Системы, методы и инструменты контроля положения скважины в пространстве при бурении

С.И. Васильев, к.т.н., профессор, Е.Е. Милосердов, старший преподаватель, Д.С. Лошаков, аспирант ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Телеметрическая система предназначена для определения пространственной ориентации компоновки низа бурильной колонны, а также забойных параметров, необходимых для оптимизации процесса бурения.

Скважинный прибор телеметрической системы обеспечивает ориентацию отклонителя на забое, а также непрерывную передачу и индикацию на поверхности азимута, зенитного угла скважины в процессе турбинного бурения в геологических средах, не имеющих магнитных аномалий.

Включает в себя наземную аппаратуру, датчики, приближенные к забою скважины. В него входят также устройства сбора информации, её преобразования, передачи и программной обработки для принятия оперативного решения и вывода технологических рекомендаций на пульт бурильщика, а в автоматическом режиме – для вывода управляющих воздействий на приводы исполнительных устройств.

Телеметрическая система работает следующим образом. Поток промывочной жидкости приводит в действие турбину генератора, который вырабатывает электроэнергию для блока скважинного прибора. Информация от датчиков преобразуется в кодовую последовательность, которая передается по электромагнитному или гидравлическому каналам связи. На поверхности сигнал принимается антенной или датчиком-преобразователем, установленным в нагнетательную линию насосов. В приемном устройстве принятый сигнал декодируется и вводится в компьютер для обработки.

Оперативный контроль искривления скважин и особенно на интервале искусственного искривления может успешно осуществляться специальными индикаторами, входящими в состав буровой компоновки. В состав компоновки входят отклонитель, индикатор кривизны, обеспечивающий измерение кривизны скважины в нескольких точках на чувствительном сферическом элементе и ориентирующее устройство для установки отклонителя в заданное для реализации искривления положение.

При использовании данной компоновки процесс искривления скважины отклонителем сопровождается измерением угловых параметров положения забоя при остановке процесса бурения. В дальнейшем производят повторное ориентирование отклонителя в заданном направлении искривления и продолжают набор кривизны.

После завершения процесса искривления скважины и извлечения компоновки из нее расшифровывают показания датчика индикатора кривизны и оперативно определяют положение забоя скважины после искривления, а также параметры её кривизны.

Датчики для измерения зенитного угла разделяются на две основные группы:

– использующие принцип горизонтального уровня жидкости;

– использующие принцип отвеса, гироскопические инклинометры, имеющие географическую привязку.

Датчиками для измерения азимута скважины служат магнитная стрелка и гироскоп.

Инклинометры по конструкции могут быть жидкостного (апсидоскопы), механического (отвесы) и электромеханиче- ского типа с магнитной стрелкой, гироскопические электромеханического типа, фотоинклинометры механического типа, телеметрические системы на основе инклинометров электромеханического типа с электронными средствами приема, обработки и представления информации [1].

Апсидоскопы – приборы, использующие для определения зенитного угла скважины принцип горизонтального уровня жидкости. Принцип работы жидкостных приборов состоит в фиксации следа уровня жидкости на стенках стеклянных пробирки, трубки или на поверхности стального стержня при помещении прибора в скважину.

Инклинометры – приборы, позволяющие определить значение зенитного и азимутального углов в одной, нескольких или множестве точек ствола скважины.

Инклинометры по их функциональным возможностям можно разделить на четыре группы:

1. Инклинометры для одного или нескольких измерений углов.

Для измерения азимута используется магнитная стрелка компаса, для измерения зенитного угла – отвес-маятник. Перед измерением магнитная стрелка и отвес находятся в свободном состоянии. После того как отвес займет положение под действием силы тяжести, он прижимается к наконечнику отвеса-маятника, фиксируя его положение и положение магнитной стрелки в компасе. Перед измерением инклинометр должен находиться в покое 10-15 минут. Инклинометры спускаются в скважину на тросике с помощью специальной лебедки [2].

2. Инклинометры, позволяющие многократно производить измерения зенитного и азимутального углов, которые используются в основном при проведении планового каротажа геофизической службой. Спускаются в скважину на каротажном кабеле. Они отличаются конструкцией: – электромеханические с магнитной стрелкой и отвесом; – электромеханические с гироскопом и маятником-отвесом; – фотоинклинометры с магнитной стрелкой и отвесом.

3. Инклинометры, предназначенные для работы в условиях, в которых исключено влияние магнитных полей.

4. Инклинометры для работ на месторождениях с влиянием магнитного поля.

В отличие от других инклинометров с магнитной стрелкой для измерения азимута скважины они оснащены гирокомпасом. Инклинометр состоит из двух частей: измерительной и копирующей, соединенных между собой шарнирно. Зная начальный азимут скважины в определенной точке ствола, можно определить его последовательно для всех других точек, фиксируя угол перекоса корпуса в шарнире, который последовательно при спуске копирует траекторию ствола скважины.

Телеметрическая система, входящая в состав геонавигационного комплекса, предназначена для определения пространственной ориентации компоновки низа бурильной колонны, а также забойных параметров, необходимых для оптимизации процесса бурения.

Скважинный прибор телеметрической системы обеспечивает ориентацию отклонителя на забое, а также непрерывную передачу и индикацию на поверхности азимута, зенитного угла скважины в процессе турбинного бурения в геологических средах, не имеющих магнитных аномалий [3].

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ: 1. Бухаленко Е. И., Абдуллаев Ю. Г. Монтаж. Обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. М., Недра, 1974. – 400 с. 2. Пронкин А.П., Хворостовский С.С. Прогнозирование направлений развития разведочного бурения на шельфе. М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. – 300 с. 3. Мельников В.А., Милосердов Е.Е. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин. ИПК СФУ, 2008. – 295 с.

Ключевые слова: скважина, система, пространство, положение, дат. чик, конструкция

Журнал "Горная Промышленность"№4 (128) 2016, стр.72