УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ СТВОЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR POSITIONAL CONTROL OF HORIZONTAL BOREHOLE

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для контроля положения ствола горизонтальной скважины между кровлей и подошвой пласта - коллектора, а также для литологического расчленения разреза в процессе бурения.
Известно устройство для контроля положения ствола горизонтальной скважины между кровлей и подошвой пласта - коллектора. Устройство содержит установленные в непосредственной близости от долота датчики гамма-каротажа, ориентированные под углом 180° друг к другу, и феррозонд, расположенный под углом 90° к диаметральной оси датчиков гамма-каротажа. Датчики гамма-каротажа и феррозонд расположены в отдельном измерительном наддолотном модуле с беспроводным электромагнитным каналом связи и снабжены электронной схемой согласования сигналов феррозонда с импульсами датчиков гамма-каротажа. Электронная схема согласования сигналов содержит блок управления, коммутатор переключения импульсов датчиков гамма-каротажа, счетчики импульсов гамма-каротажа, а также суммарный счетчик импульсов гамма-каротажа. При этом выход измерительной обмотки феррозонда подключен к входу блока управления, определяющего полярность выходного сигнала феррозонда и связанного с коммутатором. Коммутатор обеспечивает переключение каналов прохождения импульсов счетчиков гамма-каротажа в зависимости от полярности выходного сигнала феррозонда, в соответствующие счетчики импульсов гамма-каротажа, обозначенные как ГК - «верх» или ГК - «низ», выходы которых соединены с суммарным счетчиком импульсов гамма-каротажа - «сумма», соединенным с измерительной схемой наддолотного модуля. (Патент RU 2362012, класс Е21В 47/02, G01V 3/30, приоритет 21.01.2008 г.).
Недостатком известного устройства является отсутствие в конструкции упругих элементов, значительно гасящих механические вибрацию и удары, что уменьшает надежность устройства в целом, а также жесткая установка датчиков в корпусе, что приводит к соударению датчиков при воздействии вибраций и ударов. Кроме того, конструкция подвержена влиянию больших нагрузок и вибраций, что ухудшает регистрационные характеристики.
Известна аппаратура для определения направления скважины в процессе бурения в виде конструкции с направленным датчиком гамма-каротажа, содержащая ряд счетчиков Гейгера-Мюллера, расположенных в отрезке трубы над буровой коронкой и несколько магнитных и гравитационных датчиков, обеспечивающих направленную характеристику в процессе вращения датчиков гамма-каротажа. Эти ориентационные датчики включают акселерометры и магнитометры, пригодные для обнаружения изменений в ориентации и позиции приборного переводника. Акселерометры способны выявлять в реальном времени вращательное смещение от эталона по мере его возникновения в процессе бурения. Датчики магнитного потока, или магнитометры, облегчают выявление азимутальной ориентации прибора на основе магнитного поля Земли. (Патент WO 02082124, класс Е21В 47/022, G01V 3/38, приоритет 06.04.2001 г., прототип).
По данным акселерометров можно вычислить апсидальный угол гравиметра и ориентацию ряда гамма - счетчиков. Выход магнитометра являет собой синусоидальную волну, период которой является скоростью вращения, и амплитуда которой представляет позицию прибора в магнитном поле Земли. Во время вращения измеряется выход магнитометра и определяется его амплитуда от пика до пика. Обладая этой информацией и применяя известные математические формулы, устанавливают угловую позицию магнитометра в любой данный момент.
Недостаток известной аппаратуры заключается в сложности конструкции, содержащей ряд счетчиков Гейгера-Мюллера и специальный механизм со ступенчатым двигателем для позиционирования окон для пропускания излучения. Кроме того, здесь используется до 8 магнитометров и несколько акселерометров, что также усложняет схему обработки сигналов и их согласование с показаниями гамма-счетчиков.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение оперативности управления процессом проводки при горизонтальном бурении скважин, в частности, в маломощных пластах.
Указанная задача решается тем, что устройство для контроля положения ствола горизонтальной скважины, содержит установленные в кожухе телесистемы основной и направленный блоки датчиков гамма-каротажа. Направленный блок датчиков гамма-каротажа помещен в свинцовый корпус с окном для регистрации направленного гамма-излучения, которое физически соотнесено к положению отклонителя. Блоки датчиков гамма-каротажа расположены в измерительном гамма-модуле с проводным каналом связи с блоком телесистемы и снабжены электронной схемой согласования сигналов телесистемы с импульсами датчиков гамма-каротажа, содержащей блок управления, коммутатор переключения подачи питания на блоки датчиков гамма-каротажа, источник постоянного тока, высоковольтные источники питания, счетчики импульсов гамма-каротажа, микропроцессор. При этом выход сигналов телесистемы подключен ко входу блока управления, определяющего вид выходного сигнала телесистемы и связанного с коммутатором, обеспечивающим переключение подачи питания на один из блоков датчиков гамма-каротажа в зависимости от вида выходного сигнала телесистемы.
На фиг.1 представлен корпус измерительного гамма-модуля с блоками датчиков гамма-каротажа.
На фиг.2 изображена схема согласования сигналов телесистемы с импульсами датчиков гамма-каротажа.
Измерительный гамма-модуль 1 содержит основной блок датчиков гамма-каротажа 2 и направленный блок датчиков гамма-каротажа 3, который помещен в свинцовый корпус 4 с окном для регистрации направленного гамма-излучения 5, которое физически соотнесено к положению отклонителя. Указанные датчики помещены в выемки корпуса измерительного гамма-модуля 1 с проводным каналом связи, передающим информацию на приемный модуль основной телесистемы, обеспечивающей проводку скважины.
На фиг.2 показана схема согласования сигналов телесистемы с импульсами основного и направленного блока датчиков гамма-каротажа. Она содержит блок управления 6, к которому подключен выход сигналов телесистемы 7, источник постоянного тока 8 подведен к входу коммутатора 9. Коммутатор 9 соединен со входом высоковольтного источника питания 10 основного блока датчиков гамма-каротажа 2 и входом высоковольтного источника питания 11 направленного блока датчиков гамма-каротажа 3. Ко входу микропроцессора 14 подведены выходы счетчика импульсов 12 основного блока датчиков гамма-каротажа 2 и выходы счетчика импульсов 13 направленного блока датчиков гамма-каротажа 3.
Устройство работает следующим образом.
В процессе бурения скважины по продуктивному пласту-коллектору происходит измерение гамма-излучения основным блоком датчиков гамма-каротажа 2, который измеряет гамма-излучение всех окружающих его пород и показания передаются на микропроцессор 14 и далее на приемный модуль основной телесистемы, обеспечивающей проводку скважины. Пласт-коллектор (песчаник) отличается существенно заниженными значениями гамма-излучения, в отличие от перекрывающих пород (глина). Среднее значение естественной радиоактивности для песчаника - 10-15 Бк/кг, для глины - 50-80 Бк/кг. Увеличение значений гамма-излучения по направлению бурения свидетельствует о том, что буровая компоновка приближается к границе пласта-коллектора. Для того, чтобы определить, в каком направлении происходит увеличение значений гамма-излучения сигнал от телесистемы 7 поступает в блок управления 6, который определяет тип сигнала и управляет работой коммутатора 9, а он, в свою очередь, переключает подачу питания от источника постоянного тока 8 на направленный блок датчиков гамма-каротажа 3 через высоковольтный источник питания 11. После переключения на направленный блок датчиков гамма-каротажа 3, происходит разворот буровой компоновки на 360° с одновременным замером гамма-излучения в каждом секторе разворота, направленным блоком датчиков гамма-каротажа 3. Анализ полученных значений гамма-излучения оператором позволяет определять местонахождение границы пласта относительно компоновки бурового инструмента и управлять процессом бурения.