ИНКЛИНОМЕТР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для измерения углов искривления буровых скважин, а так же к устройствам для передачи информации по гидравлическому каналу связи.
Инклинометр предназначен для оперативного измерения отклонения фактического зенитного угла скважины от проектного при бурении вертикальных, наклонно-направленных скважин, с последующей передачей значения отклонения на поверхность по гидравлическому каналу связи.
Известно устройство для измерения искривления скважины (патент SU 1285143 A1, E21B 47/022), содержащее маслонаполненный корпус, в котором расположены измерительный узел, включающий сферическую шкалу, установленную на гидравлическом поршне, и отвес с острием, арретирующий элемент и узел подвески, выполненный в виде шарнира.
Недостатком данного устройства является:
- регулярная замена шкалы и срезного штифта;
- для получения информации о направлении и искривлении скважины необходимо поднять устройство из скважины на поверхность.
Известно устройство для измерения зенитного угла скважин, (патент SU 690170 Al, E21B 47/02) используемое для многократного измерения угла в процессе одного долбления и снабженное механизмом поворота отвеса, который выполнен в виде подпружиненного поршня, взаимодействующего с подпружиненным штоком, связанным храповым соединением с втулкой, на которой закреплен отвес.
Недостатками этого устройства является:
- для получения информации требуется поднятие устройства на поверхность;
- для нового замера угла наклона необходима замена шкалы.
Известно устройство для многократного измерения зенитного угла скважины (патент SU 981597 A1, E21B 47/02), содержащее маслонаполненный корпус, подпружиненный гидравлический поршень, который может перемещаться возвратно-поступательно относительно корпуса и несет на себе рамку с арретируюющим элементом в виде сегмента, и подпружиненный башмак, на котором укреплена сменная сферическая шкала из мягкого материала. На вогнутой поверхности шкалы нанесены концентрические окружности через равные промежутки, соответствующие значениям зенитного угла. В перегородке корпуса, на шарнирной подвеске закреплен отвес со свободным наклоном в любом направлении от оси угломера, несущий в своей верхней части острие. В дне корпуса заделаны дроссель и сильфонный компенсатор.
Недостатками данного устройства является:
- информацию об искривлении скважины получают только после подъема устройства на поверхность;
- для нового замера угла наклона необходима замена сферической шкалы, которая производится после подъема устройства на поверхность.
Известно устройство для замера угла наклона скважины (патент SU 1836874 A3, E21B 47/02), использующееся для контроля и замера угла наклона скважины в наклонных и горизонтальных скважинах и содержащее корпус, с расположенным в нем подпружиненным плунжером со штоком и кодирующим узлом, выполненным из закрепленного на горизонтальном валу шарового эксцентричного груза с осевым отверстием и шероховатой внешней поверхностью и эксцентричной втулки, вращающейся вокруг продольной оси корпуса, горизонтальный вал установлен в последней и вращается вокруг своей оси, шток контактирует с эксцентричным грузом и выполнен с осевым отверстием, а его внутренняя поверхность выполнена шероховатой и конусообразной. При перекрытии осевых отверстий в штоке и эксцентричном шаровом грузе изменяется давление, соответствующее углу наклона.
Недостатками данного устройства является:
- требуется наличие специального приемного устройства на поверхности;
- есть вероятность, что при воздействии промывочной жидкости на эксцентричный груз, последний может занять неверное угловое положение, что приведет к неточному замеру зенитного угла скважины;
- наличие не защищенных подшипников может привести к отказу работы эксцентричного груза, в случае попадания в них механических частиц промывочного раствора;
- эксцентричный груз и плунжер имеют прямой контакт с промывочным раствором, что может привести к быстрому их износу.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является индикатор вертикального отклонения (WO 9739220 (A1), E21B 47/022; G01C 9/14), заполненный маслом, устанавливаемый в наружный корпус для размещения в бурильной колонне, и состоящий из корпуса дроссельного, содержащего кольцевые ограничители, плунжера с головкой, которая при взаимодействии с кольцевыми ограничителями уменьшает площадь сечения потока промывочной жидкости, создавая повышенное давление, переводника циркуляционного с отверстиями, позволяющими перетекать промывочной жидкости из корпуса дроссельного в кольцевой проход, образованный между наружной стенкой корпуса индикатора и внутренней стенкой наружного корпуса, маятника с зубчатым зацеплением, соединенного шарнирно с плунжером с головкой, колец зубчатых, за которые зацепляется маятник при отклонении индикатора от вертикали, седла маятника, служащего для удержания маятника в крайнем нижнем положении плунжера, перегородки, разделяющей емкость на верхнюю и нижнюю части, клапана обратного, через который перетекает масло из нижней части в верхнюю в случае меньшего значения давления промывочной жидкости над головкой плунжера по сравнению с внутренним давлением масла в индикаторе, создаваемого подпружиненным поршнем, и щелевого клапана, через который перетекает масло из верхней части в нижнюю, если давление промывочной жидкости над головкой будет больше, чем давление внутри индикатора, подпружиненного поршня, совершающего возвратно поступательные движения относительно корпуса поршня, диафрагмы, компенсирующей перемещение масла внутри инклинометра, центратора, позволяющего центрировать индикатор внутри наружного корпуса. При необходимости измерения отклонения скважины от вертикали, останавливают течение промывочной жидкости, давление над головкой плунжера становится меньше, чем давление внутри индикатора, тем самым плунжер выдвигается вверх, перемещение плунжера ограничивается углом отклонения от вертикали, при зацеплении маятника об одно из колец. При возобновлении течения промывочного раствора давление над головкой плунжера будет больше, чем давление внутри инклинометра, тем самым плунжер начнет движение вниз, при прохождении кольцевого ограничителя, сечение потока промывочной жидкости уменьшится, что вызовет кратковременно повышение давления в скважине, которое регистрируется на поверхности. Подсчитав количество импульсов, определяется отклонение скважины от вертикали.
Недостатком данного устройства является то, что индикатор вертикального отклонения измеряет отклонения скважины от вертикали.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание инклинометра гидравлического для измерения отклонения скважины от проектного зенитного угла при вертикальном и наклонно-направленном бурении.
Поставленная задача решается в новой технологичной конструкции маятника и способом его крепления к плунжеру.
Заявленная полезная модель инклинометра гидравлического позволит использовать инклинометр гидравлический при бурении вертикальных и наклонно-направленных скважин.
Устройств с заявленной совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняется рисунками, на которых показан общий вид инклинометра гидравлического в корпусе (фиг.1), путь движения промывочной жидкости через инклинометр (фиг.2), инклинометр в режиме бурения (фиг.3), инклинометр в режиме передачи данных (фиг.4), увеличенный разрез измерительного узла инклинометра (фиг.5).
Инклинометр гидравлический 1 устанавливается в корпус 2 и соединяется с бурильной колонной через переводники верхний 3 и нижний 4 (фиг.1), и располагается на небольшом расстоянии от бурового долота. В верхней части инклинометра 1 расположен корпус дроссельный 5, в котором выполнены кольцевые канавки, образующие кольцевые ограничители 6. Вдоль корпуса дроссельного 5 перемещается плунжер с головкой 7, которая при прохождении кольцевых ограничителей 6 уменьшает площадь сечения потока промывочного раствора, и давление в скважине повышается. Выше корпуса дроссельного устанавливается шламоуловитель 8, препятствующий попаданию внутрь инклинометра 1 крупных частиц. Корпус дроссельный 5 соединен с блоком измерительным 9 через переводник циркуляционный 10, в котором созданы отверстия, позволяющие протекать промывочной жидкости из корпуса дроссельного 5 в кольцевой проход, образованный между наружной стенкой корпуса инклинометра 1 и внутренней стенкой корпуса 2. На фиг.2 показан путь движения промывочной жидкости. Блок измерительный 9 (фиг.3) состоит из корпуса плунжера 11, перемещающегося по нему плунжера с головкой 7. К плунжеру с головкой 7 присоединяется держатель маятника 12, установленный на подшипниках (фиг.5): два шариковых подшипника, обеспечивают свободное вращение маятника 13 вокруг продольной оси инклинометра 1, и один упорный шариковый подшипник воспринимает осевую нагрузку в режиме измерения, который удерживается стопорным кольцом. Такой способ крепления держателя маятника 12 к плунжеру с головкой 7 позволяет свободно вращаться маятнику вокруг продольной оси инклинометра 1 вне зависимости от зенитного угла и азимута скважины. Маятник 13 представляет собой конструкцию, состоящую из оси 14, согнутой под определенным углом, соответствующим проектному зенитному углу скважины, и груза 15, выполненного в виде полусферы из материала высокой плотности, выполняющего функции гравитационного датчика (фиг.5). Внутри инклинометра 1 имеется набор колец 16, собранных в особом порядке, образующих уступы 17, ограничивающие передвижение маятника 13 во время процесса измерения отклонения от проектного зенитного угла. Маятник 13 крепится к держателю маятника 12 при помощи оси, на которой свободно вращается в поперечном направлении. Подпружиненное седло 18 (фиг.3), фиксирует маятник 13 от колебаний во время процесса бурения, и крепится к перегородке 19, которая разъединяет инклинометр 1 на емкость А и емкость Б, заполненные маслом. В перегородке 19 устанавливаются клапаны обратные. Клапан обратный 20, служит для сообщения и перетекания жидкости из емкости А в емкость Б во время режима измерения отклонения, клапан обратный 21 работает в режиме передачи данных значения отклонения на поверхность, сообщая емкость Б с емкостью А. К блоку измерительному 9 монтируется корпус поршня 22, по которому внутри перемещается поршень 23, находящийся под действием пружины 24. Пружина 24 находится в емкости заполненной маслом, которая защищена от внешней среды диафрагмой 25, выполняющей роль демпфирующего устройства, которое позволяет перемещаться поршню 23 с увеличением давления масла над ним. Диафрагму 25 от воздействия механических частиц, находящихся в промывочном растворе, защищает фильтр 26. Инклинометр 1 центрируется относительно корпуса 2 при помощи центратора 27, у которого имеются отверстия для протекания промывочной жидкости.
Устройство работает следующим образом.
При эксплуатации инклинометр гидравлический действует в составе бурильной колонны, промывочная жидкость проходит через корпус дроссельный и кольцевой проход. Размеры головки плунжера 7 и характеристики пружины 24 подбираются из условия, чтобы поток промывочной жидкости в режиме бурения удерживал плунжер с головкой 7 в корпусе плунжера 11 в задвинутом положении, для свободного прохода промывочной жидкости. Во время режима бурения, маятник 13 прижат к подпружиненному седлу 18, как показано на фиг.3. При необходимости измерения отклонения скважины от проектного зенитного угла, останавливают процесс бурения, буровое долото приподнимают со дна скважины, останавливают вращение колонны и выключают циркуляционные насосы, подающие промывочную жидкость. По истечении некоторого времени давление промывочной жидкости над головкой плунжера 7 будет меньше, чем давление создаваемое поршнем 23 под воздействием пружины 24. Разница в давлении вызывает процесс вытеснения масла из емкости А в емкость Б через обратный клапан 20, что приводит к вытеснению плунжера с головкой 7 из корпуса плунжера 11. Вместе с плунжером с головкой 7 движется маятник 13, который освободившись от удерживающего его седла 18, принимает равновесное состояние под действием гравитационных сил. Плунжер с головкой 7 выдвигается до тех пор, пока ось маятника 14 не упрется в один из уступов 17, образованных набором колец 16. При этом головка плунжера займет соответствующее положение между кольцевыми ограничителями 6 корпуса дроссельного 5. Каждое кольцо соответствует определенному отклонению скважины от проектного зенитного угла.
По истечении некоторого времени для того, чтобы плунжер с головкой 7 выдвинулся и прекратил движение, производится запуск насосов, подающих промывочную жидкость, причем расход жидкости увеличивается быстро и плавно. Давление промывочной жидкости над плунжером с головкой 7, будет больше давления, создаваемого пружиной 24 инклинометра, что приведет к началу движения плунжера с головкой 7 внутрь корпуса плунжера 11. Плунжер с головкой 7, вытесняет масло через клапан обратный 21 в емкость А, где в свою очередь также повышается давление масла, которое воздействует на поршень 23, перемещает его вниз, сжимая пружину 24. Клапан обратный 21 настроен таким образом, что пропускает масло с определенным расходом, обеспечивая равномерное перемещение плунжера с головкой 7 внутрь корпуса плунжера 11. Плунжер с головкой 7 при прохождении кольцевого ограничителя 6 корпуса дроссельного 5, уменьшает поперечное сечение потока промывочной жидкости, что приводит к повышению давления над головкой (импульс давления), которое регистрируется на поверхности. Посчитав количество импульсов, можно вычислить отклонение скважины от проектного зенитного угла. После прекращения регистрации скачков давления в скважине процесс бурения можно продолжить.
Внедрение инклинометра гидравлического позволяет получать информацию об отклонении скважины от проектного зенитного угла при вертикальном и наклонно-направленном бурении, получить экономический эффект за счет отказа от дорогостоящего телеметрического оборудования и необходимости задействования высококвалифицированного персонала.