориентирование основного чувствительного элемента (его немаг нитной стрелки) на магнитный репер искусственно созданным электромагнитным полем позволяет отказаться от измерения азимута при ориентировании естественным магнитным пслем Земли. что расширяет диапазон применения способа и устройства на условия Северных и Южных широт и вблизи магнитных полюсов Земли, где определение азимута при ориентировании магни ной стрелки естественным магнитным полем Земли малоэффективно, так как в этих широтах магнитные силовые линии проходят вертикально °

57555

7 1З

Формула изобретения

1. Способ забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, при котором опускают на забой скважины внутри бурильной колонны забойный прибор с основным чувствительным элементом, ориентируют чувствительный элемент на магнитный репер, установленный в плоскости действия отклонителя, и осуществляют поворот бурильной колонны в проектный азимут, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ориентирования и расширения диапазона применения за счет исключения искажающего влияния магнитных масс бурильных труб и обеспечения ориенти рования в условиях Северных и Южных широт и вблизи магнитных полюсов

Земли, устанавливают на дневной поверхности дополнительный чувствительный элемент и обеспечивают его синхронную связь с основным чувстви— тельным элементом, ориентируют на дневной поверхности оба чувствительных элемента в направлении северного магнитного меридиана и одновременно фиксируют их положения, опускают прибор на забой скважины, обсаженной стальными трубами, и арретируют ос— новной чувствительный элемент, при этом его положение корректриуют в соответствии с зафиксированным в направлении северного магнитного меридиана с возможностью визуального наблюдения по изменению положения дополнительного чувствительного элемента, осуществляют с дневной поверхности ориентирование основного чувстви— тельного элемента на магнитный репер электромагнитным полем, направление которого совпадает с направлением северного магнитного меридиана, а азимутальное направление отклонителя определяют по изменению положения дополнительного чувствительного эле мента относительно зафиксированного в направлении северного магнитного меридиана.

2. Устройство забойного ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины, содержащее установ5

30 ленный в диамагнитном корпусе забойный прибор с соновным чувствительным элементом и стрелкой, ориентируемой на магнитный репер, установленный в кривом переводнике в направлении действия отклонителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительным чувствительным элементом, установленным на дневной поверхности с возможностью синхронной связи с основным чувствительным элементом, тремя соленоидами, два из которых имеют сердечники, цилиндрическим диамагнитным стаканом с эксцентричным грузом, рабочим и контрольным диамагнитными шарами, которые выполнены полыми и расположены друг над другом соосно в корпусе на дополнительных опорах с возможностью вращения и са— моориентирования, в направлении дей— ствия силы тяжести, а основной и дополнительный чувствительные элементы выполнены в виде датчиков электро— машинного типа и имеют статор и ротор, при этом диамагнитный стакан размещен с возможностью вращения внутри рабочего шара на оси, которая установлена под углом к оси симметрии прибора в направлении, противоположном направлению магнитного меридиана, статор основного чувствительного элемента жестко закреплен внутри диамагнитного стакана, первый соленоид укреплен соосно в корпусе над контрольным шаром, второй соленоид жестко закреплен внутри контрольного шара, а третий соленоид размещен на стрелке основного чувствительного элемента, причем сердечник первого соле ноида подпружинен относительно контрольного шара, а сердечник второго соленоида подпружинен относительно рабочего шара, 3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что датчики электромашинного типа выполнены в виде сельсин †датчи и сельсин †приемника, при этом стрелка основного чувствительного элемента установлена на роторе сельсин †датчи, ротор сель. син-приемника имеет указатель в виде стрелки, а его статор оснащен кольцевой шкалой, которая градуирована относительно сторон света.

1357555 и оФиг.

Составитель А.Цветков

Редактор С.Патрушева Техред M. Ходанич Корректор А.Тяско

Заказ 597á/30 Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4