ГЕОНАВИГАЦИОННАЯ КАБЕЛЬНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЕМ СКВАЖИН

Геонавигационная кабельная телеметрическая система для управления
Заявляемая полезная модель относится к области управления процессом направленного бурения нефтяных и газовых скважин.
Известны различные кабельные телеметрические системы, используемые для управления процессом направленного бурения. В качестве прототипа принята кабельная телеметрическая система для управления бурением скважин по заданной траектории Свидетельство на полезную модель №21618, МПК Е21В 47/02, 27.10.2002г..
Указанная телесистема состоит из скважинной и наземной частей, соединенных кабельной линией связи. Скважинная часть включает последовательно соединенные блок измерительных преобразователей, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и передатчик, скважинный контроллер, скважинный источник питания. Измерительные средства телесистемы обеспечивают определение одиннадцати параметров составляющих напряженности магнитного поля Земли( Я,,.,), векторов
силы тяжести по трем осям(С,..), температуры(Г°), тока утечки кабеля
(Tst) , механические ускорения по поперечной и продольной осям Y и Z(, сигнал датчика положения(5Р). Наземная часть включает приемник
сигнала, подключенный через интерфейсное устройство к устройству обработки и выдачи информации, в качестве которого используется портативная ЭВМ, источник дистанционного питания, связанный со скважинным источником питания и интерфейсным устройством, мультиметр и источник питания.
Недостаток прототипа - низкая эффективности при бурении наклоннонаправленных и горизонтальных скважин в случае освоении продуктивных зон, представленных пластами малой толщины со сложным стратиграфическим строением, то есть в условиях, когда априорно
2004101118
,ррррррнв
МПКЕ21В 47/02, 47/12
бурением скважин.
представляемая ориентация продуктивной зоны реально не соответствует фактической. Кроме того, точность определения траектории скважины, исходя только из инклинометрических данных, ограничена в силу объективных причин (конечная точность замеров, большая протяженность скважин - и как следствие, накопления ошибки при расчете траектории от устья до забоя).
Задача полезной модели заключается в повышении оперативности решения задач управления траекторией бурения, особенно при проводке горизонтальных стволов в продуктивных пластах, за счет использования, помимо инклинометрических данных, идентификации положения бурового инструмента относительно кровли и подошвы разбуриваемого пласта на основании информации, полученной геофизическими методами в процессе бурения.
Указанный результат достигается за счет того, что в геонавигационную кабельную телеметрическую систему для управления бурением скважин, состоящую из наземной части и скважинной части, которая, в свою очередь, имеет стационарное и транспортируемое устройство, в транспортируемое устройство помимо модуля инклинометра, содержаш;его последовательно соединенные блок измерительных преобразователей, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, передатчик, а также контроллер и источник питания, дополнительно включен модуль гамма-каротажа (ГК) содержащий 1 и 2-й электронные коммутаторы, контроллер модуля ГК, детектор гамма-излучений, приемо-передатчик модуля ГК, подвижную часть стыковочного узла, причем универсальный вход-выход 1-го коммутатора соединяется с 1-м входом-выходом стыковочного узла, 1-й вход с 1-м выходом контроллера ГК, 2-й выход которого подключен к 1-му входу 2-го коммутатора, универсальный вход-выход которого соединен со 2-м входомвыходом 1-го коммутатора и входом выходом приемо-передатчика ГК, вход которого соединен со 2-м выходом контроллера ГК, а вход контроллера ГК с выходом детектора гамма-излучений. В стационарном скважинном
устройстве размещен модуль бокового каротажного сканирования (БКС), который содержит измерительный источник тока, подключенный выходами через многоканальный измеритель токов к электродам, блоку синхронных детекторов, буровой колонне, а входами - к контроллеру, приемопередатчику модуля БКС и 2-му универсальному входу-выходу стыковочного узла, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, соединенный с выходами блока синхронных детекторов и контроллера БКС, другой выход которого соединен с управляющим входом блока синхронных детекторов, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, универсальный вход-выход которого соединен с входомвыходом приемо-передатчика БКС, В наземной части, помимо приемопередатчика, подключенного через первый интерфейсный блок к ЭВМ, источника дистанционного питания, связанного с источником питания системы и первым интерфейсным блоком, мультиметра, также дополнительно предусмотрены коммутатор полярности дистанционного питания, первый вход которого соединен с пультом управления, 2-й - с выходом источника дистанционного питания, 3-й - с выходом 1-го интерфейсного блока, а универсальный вход-выход соединен с 1-ми входами-выходами 1-го и 2-го приемо-передатчиков наземной части, 2-м входом мультиметра, входом-выходом приемо-передатчика инклинометра и 2-м входом 2-го коммутатора модуля ГК, 2-й вход-выход приемопередатчика 2 наземной части соединен через второй интерфейсный блок с ЭВМ, при этом наземная часть соединяется кабельной линией связи с транспортируемым скважинным устройством, которое через стыковочный узел подключено к стационарному устройству.
Существо полезной модели поясняется чертежами, где на фигЛ изображена структурная схема геонавигационной кабельной телеметрической системы для управления бурением скважин (в дальнейшем - система), на фиг.2 - функциональная схема, иллюстрирующая метод бокового каротажного сканирования. Система состоит из 2-х основных
частей - наземной и екважинной, соединенных кабельной линией связи (2-х проводной). В свою очередь скважинная часть включает в себя стационарное и транспортируемое устройства. В составе стационарного устройства модуль бокового каротажного сканирования (БКС) 1 с системой электродов, размещенных на наружной поверхности магнитопрозрачного корпуса екважинной части и включаемого в компоновку низа буровой колонны (КНБК). Транспортируемое скважинное устройство включает в себя модули гамма-каротажа (ГК) 2 и инклинометра 3. На фиг.1 показаны центральные электроды АО - АоП , АЭ - экранные электроды модуля БКС 1, измерительный источник тока 4, многоканальный измеритель токов электродов 5, блок синхронных детекторов 6, контроллер БКС 7, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, приемопередатчик модуля БКС 9, стыковочный узел 10; 1-й электронный коммутатор И, контроллер модуля ГК 12, детектор гамма-излучений 13, приемо-передатчик модуля ГК 14, 2-й электронный коммутатор 15; измерительные преобразователи 16, аналоговый мультиплексор 17, аналогоцифровой преобразователь 18, контроллер 19, источник питания 20 и приемо-передатчик 21 модуля инклинометра 3. Наземная часть включает в себя: коммутатор полярности дистанционного питания 22, приемопередатчик 23, 1-й блок интерфейсный 24, ЭВМ 25, приемо-передатчик 26, 2й блок интерфейсный 27, источник дистанционного питания (ИДП) 28, мультиметр 29, источник питания системы 30 и пульт управления 31.
Системы (фиг.1) работает следующим образом. Наземная часть соединяется кабельной линией связи с транспортируемым скважинным устройством, которое в свою очередь посредством стыковочного узла 10 подключено к стационарному устройству. Двух проводная кабельная линия связи подключена - постоянно, общим проводом (броней) ко всем скважинным модулям, центральная жила подключается посредством коммутаторов 15, И и стыковочного узла 10 к модулям ГК 2 и БКС 1. Система имеет два основных режима работы, разделенных по времени измерения посредством инклинометрического модуля (режим инклинометрии) и геофизические измерения (режим геофизики). Выбор и иницирование режимов работы системы осуществляется посредством включения блока ИДП 28 и коммутацией полярности дистанционного питания (относительно общего провода коммутатором 22). При подаче положительного напряжения работает инклинометрический модуль 3, коммутаторы 15 и 11 отключают модули ГК 2 и БКС 1. При отрицательной полярности - блокируется модуль инклинометра и иницируются ГК 2 и БКС 1.
Работа системы в режиме инклинометрии аналогична прототипу. При последовательном подключении, посредством мультиплексора 17, нормированных выходных сигналов измерительных преобразователей 16 (в соответствии с программой контроллера 19) ко входу АЦП 18 где осуществляется кодирование и передача сигналов последовательным кодом в приемо-передатчик 20, который по проводному каналу связи передает последовательный цифровой сигнал. Наземная часть принимает, с помощью приемо-передатчика 26, цифровой код, формирует кодовые посылки в интерфейсном устройстве 27 и передает принятую информацию в ЭВМ 25. Электропитание и передача информации осуществляется по общей цепи.
При необходимости замера геофизических параметров, вручную, с помощью пульта 31, или по команде блока 25 через блок 27 инвертируется выход посредством блока 22 с положительной полярности питания на отрицательную относительно брони кабеля (общего провода). При этом инклинометрический модуль 3 отключается и питание через блок 15 поступает в модуль ГК 2. При появлении питания он начинает работать регистрирует естественную радиоактивность горных пород в зоне расположения детектора у - излучения 13. Выходной сигнал блока 13 электрические импульсы, параметры которых связаны с измеряемой у активностью горных пород. Импульсы с выхода блока 13 (в простейщем виде исполнения - интегральный у - каротаж, например) подсчитываются
контроллером 12 и посредством блока 14 через коммутатор 15 цифровой код, соответствующий у - активности пород, будет передаваться в наземную часть.
Модуль БКС 1 подключается через стыковочный узел 10 к модулю ГК 2. Инициировании работы модуля БКС 1 осуществляется при подключается коммутатором 11 к внешней кабельной линии связи по команде контроллера 12 модуля ГК 2 (модуль ГК 2 при этом приостанавливает процесс приема или передачи своей информации). Блок 5 обеспечивает измерение токов электродов, блоки 6 и 8 осуществляют преобразование и кодирование измерительной информации, контроллер 7 осуществляет предварительную обработку и накопление информации. Передача измерительной информации осуществляется блоком 9.
Модуль ГК построен на основе известных принципов  Справочник геофизика. В четырех томах. Геофизические методы исследования скважин. Том второй. Под редакцией д.т.н. С. Г. Комарова, М., Гостоптехиздат, 1961г.. Реализация модуля БКС также основана на известных решениях Боковой каротаж. Ильииский В.М., М., издательство «Недра, 1971г.. Общая схема реализации метода представлена на фиг.2. Метод базируется на основном принципе бокового каротажа - равенству О осевой дивергенции тока, при этом измеряется кажущееся удельное сопротивление окружающей среды г,. в направлении / электрода, через его потенциал ,., ток /„,. и его коэффициент - К :
На функциональной схеме фиг.2 обозначено - измерительный источник 32, буровая колонна 33, экранные электроды АЭ, центральные электроды АО 1,2,3, измеритель потенциала V, измеритель тока А., кажущееся электросопротивление горных пород в направлении экранный электрод буровая колонна г, кажущееся электросопротивление в направлении / центральный электрод - буровая колонна г/,,, 6
Взаимодействия скважинкой и наземной частей в режиме геофизических измерений осуществляется следующим образом. Как упоминалось, геофизические измерения инициируются инверсией питающего напряжения по центральной жиле ( с плюса на минус) относительно брони кабеля. Питание и передача информации как в режиме инклинометрических, так и геофизических измерений, происходит по общим цепям. Первоначально оба контроллера 7 и 12 находятся в режиме ожидания кодовых посылок инструкций из наземной части, которые формируются в блоке 25 и через блок 24 посредством блока 23 передаются для блоков 7 и 12 отдельно. Кодовые посылки инструкций могут содержать, например, уставки о времени измерений, их периодичности, порядке передаче измерительной информации и т.д. После получения инструкций блоки 7 и 12 соответственно организуют измерения в блоках ГК 2 и БКС 1. Прием - передача информации в модуле БКС обеспечивается посредством блока 9, в модуле ГК - блока 13. При возникновении неисправностей в модуле БКС 1 или стыковочном узле 10, контроллер 12 модуля ГК посредством блока 12 отключает кабельную линию связи от модуля БКС.
Общая последовательность проведения работ следующая. Предварительно в состав КНБК включают оборудование стационарной скважинной части: аппаратуру модуля БКС со стыковочным узлом в магнитопрозрачном корпусе, внутри которого установлен узел фиксации транспортируемого устройства (ловитель). При необходимости проведения работ по контролю и управлению траекторией скважины, транспортируемое устройство подключают геофизическим кабелем к наземной чести и перемещают на забой до достижения ловителя. Процесс измерений рассмотрен ранее.
После заверщения цикла измерений, интерпретируя по известным моделям данные геофизических и взаимосвязанных с ними инклинометрических замеров, представляется возможным определить:
а)местоположение КНБК в том или ином пласте горных пород разрабатываемой площади;
б)положение КНБК относительно кровли и подошвы пласта;
в)трещиноватость и характер флюида, содержащегося в пласте.
Обобщая изложенное, можно сделать выводы об эффективности применения заявляемой модели, по сравнению с прототипом, а именно:
1)повышается эффективность буровых работ за счет возможности уточнения расчетной траектории скважины, построенной по данным инклинометрии, на основе интерпретации геофизических параметров;
2)обеспечивается оперативный контроль положения КНБК относительно границ пластов;
3)появляется возможность оперативной корректировки проектов освоения месторождения исходя из совместной интерпретации инклинометрической и геофизической информации (уточняется ориентация пластов, их структура, свойства и т.д.).