Ориентаторы и приемы работы с ними

Ориентирование отклонителя инклинометрами с магнитной буссолью и магнитным переводником основано на использовании многоточечных инклинометров, в которых азимут измеряется с помощью магнитных буссолей.

Использование данного метода ориентирования допустимо лишь при бурении наклонных скважин с зенитным углом не менее 5 град.

Для ориентирования с помощью магнитного переводника используют то положение, согласно которому можно добиться фиксирования положения магнитной стрелки инклинометра в направлении действия отклонителя, встроив источник магнитного потока в плоскость искривления (направление набора кривизны) с помощью специального переводника (рис. 5.7). На рис. 5.7 показано, что соединение кривого переводника 2 и переводника с магнитом 1 производится таким образом, что магнитный репер 1 совпадает с направлением перекоса переводника 2. Если такого совпадения не будет, то при выполнении ориентирования этот угол несовпадения следует учитывать.

По фиксированному положению магнитной стрелки инклинометра определяют угол между плоскостью действия отклонителя и плоскостью искривления ствола скважины.

Схема установки переводника с магнитным репером 1 по отношению к кривому переводнику 2

Рис. 5.7. Схема установки переводника с магнитным репером 1 по отношению к кривому переводнику 2

Схема ориентирования с применением магнитного переводника

Рис. 5.8. Схема ориентирования с применением магнитного переводника

Состав инструмента для ориентирования с помощью инклинометра и магнитного переводника показан на рис. 5.8.

Инструмент включает колонну бурильных труб 1, заканчивающуюся в нижней части диамагнитной трубой 2 (из стали марки 1Х18Н9Т или алюминиевого сплава Д16Т). На нижнюю часть диамагнитной трубы навинчивают переводник 3, в котором закрепляют источник магнитного поля 4. Магнитный переводник 3 устанавливают таким образом, что магнит 4 находится в плоскости перекоса кривого пеерводника 5. Внутри компоновки для спускаемого инклинометра 6 оборудуется посадочное место, которое позволяет устанавливать инклинометр 6 с совпадением магнитной стрелки 11 и магнита 4. Далее следуют забойный двигатель 8 и долото 9.

После спуска инструмента в скважину и подвешивания колонны труб 1 над забоем на верхнем конце колонны 1 укрепляют каротажный ролик 10. Внутрь бурильных труб на кабеле 11 на лебедке 12 спускают инклинометр 6 с электромагнитной буссолью с таким расчетом, чтобы магнитная стрелка 7 была размещена напротив магнита 4. Для осуществления этого способа ориентирования можно использовать инклинометры КИТ, КИТА, ИМ-1, ИН1-721, МИ-30, МИР-36 и др.

В качестве источника магнитного потока используют специальный переводник со встроенным в корпус магнитом (рис. 5.9). Магнитный переводник включает собственно переводник 1, стакан 2 и диамагнитную втулку 5. В стенке втулки размещен призматический магнит 3 размером 16x16x180 мм. Втулка закреплена фиксатором 4.

Магнитный переводник

Рис. 5.9. Магнитный переводник

Азимут ствола скважины предварительно замеряют в диамагнитной трубе над магнитным переводником, а положение отклонителя фиксируют отбитием точки в магнитном переводнике. Руководствуясь данными замеров, ротором поворачивают колонну бурильных труб до желаемого положения отклонителя. После этого инклинометр извлекают из бурильной колонны, навинчивают ведущую трубу и, опустив снаряд на забой, начинают бурение. До постановки компоновки на забой скважины какого-либо вращения колонны производить нельзя, в противном случае будет нарушена ориентация отклонителя.

Азимут плоскости действия отклонителя, в случае если магнитный репер 1 установлен с совпадением направления перекоса кривого переводника 2 (рис. 5.7), определяют по формуле

где *Р - показание инклинометра при замере в магнитном переводнике, град; А - азимут ствола скважины при замере в диамагнитной трубе, град.

Например, если показание инклинометра при замере в магнитном

о

переводнике составляет 280 , азимут ствола скважины при замере в диа-

о

магнитной трубе 120, то плоскость искривления отклонителя в точке замера составляет по отношению к направлению на север угол, равный 200° (р = 360° - 280° + 120° = 200°).

В случае если магнитный репер 1 не совпадает с направлением перекоса переводника 2, угол несовпадения нужно учесть при расчете угла р.

Ориентируя отклонитель с помощью магнитного переводника, необходимо помнить, что место разрыва реохорды электромагнитной буссоли располагается в наклонном стволе по фактическому азимуту скважины, а положение северного конца магнитной стрелки задается пространственным положением магнитного потока за счет поворота бурильных труб. В момент замера стрелка буссоли показывает угол разворота отклонителя по отношению к фактическому азимуту ствола скважины. При этом угол разворота отклонителя по отношению к фактическому азимуту ствола скважины отсчитывают против хода часовой стрелки, а следовательно, показание инклинометрического замера в данной точке будет равно углу, на который плоскость действия отклонителя отстает от фактического азимута скважины.

Ориентирование отклонителя в вертикальной скважине с помощью скважинных приборов затруднено, так как вертикальное размещение инклинометра не позволяет надежно измерить угол установки отклонителя из-за отсутсвия азимутального направления скважины и того, что при вертикальном положении инклинометры не позволяют производить каких- либо измерений. Зенитный угол, позволяющий проводить достаточно точные измерения зенита и азимута, должен быть не менее 3-5°. Поэтому для измерения требуемых параметров в вертикальной скважине создают ориентированный наклон инклинометра.

Для ориентирования в вертикальных скважинах большого диаметра применяют устройство ориентирования отклонителей (УОО) (рис. 5.10) [8]. В данном случае для ориентирования используют серийные инклинометры, которые спускают через бурильную колонну в специально собранную из немагнитного металла компоновку. В компоновке инклинометр 1 занимает положение в соориентированном относительно отклонителя желобе 2 под углом наклона к оси компоновки (угол наклона не более 85°), что позволяет снимать показания о значениях азимутального угла с достаточно высокой точностью. Вращением бурильной колонны с отклонителем добиваются требуемого значения азимутального угла, в соответствии с которым следует произвести искривление.

Метка 3 на поверхности труб компоновки располагается в направлении оси инклинометра 1 и служит для установки отклонителя и определения угла между осью инклинометра 1 и направлением действия отклонителя. Если после установки отклонителя в компоновку между меткой 3 и направлением действия отклонителя (направление перекоса отклонителя) образуется угол, то его следует учесть при ориентировании. Например, если угол между меткой и направлением действия отклонителя (на рис. 5.10 показано стрелкой) равен 30°, то при установке отклонителя требуемый азимут ориентирования следует увеличить на 30°.

Расчет угла установки отклонителя производят аналогично с методикой расчета при использовании для ориентировании магнитного переводника (см. зависимость (5.3)).

Устройство УОО для ориентирования отклонителей в вертикальных скважинах

Рис. 5.10. Устройство УОО для ориентирования отклонителей в вертикальных скважинах: 1- инклинометр; 2 - желоб; 3 - метка для установки отклонителя

УОО относится к техническим средствам инклинометрического метода ориентирования отклонителей. Для ориентирования в наклонных скважинах получили распространение способы ориентирования инклинометрами с электромагнитной буссолью и магнитного переводника, а также инклинометра и диамагнитных труб.

Телеметрические системы для ориентирования отклонителей (см. рис. 3.12) позволяют проводить следующие операции в процессе проводки наклонно направленных скважин:

  • • ориентирование отклоняющей компоновки по заданному азимуту, как в вертикальной, так и в наклонной скважине путем измерения направления действия отклонителя относительно апсидальной плоскости;
  • • определение угла закручивания бурильной колонны под действием реактивного вращающего момента и его учет при бурении скважины с использованием отклонителя;
  • • проведение инклинометрических измерений и корректировок угла установки отклонителя непосредственно в процессе проводки скважины.

В практике буровых работ известно применение телеметрических систем с линией связи в виде сбрасываемого через колонну кабеля, оснащенного контактной кабельной муфтой для соединения с забойной аппаратурой и систем беспроводной связи - гидродинамической и электромагнитной (см. гл. 3).

Датчики для измерения глубинных параметров скважины размещены в компоновке ЗТС в специальном контейнере, который закреплен с помощью амортизированных опор. Корпус контейнера и ЗТС изготовлены из диамагнитного материала. В контейнере размещены датчики для измерения зенита, азимута скважины и угла установки отклонителя (рис. 5.11). Принцип действия датчика азимута ДА основан на применении магнитного чувствительного элемента в виде стержня, устанавливающегося по направлению магнитного меридиана. Чувствительный элемент связан с ротором вращающегося трансформатора (СКВТ), работающего в режиме фазовращателя. Компас азимута имеет груз 1 для приведения датчика в горизонтальное положение.

Принцип действия датчика наклона ДН основан на применении эксцентричного груза 3, центр тяжести которого всегда находится на вертикали, проходящей через ось груза. С осью груза 3 связан ротор трансформатора (СКВТ), преобразующий угол поворота в фазу выходного сигнала, пропорционального зенитному углу скважины. Одному механическому градусу поворота ротора трансфоратора соответствует изменение фазы выходного сигнала на 6°.

Принцип действия датчика положения отклонителя ДПО основан на повороте рамки с эксцентричным грузом 2 и укрепленными на ней датчиками ДА и ДН. Груз 2 стабилизирует рамку в апсидальной плоскости. Статор ДПО жестко связан с электронным блоком и немагнитным корпусом телеметрической системы. Угол поворота рамки преобразуется трансформатором в фазу выходного сигнала. Одному механическому градусу соответствует изменение фазы выходного сигнала на один градус.

Сигналы, передаваемые датчиками ДН, ДПО и ДА, имеют различную фазу (от 0 до 360°) и в зависимости от изменений измеряемого параметра поступают в глубинный передающий блок. Последний осуществляет последовательный опрос во времени глубинных датчиков, формирует суммарный широтно-импульсный модулированный сигнал и передает его оператору на поверхность посредством канала связи.

Показывающие приборы на поверхности проградуированы в значениях измеряемых величин: шкалы приборов азимута и положения отклонителя - от 0 до 360°; шкалы прибора зенитного угла - от 0 до 60° (100° и более).

Положение отклонителя относительно нулевой метки на корпусе телеметрической системы (ЗТС) 6 определяют при свинчивании ЗТС с отклонителем. Метка 4 на верхней части переводника соответствует направлению действия отклонителя. На нижнем переводнике ЗТС наносят метку

«О» 6, соответствующую нулевому значению ДПО. При свинчивании ЗТС с турбобуром, электробуром или РУС определяют угол смещения меток у, отсчитываемый от метки на переводнике отклонителя 4 до нулевой метки телесистемы 6.

Измерительная часть ЗТС и система измерений азимутального (а) угла и угла установки отклонителя (ш)

Рис. 5.11. Измерительная часть ЗТС и система измерений азимутального (а) угла и угла установки отклонителя (ш0): 1, 2, 3 - грузы для ориентации датчиков азимутального угла (а), угла установки отклонителя (о)0) и зенитного угла (0) в апсидальной плоскости скважины; 4 - метка отклонителя в плоскости его работы в направлении набора кривизны; 5 - направление набора кривизны отклонителем, например, направление перекоса кривого переводника; 6 - реперная точка «О» измерительной части ЗТС; 7 - реперная ось измерительной части ЗТС; у - угол между метками на корпусе отклонителя 4 и нижнем переводнике ЗТС 6; ср - угол между апсидальной плоскостью и реперной точкой «О» ЗТС; (3 - угол доворота плоскости 5 направления набора кривизны отклонителем в плоскость заданного направления искривления скважины; о)0 - расчетный угол установки отклонителя; а3 - угол доворота компоновки по азимуту

Груз 2 рамки ДПО всегда ориентирует датчики в апсидальной плоскости скважины. Путем измерения угла ср и азимута скважины а можно определить угол доворота отклонителя для установки его в заданную плоскость искривления. Например, угол доворота р для случая, представленного на рис. 5.11, будет определяться по зависимости 360° - ф + со0 + у. В данном случае направление искривления скважины ориентировано в направлении увеличения зенитного и азимутального угла с преимущественным набором зенитного угла.

В процессе ориентированного бурения с использованием телеметрической системы данные о геометричесикх параметрах скважины могут быть получены на расстоянии 15-20 м от забоя. В ходе корректировки углов скважины рекомендуется уточнять угол установки отклонителя после бурения этого интервала.

В современных забойных телеметрических системах расстояние, на котором установлены датчики, существенно сокращено - до нескольких метров, что повышает точность проводки скважин. Кроме того, ориентирование РУС производится в автоматическом режиме путем управления компьютером. При этом непрерывно поступающая информация с забоя по данным угловых параметров положения забоя позволяет производить текущее корректирование направления буримой скважины путем перерасчета угла установки отклонителя и коректировки направления набора кривизны.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >