устройство для контроля за положением отклонителя ствола скважины

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА ПОЛОЖЕНИЕМ ОТКЛОНИТЕЛЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ, содержащее корпус, подвешенный в нем на жестком стержне груз, в котором закреплен воспринимающий элемент датчика положения отклонителя, и расположенные под грузом в корпусе симметрично относительно его оси и друг друга по крайней мере три измерительных элемента датчика положения отклонителя, отличающееся тем, что воспринимающий элемент выполнен в виде источника гамма-излучения, а измерительные элементы - в виде детекторов гамма-излучения, каждый из которых окружен свинцовым экраном, причем один из детекторов гамма-излучения ориентирован в направлении отклонителя скважины, а груз выполнен из свинца и с конусообразным коллимационным окном, направленным в сторону детекторов гамма-излучения, в верхней части которого установлен источник гамма-излучения, жесткий стержень шарнирно закреплен в точке, расположенной на оси устройства, выполнен из двух плеч, расположенных выше и ниже шарнира, и снабжен ограничителем хода с осевым отверстием, в котором установлено плечо стержня, расположенное над шарниром, при этом размеры плеч стержня и диаметр отверстия ограничителя хода выбраны такими, чтобы при зенитном угле, превышающем 3 - 4^o, верхний конец стержня упирался в стенку отверстия ограничителя хода, а нижний конец стержня со свинцовым грузом не доходил на 2 - 3 мм до внутренней стенки корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению наклонно-направленных и горизонтальных скважин и решает задачу ориентирования отклоняющей компоновки низа бурильной колонны в процессе бурения при строительстве скважин.

Неоперативность получения инклинометрической информации, связанная с необходимостью остановки бурения для спуска и подъема инклинометра, невозможность получения информации о направлении действия отклонителя непосредственно в процессе бурения приводит к тому, что отклонение фактического профиля от проектного достигает величин, требующих корректировки профиля с повторным использованием отклонителя, что приводит к значительному увеличению времени строительства скважин и удорожанию работ.

Оперативность получения информации о пространственном положении оси ствола скважины и направлении действия отклонителя существенно повышает эффективность наклонно-направленного бурения.

Известен способ и устройство для контроля за положением отклонителя ствола скважины, включающие размещение на колонне бурильных труб на отклонителем жестко связанного с ним переводника с магнитной меткой, спуск инклинометра, содержащего магнитный датчик азимута, в скважину до переводника, регистрацию магнитной метки переводника, перемещение датчика азимута в удаленную от магнитной метки точку, регистрацию азимута ствола скважины и определение на основе полученной информации положения отклонителя.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают контроль за положением отклонителя ствола скважины в процессе бурения, так при его использовании требуется перемещение инклинометра из одной точки в другую, что в процессе бурения осуществить невозможно.

Это обстоятельство вызывает необходимость остановки бурения для спуска и подъема инклинометра, приводит к снижению точности определения положения отклонителя из-за невозможности полного учета поправки на поворот бурильной колонны от реактивного момента инструмента.

Известен маятниковый инклинометр для определения углов наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Устройство содержит корпус, подвешенный в нем на жестком стержне груз, в котором закреплен воспринимающий элемент датчика положения отклонителя (магнит) и расположенные под грузом внутри корпуса симметрично относительно его оси и друг друга измерительные элементы датчика положений отклонителя (соленоиды) [2] .

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, ограниченность использования, в частности, оно не может быть использовано в стальных бурильных трубах и для определения положения отклонителя, а также низкая надежность преобразования информации.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для контроля за положением отклонителя ствола скважины, содержащем корпус, подвешенный в нем на жестком стержне груз, в котором закреплен воспринимающий элемент датчика положения отклонителя и расположенные под грузом внутри корпуса симметрично относительно его оси и друг друга, по крайней мере, три измерительных элемента датчика положения отклонителя, согласно изобретению, воспринимающий элемент выполнен в виде источника гамма-излучения, а измерительные элементы выполнены в виде детекторов гамма-излучения, каждый из которых окружен свинцовым экраном, причем один из детекторов гамма-излучения ориентирован в направлении отклонителя скважины, а груз выполнен из свинца и с конусообразным коллимационным окном, направленным в сторону детекторов гамма-излучения, в верхней части которого установлен источник гамма-излучения, жесткий стержень шарнирно закреплен в точке, расположенной на оси устройства, выполнен из двух плеч, расположенных выше и ниже шарнира и снабжен ограничителем хода с осевым отверстием, в котором установлено плечо стержня, расположенное над шарниром, при этом размеры плеч стержня и диаметр отверстия ограничителя хода выбраны таким образом, чтобы при зенитном угле, превышающем 3-4о, верхний конец стержня упирался в стенку отверстия ограничителя хода, а нижний конец стержня со свинцовым грузом не доходил на 2-3 мм внутренней стенки корпуса.

Таким образом, предлагаемое устройство приводит к упрощению конструкции устройства в целом и повышению надежности его работы, особенно в скважинах с горизонтальными и пологонаправленными стволами.

На фиг. 1 схематично изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

Устройство содержит герметичный корпус 1, выполненный из немагнитного металла. Внутри корпуса 1 размещены три идентичных сцинтиляционных детектора гамма-излучения 2, 3 и 4, расположенные симметрично относительно оси корпуса и друг друга. Каждый из детекторов окружен свинцовым экраном 5. Один из детекторов (в данном случае детектор 2) ориентирован в направлении отклонителя ствола скважины (условная точка 6, фиг. 2). Устройство снабжено стержнем 7, шарнирно закрепленным в точке, расположенной на оси прибора над детекторами, с помощью опорной втулки 8 и шарнира 9, обеспечивающих свободное в пределах внутреннего сечения корпуса 1 вращательное перемещение стержня 7 вокруг шарнира 9. Стержень 7 включает два плеча, одно из которых l1 расположено ниже шарнира 9, а другое l2 выше шарнира 9. На нижнем конце стержня 7 закреплен свинцовый груз-коллиматор 10 с конусообразным коллимационным окном 11, направленным в сторону детекторов гамма-излучения 2, 3 и 4.

В верхней части коллимационного окна 11 установлен источник гамма-излучения 12. Поскольку источник 12 расположен на малом расстоянии от каждого из детекторов, то его активность может не превышать 0,001-0,005 мг. -экв R_а, применение которого не требует согласования и специальных мер защиты для обеспечения безопасности работы с ним и который способен создать достоверно регистрируемые аномалии (200-400 уровней фона) гамма-излучения. Верхний конец 13 стержня 7 расположен в отверстии 14 ограничителя хода 15.

Размеры плеч l₁ и l₂ стержня 7, а также диаметр отверстия 14 ограничителя хода 15 выбраны таким образом, чтобы уже при небольших зенитных углах (3-4^о) верхний конец 13 стержня 7 упирался в стенку отверстия 14 ограничителя хода 15, а нижний конец со свинцовым грузом-коллиматором 10 еще не доходил на 2-3 мм до внутренней стенки корпуса 1. Это обусловлено тем обстоятельством, чтобы уже при небольших зенитных углах (3-4^о) имело место максимально возможное фиксированное отклонение стержня 7 и при дальнейшем увеличении зенитного угла оно не изменилось. В этом случае результаты измерений могут определяться только положением отклонителя ствола скважины и на них не будут влиять изменения значений зенитного угла. При этом нижний конец стержня 7 с грузом-коллиматором 10 не должен касаться внутренней стенки корпуса 1 с целью более низкого перемещения груза-коллиматора в пределах окружности, описываемой им в зависимости от положения отклонителя ствола скважины относительно направления искривления ствола скважины, то есть должны быть удалены от стенки корпуса на 2-3 мм.

Размеры плеч стержня 7 и диаметр отверстия 14 можно определить, используя тригонометрические функции sin, cos, исходя из внутреннего диаметра корпуса и задав длину одного из плеч. Так, например, если внутренний диаметр защитного корпуса 1 прибора составляет 60 мм, а плечо l₂ стержня 7 имеет длину 100 мм, то для того, чтобы при угле наклона скважины 4^о верхний конец плеча l₂ упирался в стенку отверстия 14 ограничителя хода 15, как показывают тригонометрические расчеты, отверстие 14 должно иметь диаметр 16 мм (с учетом диаметра самого стержня порядка 3-4 мм). При этом, чтобы нижний конец плеча l1 стержня 7 с учетом диаметра свинцового груза-коллиматора 10, равного, например, 15 мм, не доходил до внутренней стенки корпуса 1 на 2 мм, длина плеча 1 должна составлять 300 мм.

Устройство работает следующим образом.

При определении положения отклонителя ствола скважины следует прекратить циркуляцию бурового раствора и отвернуть ведущую трубу (квадрат). Затем на каротажном кабеле предлагаемое устройство опускают внутрь бурильной колонны до его входа в диамагнитную трубу, расположенную над отклонителем, и сочленения башмака с косым срезом, расположенного в нижней части диамагнитной трубы, с узлом сопряжения инклинометра, имеющего ответный косой срез.

В этом случае корпус инклинометра 1 будет зафиксирован в трубе таким образом, что точка 6 и расположенный против нее детектор гамма-излучения 2 совпадает с направлением положения отклонителя. При этом регистрируемое каждым из детекторов (2,3 и 4) значение прямого гамма-излучения от источника 12 и взаимное соотношение зарегистрированных значений однозначно обуславливают в пределах окружности положение груза-коллиматора с источником, а следовательно, и направление положения отклонителя ствола скважины, учитывая, что детектор 2 всегда ориентирован в его направлении. Для удобства определения положения отклонителя ствола скважины на практике целесообразно использовать заранее построенный калибровочный график-номограмму, вычисленный из уравнения

_откл. = F ( _откл= F(₂/I, I₂/I₄)), где _откл. - угол положения отклонителя (от 0 до 360^о) относительно направления искривления скважины;

₂ - значение прямого гамма-излучения, зарегистрированного детектором 2, расположенным в направлении отклонителя;

₃ - значение прямого гамма-излучения, зарегистрированного детектором 3;

₄ - значение прямого гамма-излучения, зарегистрированного детектором 4. (56) РД. 39-2-8/0-83. Инструкция по бурению наклонно-направленных скважин. - М. : 1983, с. 106-1111.

Авторское свидетельство СССР N 617025, кл. Е 21 В 47/022, 1973.