УСТРОЙСТВО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО КАЛИБРОВКИ

1. Устройство направленного бурения для непрерывной работы с автоматическим точно управляемым контролем намеченного бурения на больших глубинах с возможностью выбора трассы ствола скважины, содержащее
корпус,
приводной вал бурового долота, выполненный с возможностью вращения по меньшей мере частично в головной секции корпуса и несущий долото вращательного бурения в головной секции корпуса на своем нижнем конце, который выступает из корпуса, при этом
головная секция переходит в основную секцию корпуса,
множество датчиков магнитного поля, соединенных с указанным устройством управления, при этом
основная секция переходит в базовую секцию корпуса,
множество устройств управления направлением, расположенных в основной секции или базовой секции корпуса, для создания направляющих сил, содержащих радиально выравниваемые составляющие сил, для выравнивания устройства направленного бурения во время операции бурения,
отличающееся тем, что
предусмотрено устройство управления, расположенное в основной секции корпуса,
датчики магнитного поля расположены в головной секции корпуса и выполнены с возможностью калибровки посредством однородного магнитного поля, генерируемого катушками Гельмгольца, причем
устройство направленного бурения, содержащее датчики магнитного поля, выполнено с возможностью введения в магнитное поле, генерируемое катушкой Гельмгольца, и расположения в центре указанного магнитного поля в заданном положении в качестве контрольного эталона, причем для компенсации помеховых магнитных полей обспечена возможность определения магнитных отклонений, на которые влияют помеховые магнитные поля, как значений плотности магнитного потока в направлении осей X, Y и Z при помощи датчиков магнитного поля, и обеспечена возможность направления измеренных значений, соответствующих указанным значениям плотности магнитного потока, в виде значений или сигналов магнитных отклонений на устройство управления,
устройство управления выполнено с возможностью выработки корректирующих значений, соответствующих значениям или сигналам магнитного отклонения, причем указанные корректирующие значения соответствуют величине измеренных значений отклонений плотности магнитного потока, образованных помеховыми полями, от измеренных значений плотности магнитного потока при контрольном эталоне, и обеспечена возможность сохранения указанных корректирующих значений в электронной памяти устройства управления устройства направленного бурения,
после чего, обеспечена возможность размещения устройства направленного бурения в магнитном поле, генерируемом катушкой Гельмгольца, в выровненных положениях, которые отличаются от заданного положения, обеспечена возможность определения магнитных отклонений, на которые влияют указанные выровненные положения, посредством датчиков магнитного поля как значений плотности магнитного потока в направлении осей X, Y и Z, и обеспечена возможность направления соответствующих измеренных значений, обусловленных указанными магнитными отклонениями вследствие различных выровненных положений, в виде значений или сигналов положения на устройство управления,
обеспечена возможность выработки корректирующих коэффициентов, соответствующих значениям или сигналам положения, устройством управления для перемещения устройства направленного бурения обратно в заданное положение, и сохранения указанных корректирующих коэффициентов в электронной памяти устройства управления устройства направленного бурения,
обеспечена возможность учета и компенсации на раннем этапе помеховых магнитных полей, вызываемых ферромагнитными материалами, присутствующими в устройстве направленного бурения, выполненном согласно изобретению, и влияющими на плотность магнитного потока,
устройства управления направлением выполнены в виде устройств крепления, содержащих исполнительные устройства,
с которыми соединены элементы крепления, выполненные с возможностью перемещения радиально наружу и внутрь и с возможностью ввода наподобие щитка в канавки корпуса, распределенные по периметру корпуса и расположенные по меньшей мере на одной плоскости крепления,
и имеющих подвижность, управляемую температурой, посредством устройств позиционирования, содержащих по меньшей мере одну терморасширяющуюся среду передачи давления,
-4
-1
среда передачи давления представляет собой жидкость, которая имеет коэффициент объемного расширения у, составляющий от 5,0 до 20,0×10K при 18°С,
исполнительное устройство выполнено в виде цилиндропоршневого узла, полость цилиндра которого содержит нагревательное устройство для нагрева среды передачи давления,
наружный конец поршня соединен с элементом крепления,
полость цилиндра наполнена жидкостью в качестве среды передачи давления.
2. Устройство направленного бурения по п. 1, отличающееся тем, что
обеспечена возможность направления данных, в частности данных о положении, полученных датчиками магнитного поля в качестве сенсорных систем устройства управления, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, причем
устройство направленного бурения содержит устройство для выработки сигналов давления для передачи информации в промывочном канале колонны бурильных труб посредством рабочего колеса, на которое обеспечено воздействие бурового раствора и которое выполнено с возможностью приведения в действие генератора, к которому подключен аккумулятор,
при этом генератор, содержащий аккумулятор, муфта и подшипник вала рабочего колеса расположены в проходящем в осевом направлении корпусе, заполняемом маслом и образующем цилиндрический кольцевой зазор относительно колонны бурильных труб, и
обеспечена возможность прохождения бурового раствора через кольцевой зазор для приведения в действие рабочего колеса, а
над масляным резервуаром в корпусе расположен поршень компенсации давления, на который обеспечено воздействие бурового раствора, и
уплотнение, выполненное на нижнем конце между корпусом и валом рабочего колеса, выполнено в виде уплотнения бесперебойного функционирования, например манжетного уплотнения или керамического уплотнения.
3. Устройство направленного бурения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что
обеспечена возможность направления данных, в частности данных о положении, получаемых сенсорными системами, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, причем
устройство направленного бурения содержит устройство для выработки сигналов давления в текучей среде для передачи информации, в частности во время бурения при подземной разработке и прокладке туннелей, через промывочный канал бурильной трубы, при этом в промывочном канале колонны бурильных труб расположено рабочее колесо, которое выполнено с возможностью переключения между режимами работы генератора и электродвигателя и, таким образом, обеспечена возможность попеременной работы.
4. Устройство направленного бурения по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что
содержит устройство для передачи информации, в частности во время бурения, посредством импульсов давления в текучей жидкости, предпочтительно промывочной жидкости,
причем указанное устройство содержит устройство выработки информации, передающее устройство, соединенное с устройством выработки информации и выполненное с возможностью создания импульсов давления в жидкости, и приемное устройство для приема и анализа информации, передаваемой посредством импульсов давления, в пульте управления,
причем передающее устройство содержит упругое тело оказания сопротивления потоку в потоке жидкости и исполнительное устройство для изменения проходного сечения тела оказания сопротивления потоку синхронно с подлежащими выработке импульсами давления.
5. Устройство направленного бурения по п. 4, отличающееся тем, что
обеспечена возможность направления данных, таких как данные о положении, получаемых сенсорными системами, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, причем
устройство управления соединено с устройством для передачи информации в колонне бурильных труб посредством импульсов, таких как звуковые волны, а устройство управления соединено с передающим устройством для выработки импульсов,
причем устройство содержит приемное устройство для приема и анализа информации, переданной посредством импульсов, выработанных передающим устройством в виде звуковых волн и направленных к приемному устройству.
6. Способ калибровки устройства направленного бурения по одному из пп. 1-5 посредством введения устройства направленного бурения в конструкцию, содержащую по меньшей мере одну катушку Гельмгольца, и калибровки при помощи однородного магнитного поля, генерируемого катушкой Гельмгольца.
7. Способ с использованием устройства направленного бурения для его калибровки, которое содержит
корпус
приводной вал бурового долота, выполненный с возможностью вращения по меньшей мере частично в головной секции корпуса и несущий долото вращательного бурения на своем нижнем конце в головной секции, при этом
головная секция переходит в основную секцию корпуса,
устройство управления, расположенное в основной секции корпуса,
множество датчиков магнитного поля, соединенных с указанным устройством управления, при этом
основная секция переходит в базовую секцию корпуса,
множество устройств управления направлением, расположенных в основной секции или базовой секции корпуса, для создания направляющих сил, содержащих радиально выравниваемые составляющие сил, для выравнивания устройства направленного бурения во время операции бурения,
отличающийся тем, что
а. датчики магнитного поля располагают в головной секции корпуса и калибруют при помощи однородного магнитного поля, генерируемого катушкой Гельмгольца, причем
b. устройство направленного бурения вводят в магнитное поле, генерируемое катушкой Гельмгольца, и располагают в центре указанного поля в заданном положении в качестве контрольного эталона,
c. для компенсации помеховых магнитных полей магнитные отклонения, на которые влияют помеховые магнитные поля, определяют как значения плотности магнитного потока в направлении осей X, Y и Z при помощи датчиков магнитного поля, и измеренные значения, соответствующие указанным значениям плотности магнитного потока, направляют в виде значений отклонения или сигналов отклонения на устройство управления,
посредством устройства управления вырабатывают корректирующие значения, соответствующие значениям или сигналам отклонения, причем указанные корректирующие значения соответствуют величине измеренных значений отклонений плотности магнитного потока, образованных помеховыми полями, от измеренных значений плотности магнитного потока при контрольном эталоне, и указанные корректирующие значения сохраняют в электронной памяти устройства управления устройства направленного бурения,
d. после чего устройство направленного бурения размещают в магнитном поле, генерируемом катушкой Гельмгольца, в выровненных положениях, которые отличаются от заданного положения,
магнитные отклонения, на которые влияют указанные выровненные положения, определяют при помощи датчиков магнитного поля как значения плотности магнитного потока в направлении осей X, Y и Z, и соответствующие измеренные значения, обусловленные указанными магнитными отклонениями вследствие различных выровненных положений, направляют в виде значений или сигналов положения на устройство управления, корректирующие коэффициенты, соответствующие значениям или сигналам положения, вырабатывают устройством управления для перемещения устройства направленного бурения обратно в заданное положение, и указанные корректирующие коэффициенты сохраняют в электронной памяти устройства управления устройства направленного бурения,
е. помеховые магнитные поля, вызваемые ферромагнитными материалами, присутствующими в устройстве направленного бурения, выполненном согласно изобретению, и влияющими на плотность магнитного потока, учитывают и компенсируют на раннем этапе.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что на этапе b измеренные значения, определенные датчиками магнитного поля, регулируют посредством корректирующих значений устройством управления для представления контрольного эталона.
9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что на этапе с, корректирующие коэффициенты регулируют посредством корректирующих значений для получения регулировочных коэффициентов, которые предпочтительно соответствуют фактическим значениям для выровненных положений, например рабочих режимов, отклоняющихся от заданного положения.
10. Способ по одному из пп. 7-9, отличающийся тем, что заданное положение соответствует выбираемой трассе ствола скважины для глубокого бурения.
11. Способ по одному из пп. 7-10, отличающийся тем, что по меньшей мере один из этапов а - с выполняют при заданных значениях температуры.
12. Способ по одному из пп. 6-11, отличающийся тем, что находящиеся в корпусе датчики температуры, датчики угла наклона, датчики ускорения, датчики гамма-излучения и/или гироскопические датчики соединены как сенсорные системы с устройством управления, и обеспечена возможность их включения по выбору.
13. Способ по одному из пп. 6-12, отличающийся тем, что измеренные параметры, такие как параметры для определения трассы ствола скважины и/или заданного положения, направляют посредством кабеля, расположенного в колонне бурильных труб, и/или посредством телеметрии, и/или в виде сигналов давления и/или импульсов, таких как звуковые волны, от наземного пульта управления на устройство управления.