ОРИЕНТИРУЮЩАЯ СИСТЕМА
ORIENTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к ориентирующей системе, предназначенной для направления движения бурового наконечника так, чтобы избежать столкновения с обсадной трубой в первом стволе скважины или ввести его в столкновение с ней. Указанная система содержит буровой наконечник, выполняющий бурение второго ствола скважины, бурильную колонну, выполненную из группы трубчатых элементов, смонтированных в одну трубчатую колонну посредством соединительных средств, причем буровой наконечник смонтирован на одном конце бурильной колонны, и группу каротажных устройств. Кроме того, изобретение относится к способу направления движения бурового наконечника с использованием ориентирующей системы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одним способом решения проблемы утечки нефти из скважины является бурение нового бокового или поперечного ствола, через который нефть может быть отведена для того, чтобы закрыть верхнюю часть скважины с утечкой и тем самым прекратить утечку. Таким образом, бурение нового бокового или поперечного ствола с поверхности для обеспечения столкновения на определенной глубине с боковой стороной обсадной трубы с утечкой требует направления бурильного инструмента во время процесса бурения.
Кроме того, для бурения бокового ствола из существующей скважины на нефтяном месторождении, содержащем несколько скважин, все из которых содержат определенное количество боковых стволов, также необходимо управлять буровым наконечником для предотвращения его столкновения с другими боковыми стволами этой же или других скважин.
Таким образом, существует необходимость в создании ориентирующей системы, обеспечивающей направление движения бурового наконечника так, чтобы ввести его в столкновение с обсадной трубой с утечкой или чтобы предотвратить его столкновение с другим боковым стволом или скважиной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей данного изобретения является создание улучшенной ориентирующей системы, которая способна выявлять другие скважины или боковые стволы.
Вышеуказанные задачи вместе с различными другими задачами, преимуществами и признаками, которые очевидны из нижеследующего описания, выполнены с помощью технического решения согласно настоящему изобретению посредством ориентирующей системы, предназначенной для направления движения бурового наконечника так, чтобы избежать столкновения с обсадной трубой в первом стволе скважины или чтобы ввести его в столкновение с ней, содержащей:
- буровой наконечник, выполняющий бурение второго ствола скважины,
- бурильную колонну, выполненную из группы трубчатых элементов, смонтированных в одну трубчатую колонну посредством соединительных средств, причем буровой наконечник смонтирован на одном конце бурильной колонны,
- группу каротажных устройств, расположенных по одному в каждом соединительном средстве или относительно него,
причем каждое каротажное устройство содержит:
- устройство передачи данных и устройство приема данных, предназначенные для передачи и приема данных между каротажными устройствами,
- детектор,
при этом по меньшей мере одно каротажное устройство содержит излучатель,
в которой излучатель одного каротажного устройства подает сигнал, который отражается от обсадной трубы и выявляется детектором по меньшей мере двух каротажных устройств так, что положение и/или направление прохождения обсадной трубы можно определить путем тригонометрических вычислений.
Согласно варианту осуществления изобретения, группа каротажных устройств может быть расположена в одном соединительном средстве, при этом каротажные устройства могут быть разнесены по окружности соединительного средства.
При наличии каротажного устройства в каждом трубчатом соединительном средстве, соединяющем два трубчатых элемента в трубчатую колонну, излучатель одного каротажного устройства может подавать сигнал, который отражается от существующей обсадной трубы, при этом, когда отраженный сигнал выявляется детектором в двух каротажных устройствах, можно вычислить положение существующей обсадной трубы. Таким образом, поскольку каротажное устройство расположено в соединительном средстве, а не внутри колонны, то поток внутри трубчатой колонны является незатрудненным и, соответственно, к буровому наконечнику обеспечена подача всей энергии текучей среды. В известных дальномерных приборах каротажное устройство выполнено внутри трубчатой колонны, что затрудняет свободное прохождение текучей среды.
В одном варианте осуществления изобретения ориентирующая система может дополнительно содержать коммуникационный блок, расположенный в одном из соединительных средств, разделяя бурильную колонну на верхнюю часть и нижнюю часть, причем буровой наконечник прикреплен к нижней части бурильной колонны.
При этом каротажные устройства, расположенные в нижней части, передают данные смежному каротажному устройству и так далее до тех пор, пока каротажное устройство, ближайшее к коммуникационному блоку, не передаст данные коммуникационному блоку, а затем коммуникационный блок соберет все данные, вычислит положение обсадной трубы относительно бурового наконечника и передаст только этот массив данных к поверхности, например, к коммуникационному устройству, расположенному на устье скважины, или на буровую установку или буровое судно. При наличии коммуникационного блока необходимо передать наверх только один массив данных для последующей корректировки направления бурения. Если все устройства будут передавать к поверхности свои каротажные данные, то это займет много времени, прежде чем данные достигнут оператора, и таким образом любые необходимые корректировки бурового наконечника будут выполнены с задержкой по сравнению с настоящим изобретением.
Кроме того, обсадная труба может иметь длину от устья до башмака, при этом коммуникационный блок может быть расположен в первой половине длины обсадной трубы от устья скважины, предпочтительно в первой трети длины обсадной трубы, и предпочтительнее в первой четверти длины от устья скважины.
Коммуникационный блок может содержать устройство приема данных, предназначенное для сбора данных, представляющих выявленный отраженный сигнал, от каротажных устройств.
Кроме того, коммуникационный блок может содержать передатчик, предназначенный для передачи управляющих сигналов к буровому наконечнику.
Помимо этого, коммуникационный блок может содержать процессор для обработки данных, полученных от каротажных устройств.
Дополнительно, указанный коммуникационный блок может вычислять вектор, отображающий положение бурового наконечника относительно обсадной трубы.
Кроме того, коммуникационный блок может содержать коммуникационное устройство, предназначенное для передачи наверх одного массива данных через верхнюю часть бурильной колонны.
Также, коммуникационный блок может содержать коммуникационное устройство, предназначенное для передачи наверх одного массива данных к верхней части бурильной колонны или к устью скважины.
Коммуникационное устройство может передавать массив данных путем пульсации в буровом растворе.
Указанное коммуникационное устройство может передавать массив данных посредством антенны.
В одном варианте осуществления изобретения излучатель может являться источником звука или источником магнитного поля.
Кроме того, каротажные устройства могут передавать и/или принимать данные беспроводным способом посредством акустических волн, электромагнитных волн, Wi-Fi, ZigBee систем, беспроводной локальной сети LAN, систем DECT, GSM, UWB, UMTS, Bluetooth, тональной частоты или радиочастоты.
Дополнительно, соединительное средство может являться муфтой обсадной трубы, которая в данном изобретении является трубчатой муфтой или трубным соединением, или она может содержать резьбу.
Помимо этого, каротажное устройство может быть расположено в соединительном средстве.
Кроме того, устройство приема данных может являться детектором, или устройство передачи данных может являться излучателем.
В другом варианте осуществления изобретения ориентирующая система может дополнительно содержать приспособление для сбора данных от коммуникационного блока и/или каротажных устройств, содержащее приводной блок, например, скважинный трактор.
Помимо этого, приводной блок может содержать колеса.
Указанный приводной блок может содержать выдвигаемые и втягиваемые рычаги, один конец которых прикреплен с возможностью поворота к корпусу приводного блока, а колеса прикреплены с возможностью вращения к другому концу рычага.
Помимо этого, ориентирующая система может содержать управляющий механизм, предназначенный для управления буровым наконечником на основе данных, полученных от каротажных устройств.
В еще одном варианте осуществления изобретения ориентирующая система может дополнительно содержать второй излучатель, причем второй излучатель может быть расположен в обсадной трубе или во второй обсадной трубе.
Данное изобретение также относится к способу направления движения с использованием описанной выше ориентирующей системы, причем указанный способ содержит следующие этапы:
- бурение ствола скважины в одном направлении бурения, - подача сигнала посредством излучателя каротажного устройства,
- выявление сигнала после его отражения от обсадной трубы,
- передача сигнала в виде данных к смежному детектору,
- прием данных, представляющих отраженные сигналы, от каротажных устройств,
- вычисление положения и направления обсадной трубы,
- управление буровым наконечником в соответствии с вычисленным положением обсадной трубы,
в котором этапы вычисления выполняются одновременно с бурением ствола скважины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено подробное описание данного изобретения и его многочисленных преимуществ со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, которые для иллюстрации показывают некоторые неограничительные варианты осуществления изобретения и на которых:
на фиг.1 показана ориентирующая система, направляющая движение бурового наконечника относительно существующей обсадной трубы,
на фиг.2 изображено каротажное устройство, расположенное в муфте обсадной трубы,
на фиг.3 показано каротажное устройство, расположенное в трубчатой муфте,
на фиг.4 изображен коммуникационный блок, расположенный во второй муфте,
на фиг.5 показан второй излучатель, расположенный во второй обсадной трубе,
на фиг.6 изображен другой вариант осуществления ориентирующей системы.
Все чертежи являются схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для объяснения изобретения, поэтому другие части не показаны или показаны без объяснения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к ориентирующей системе 1, предназначенной для намеренного бурения обсадной трубы 3 с тем, чтобы выполнить в ней сброс давления или избежать столкновения с ней. На фиг.1 показана ориентирующая система 1, содержащая буровой наконечник 2, присоединенный к бурильной колонне 6 или буровой трубе для бурения ствола скважины в породе. Буровая труба выполнена из группы труб, соединенных посредством соединительных средств 8, например, муфт обсадной трубы, муфт буровых труб или, трубных соединений, при этом через буровую трубу к буровому наконечнику 2 подают текучую среду под давлением.
В соединительном средстве 8 буровой трубы расположено каротажное устройство 9, предназначенное для выполнения измерений во время бурения для направления бурового наконечника 2 так, чтобы ввести его в столкновение с обсадной трубой 3 или избежать столкновения с ней. Соответственно, каротажные устройства 9 разнесены друг от друга на расстояние с длиной, соответствующей стандартной длине труб, соединенных для образования буровой трубы. По меньшей мере одно каротажное устройство 9 содержит излучатель 12, предназначенный для подачи сигнала, который отражается от обсадной трубы 3 в первом стволе 4 скважины. Каждое каротажное устройство 9 содержит детектор 13, предназначенный для выявления отраженного сигнала, и поскольку все каротажные устройства 9 разнесены друг от друга на расстояние и все они выявляют один и тот же сигнал, то положение обсадной трубы 3 можно определить путем тригонометрических вычислений.
Каждое каротажное устройство 9 содержит устройство 10 передачи данных и устройство 11 приема данных, при этом, когда первое каротажное устройство 9 принимает отраженный сигнал, то первое каротажное устройство передает данные, представляющие выявленный отраженный сигнал, к смежному второму каротажному устройству 9. Второе каротажное устройство также выявляет отраженный сигнал. Однако, поскольку второе каротажное устройство расположено на расстоянии от первого каротажного устройства 9 и под углом к нему, то указанный отраженный сигнал проходит большее расстояние при его выявлении одним каротажным устройством по сравнению с другим каротажным устройством. Таким образом, положение и направление обсадной трубы 3 можно определить путем тригонометрических вычислений.
Как показано на фиг.1, ориентирующая система 1 содержит коммуникационный блок 14, который также расположен так, что связан с соединительным средством 8. Коммуникационный блок 14 разделяет бурильную колонну 6 на верхнюю часть 15 и нижнюю часть 16. Коммуникационный блок 14 содержит устройство 17 приема данных и принимает данные, представляющие отраженные сигналы, передаваемые каротажными устройствами 9. Коммуникационный блок 14 собирает данные, причем коммуникационный блок 14 содержит процессор 18, предназначенный для обработки данных с созданием одного массива данных, отображающих вектор положения обсадной трубы 3 относительно бурового наконечника 2 ориентирующей системы 1. Коммуникационный блок 14 передает наверх указанный массив данных через буровую трубу или в нее, или непосредственно к оператору, который может определить, бурит ли буровой наконечник 2 второй ствол 5 на заданном расстоянии, или необходимо выполнить корректировку направления бурения, чтобы избежать столкновения с существующей обсадной трубой. Коммуникационный блок 14 содержит устройство 24 передачи данных, предназначенное для передачи управляющих сигналов к буровому наконечнику 2 при необходимости выполнения корректировки направления бурения. Коммуникационный блок 14 принимает команды от оператора и передает их посредством каротажных устройств 9 к буровому наконечнику 2.
Коммуникационный блок 14 содержит коммуникационное устройство 19, предназначенное для передачи наверх одного массива данных через верхнюю часть бурильной колонны 6. Один способ передачи к оператору осуществляют путем пульсации в буровом растворе. Поскольку коммуникационный блок 14 обрабатывает все данные, полученные от каротажных устройств 9, с формированием одного массива данных, то объем данных уменьшен до такой степени, что пульсация в буровом растворе является приемлемым способом. Под формулировкой пульсация в буровом растворе понимается использование пульсации давления, которое распространяется в скважинном флюиде. Расстояние от коммуникационного блока 14 до верхней части ствола скважины может быть довольно большим, поэтому использование других способов связи может оказаться невозможным. Таким образом, возможность обработки данных в стволе скважины является очень полезной, так как позволяет передавать больший объем информации к верхней части ствола скважины за более короткий период времени.
Вместо пульсации в буровом растворе для беспроводной связи между коммуникационным блоком 14 и устьем скважины можно использовать звуковое или электромагнитное излучение, например радиоизлучение, для передачи данных от детекторов и команд к буровому наконечнику. Между коммуникационным блоком 14 и устьем скважины могут быть расположены промежуточные устройства передачи/приема данных в качестве промежуточных станций связи, если данные необходимо передавать на дальние расстояния.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, команды от оператора к буровому наконечнику 2 подаются непосредственно от коммуникационного блока 14 к буровому наконечнику 2, например, в виде пульсаций в буровом растворе.
На фиг.2 показано каротажное устройство 9, встроенное в муфту обсадной трубы или муфту буровой трубы. Каротажное устройство 9 содержит излучатель 12 и детектор 13. Излучатель 12 подает сигнал в породу, а детектор 13 выявляет указанный сигнал после его отражения от находящихся в породе элементов и существующей обсадной трубы. Каротажное устройство 9 содержит устройство 10 передачи данных и устройство 11 приема данных, обеспечивая возможность передачи данных, представляющих отраженный сигнал, к оператору или коммуникационному блоку 14 посредством смежных каротажных устройств 9.
Устройство 10 передачи данных и устройство 11 приема данных каротажного устройства могут быть встроены в муфту или расположены в углублении, выполненном на внутренней стороне муфты, при этом, если два трубчатых элемента буровой трубы находятся в собранном состоянии, трубчатые элементы герметизируют каротажное устройство. При расположении в углублении каротажное устройство может быть заменено, если оно оказалось поврежденным после установки.
Как показано на фиг.3, каротажное устройство 9 также может быть связано с муфтой буровой трубы так, что каротажное устройство 9 прикреплено к муфте. В этом случае, ориентирующая система 1 может быть легко введена в существующую систему буровых труб.
Как показано на фиг.4, коммуникационный блок 14 содержит устройство 17 приема данных, предназначенное для приема данных от каротажных устройств 9, и процессор 18, предназначенный для обработки данных с формированием одного массива данных и передачи одного массива данных к оператору на поверхность посредством коммуникационного устройства 19. Коммуникационное устройство 19 также содержит передатчик 24, предназначенный для передачи управляющих сигналов к буровому наконечнику 2 либо через каротажные устройства 9, либо напрямую через пульсации во флюиде.
Как показано на фиг.5, ориентирующая система 1 также может содержать второй излучатель 22, расположенный во второй обсадной трубе 23, находящейся в третьем стволе скважины. Такое решение может быть полезным для направления движения бурового наконечника так, чтобы ввести его в столкновение с первой обсадной трубой в существующем первом стволе 4 скважины, или избежать столкновения с ней, так как сигналы от второго излучателя 22 также могут быть выявлены детекторами каротажных устройств 9. Таким образом, второй излучатель 22 обеспечивает дополнительные измерения, что в результате приводит к более точным измерениям положения и направления существующей обсадной трубы, с которой буровой наконечник 2 необходимо ввести в столкновение или с которой буровой наконечник 2 должен избежать столкновения.
Излучатель 12, 22 является источником звука или источником магнитного поля.
Как показано на фиг.6, ориентирующая система 1 содержит приспособление 20, погруженное в буровую трубу для сбора данных от коммуникационного блока 14. В случае, если приспособление 20 не является полностью погруженным в буровую трубу, для продвижения приспособления 20 до нужного положения в трубе можно использовать приводное устройство 21, например скважинный трактор. Скважинный трактор является любым видом приводного оборудования, способного продвигать приспособления в скважину или вытягивать их из скважины, например, Well Tractor. Приспособление 20 соединено с проводной линией связи или с разъемным кабелем, которые можно использовать для передачи данных.
Процессор 18, расположенный в коммуникационном блоке 14, выполняет все вышеупомянутые вычисления непосредственно после получения измерений с последующей их передачей к поверхности. Таким образом, информация о направлении и положении бурового наконечника 2 относительно обсадной трубы 3 является доступной для оператора практически мгновенно, что обеспечивает возможность выполнения необходимых действий без дополнительной задержки.
Таким образом, нет необходимости в передаче больших объемов данных или их долгой последующей обработке, для которой для интерпретации указанных данных требуется наличие персонала.
Способ с использованием ориентирующей системы 1 содержит следующие этапы:
- бурение ствола в одном направлении бурения,
- подача сигнала посредством излучателя 12 каротажного устройства
9,
- выявление сигнала в двух каротажных устройствах после его отражения от обсадной трубы 3,
- передача сигнала в виде данных к смежному каротажному устройству, расположенному ближе всего к верхней части скважины, - прием данных, представляющих отраженные сигналы, от каротажных устройств 9,
- вычисление положения и направления обсадной трубы 3,
- управление буровым наконечником 2 в соответствии с вычисленным положением обсадной трубы 3,
причем этапы вычисления выполняют одновременно с бурением ствола скважины.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, этапы измерения и вычисления выполняют в коммуникационном блоке одновременно с бурением ствола скважины до передачи данных к верхней части ствола скважины или к приспособлению, введенному в буровую трубу.
Этапы измерения и вычисления выполняют одновременно с бурением ствола скважины, то есть по меньшей мере один раз в час, предпочтительно по меньшей мере каждые 0,5 часа, предпочтительнее по меньшей мере один раз в 10 минут. Также, можно выполнять данные этапы чаще, например, несколько раз в секунду.
Для того, чтобы обеспечить бурение ствола скважины в заданном положении, ориентирующая система 1 может также содержать средство позиционирования.
Под флюидом или скважинным флюидом понимается любой тип флюида, который может присутствовать в нефтяных или газовых скважинах, например, природный газ, нефть, буровой раствор на углеводородной основе, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип состава газа, присутствующего в скважине, завершенной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип состава нефти, например, сырая нефть, текучая среда, содержащая нефть, и так далее. Таким образом, газ, нефть и содержащие воду текучие среды могут все содержать другие элементы или вещества, отличные от газа, нефти и/или воды.
Под обсадной трубой понимается любой тип трубы, трубопровода, трубчатого элемента, перекрывателя, колонны труб и так далее, которые используют в скважине при добыче нефти или природного газа.
Хотя изобретение описано выше в отношении предпочтительных вариантов осуществления изобретения, специалисту в данной области техники очевидно, что возможно внесение различных модификаций без выхода за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные в нижеследующей формуле изобретения.