устройство для контроля положения ствола горизонтальной скважины

Формула изобретения

Устройство для контроля положения ствола горизонтальной скважины, содержащее установленные в непосредственной близости от долота датчики гамма-каротажа (ГК), ориентированные под углом 180° друг к другу, и феррозонд, расположенный под углом 90° к диаметральной оси датчиков ГК, отличающееся тем, что указанные датчики ГК и феррозонд расположены в отдельном измерительном наддолотном модуле с беспроводным электромагнитным каналом связи и снабжены электронной схемой согласования сигналов феррозонда с импульсами датчиков ГК, содержащей блок управления, коммутатор переключения импульсов датчиков ГК, счетчики импульсов ГК, а также суммарный счетчик импульсов ГК, при этом выход измерительной обмотки феррозонда подключен к входу блока управления, определяющего полярность выходного сигнала феррозонда и связанного с коммутатором, обеспечивающим переключение каналов прохождения импульсов счетчиков ГК в зависимости от полярности выходного сигнала феррозонда, в соответствующие счетчики импульсов ГК, обозначенные как ГК - «верх» или ГК - «низ», выходы которых соединены с суммарным счетчиком импульсов ГК - «сумма», соединенным с измерительной схемой наддолотного модуля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для контроля положения ствола горизонтальной скважины между кровлей и подошвой пласта - коллектора. Контроль необходим для обеспечения проводки скважины по заданной траектории приблизительно по середине пласта и недопущения выхода ствола скважины во вмещающие породы.

Известна система NaviGator, которая сочетает ориентируемый буровой двигатель с использованием датчиков для геонавигации и датчиков оценки пласта и содержит инклинометр, два азимутальных гамма-датчика, ориентированные под углом 180° относительно друг друга и многочастотный датчик удельного сопротивления горных пород, позволяющие при горизонтальном бурении обнаруживать границу контрастирующего пласта и контакт флюида на расстоянии до 5,5 метра от датчика (материалы фирмы Baker Hughes Inteq, США, 2006 г.).

Этот прибор позволяет бурильщику производить своевременное обнаружение границ пласта в горизонтальных скважинах до того, как долото выйдет из целевой зоны.

Недостатком конструкции является то, что азимутальные гамма-датчики значительно удалены от долота, что снижает оперативность управления при бурении в более тонких пластах.

Известна аппаратура для определения направления скважины в процессе бурения в виде конструкции с направленным гамма-датчиком, содержащей ряд счетчиков Гейгера-Мюллера, расположенных в отрезке трубы над буровой коронкой и несколько магнитных и гравитационных датчиков, обеспечивающих направленную характеристику в процессе вращения гамма-датчика. Эти ориентационные датчики включают акселерометры и магнитометры, пригодные для обнаружения изменений в ориентации и позиции приборного переводника. Акселерометры способны выявлять в реальном времени вращательное смещение от эталона по мере его возникновения в процессе бурения. Датчики магнитного потока, или магнитометры, облегчают выявление азимутальной ориентации прибора на основе магнитного поля Земли. (Международный патент WO № 02/082124 А 1, класс G01V 3/30, международная заявка PCT/USA/02634, приоритет 06.04.2001 г.)

По данным акселерометров можно вычислить апсидальный угол гравиметра и ориентацию ряда гамма - счетчиков.

Выход магнитометра являет собой синусоидальную волну, период которой является скоростью вращения, и амплитуда которой представляет позицию прибора в магнитном поле Земли. Во время вращения выход магнитометра может измеряться постоянно и определяется его амплитуда от пика до пика. Обладая этой информацией и применяя известные математические формулы, можно установить угловую позицию магнитометра в любой данный момент (прототип).

Недостаток известной аппаратуры заключается в сложности конструкции, содержащей ряд счетчиков Гейгера-Мюллера и специальный механизм со ступенчатым двигателем для позиционирования окон для пропускания излучения. Кроме того, здесь используется до 8 магнитометров и несколько акселерометров, что также усложняет схему обработки сигналов и их согласование с показаниями гамма-счетчиков.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение оперативности управления процессом проводки при горизонтальном бурении скважин, в частности в маломощных пластах.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для контроля положения ствола горизонтальной скважины, содержащем установленные в непосредственной близости от долота датчики ГК (например, сцинтилляторы или счетчики Гейгера), ориентированные под углом 180° друг к другу, и феррозонд (магнитометр), расположенный под углом 90° к диаметральной оси датчиков ГК, при этом указанные датчики ГК и феррозонд расположены в отдельном измерительном наддолотном модуле с беспроводным электромагнитным каналом связи, и снабжены электронной схемой согласования сигналов феррозонда с импульсами датчиков ГК, содержащей: блок управления, коммутатор переключения импульсов датчиков ГК, счетчики импульсов ГК, а также суммарный счетчик импульсов ГК, при этом выход измерительной обмотки феррозонда подключен к входу блока управления, который определяет полярность выходного сигнала феррозонда и управляет коммутатором, обеспечивающим переключение каналов прохождения импульсов счетчиков ГК, в зависимости от полярности выходного сигнала феррозонда, в соответствующие счетчики импульсов ГК, обозначенные как: ГК - «верх» или ГК - «низ», выходы которых соединены с суммарным счетчиком импульсов ГК - «сумма», соединенным с измерительной схемой наддолотного модуля.

На фиг.1 представлено сечение наддолотного модуля с блоками датчиков ГК и феррозондом.

На фиг.2 изображено синусоидальное изменение амплитуды выходного сигнала феррозонда при повороте феррозонда вместе с наддолотным модулем.

На фиг.3 представлена схема согласования сигналов феррозонда с импульсами датчиков ГК.

На фиг.4 изображена схема расположения долота в границах пласта.

Устройство содержит: (поз.1) - первый блок датчиков ГК (ГК1), (например, сцинтилляторы или счетчики Гейгера), и (поз.2) - второй блок датчиков ГК (ГК2), расположенные под углом 180° друг к другу, феррозонд 3, ориентированный под углом 90° к диаметральной оси блоков датчиков ГК. Указанные датчики помещены в выемки корпуса измерительного наддолотного модуля 4 (фиг.1), с беспроводным электромагнитным каналом связи, передающим информацию на приемный модуль основной телесистемы, обеспечивающей проводку скважины. Конструкция телесистемы и наддолотного модуля подробно представлена в описании к патенту РФ на полезную модель № 27839, где описана их работа.

Схема согласования (фиг.3) сигналов феррозонда 3 с импульсами датчиков ГК1 и ГК2 содержит: блок счетчиков импульсов ГК1 (поз.5), блок счетчиков импульсов ГК2 (поз.6), блок управления 7, к которому подключен выход измерительной катушки феррозонда 3, коммутатор 8, к которому подведены выходы блока управления 7 и выходы блоков счетчиков импульсов ГК1 и ГК2, а также счетчик импульсов ГК, обозначенный - «верх» (поз.9), и счетчик импульсов ГК, обозначенный - «низ» (поз.10), входы которых подключены к коммутатору 8, а выходы - к суммарному счетчику импульсов ГК, обозначенный как «сумма» (поз.11). Поз.12 - долото с наддолотным модулем 13 и телесистемой 14 в границах пласта (фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

При повороте феррозонда 3 вместе с наддолотным модулем 4 происходит совпадение одной из компонент вектора направленности естественного магнитного поля Земли и оси чувствительности феррозонда, которое может быть зафиксировано в измерительной катушке феррозонда максимальными значениями изменения амплитуды выходного сигнала (фиг.2). Синусоидальный сигнал от феррозонда 3 поступает в блок управления 7, который определяет полярность сигнала феррозонда и управляет работой коммутатора.

Если выходной сигнал феррозонда положительной полярности, то блок счетчиков ГК1 определяется как ГК - «верх» и его выход через коммутатор подключается к входу счетчика импульсов ГК - «верх» и, соответственно, блок счетчиков ГК2 определяется как ГК - «низ» и его выход через коммутатор подключается к входу счетчика импульсов ГК - c«низ».

При отрицательной полярности выходного сигнала феррозонда блок управления определяет ГК2 как ГК - «верх», а ГК1 как ГК - «низ» и в соответствии с этим осуществляет коммутацию.

Далее, выходная информация со счетчиков ГК - «верх» и ГК - «низ» суммируется в блоке счетчиков импульсов ГК - «сумма».

Анализ оператором уровня выходных сигналов ГК - «верх» и ГК - «низ» позволяет определять местонахождение границы пласта (фиг.4) относительно наддолотного модуля, находящегося в непосредственной близости от долота, и управлять процессом бурения.