Система контроля взаимного ориентирования стволов скважин при кустовом бурении
SYSTEM FOR MONITORING THE MUTUAL ORIENTATION OF WELLBORES DURING CLUSTER DRILLING

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству скважин при кустовом бурении с использованием телеметрических систем для контроля направления бурения.
В патенте РФ № 2232861 (МПК Е21В7/04, Е21В47/022, заявл. 25.04.2003) описан способ предупреждения пересечения стволов скважин при кустовом бурении, реализуемый с помощью системы, содержащей датчик вибрации, расположенный в эксплуатационной колонне, усилитель-преобразователь сигнала и технологический контроллер.
Недостатком этой системы является использование в качестве информационного параметра мощности упругих колебаний, поступающих от вибраций долота в процессе бурения. В результате гашения породой уровень сигнала, полученный на устье скважины после прохождения упругих колебаний от забоя будет слишком низок для идентификации.
Система контроля взаимного ориентирования стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин по патенту РФ 2405106, МПК Е21В47/022, заявл. 18.06.2009 содержит глубинную часть в виде установленного над долотом диполя, генерирующего электромагнитные колебания, и эксплуатационную колонну, и наземную часть, включающую преобразователь комплексного электрического сопротивления участка цепи, образованной бурильной колонной и горной породой околодипольной области в напряжение. А также преобразователь комплексного электрического сопротивления участка цепи, заключенной между долотом бурящейся скважины и эксплуатационной колонны ранее пробуренной скважины. В качестве контролируемого параметра используется комплексное электрическое сопротивление породы в зоне потенциального контакта долота и колонны ранее пробуренной скважины.
Недостаток указанной системы в том, что расчеты комплексного электрического сопротивления участка околодипольной области, из-за сильного шунтирования всей остальной частью горной породы, будут иметь сильную погрешность, а, следовательно, будет неточным выбор порогового напряжения для предупреждения об аварийном сближении стволов. Не учитывается в расчетах комплексного электрического сопротивления информация о токе излучаемого сигнала. Также не учитывается тот момент, что при кустовом бурении все ранее пробуренные скважины, особенно оснащенные забойными электрическими центробежными насосами, подключены в общий контур заземления. Поэтому из-за шунтирования сигнала контуром заземления невозможно контролировать п-количество данных скважин одновременно без учета их траектории.
Задачей изобретения является повышение надежности контроля ориентирования стволов относительно друг друга и обеспечение безопасного сближения бурящейся скважины с ранее пробуренной.
Поставленная задача решается тем, что система контроля взаимного ориентирования стволов скважин при кустовом бурении содержит в своем составе глубинную часть в виде забойной электромагнитной телесистемы пробуриваемой скважины и по меньшей мере одной эксплуатационной колонны расположенной в ранее пробуренной скважине, и наземное оборудование, при этом в состав наземного оборудования входит линейный приемник электрического сигнала, содержащий последовательно соединенные между собой сумматор, на входы которого поступают сигналы от антенны бурящейся скважины и от второй антенны, функцию которой выполняет колонна эксплуатационной скважины, фильтр, линейный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, подключенный через интерфейс к персональному компьютеру, а также датчик положения талевого блока, при этом контролируемыми параметрами при бурении служат точная глубина забоя, рассчитанная с помощью датчика положения талевого блока, а также напряжение принятого сигнала и информация о токе излучаемого сигнала в горную породу околодипольной области, принятые на поверхности с помощью линейного приемника между устьем бурящейся скважины, выполняющим функцию первой антенны, и эксплуатационной колонной, ранее пробуренной скважины, выполняющей функцию второй антенны сравнения.
Поскольку диполь забойной электромагнитной телесистемы излучает в горную породу ток, то в этой породе образуются токи рассеяния, которые доходят до поверхности и наводят между двумя точками на поверхности сигнал напряжения. И чем дальше от поверхности находится диполь, тем слабее этот сигнал. Поэтому в качестве контролируемого параметра используется не только принятое линейным приемником напряжение между двумя колоннами, но информация о токе излучаемого сигнала в горную породу околодипольной области.
Забойная электромагнитная система в непрерывном режиме передает на поверхность эту информацию. Датчик талевого блока, используемый совместно с линейным приемником, необходимы для построения графика затухания сигнала на поверхности от глубины забоя и частоты, при бурении первой скважины. В дальнейшем, полученная информация о затухании электромагнитного сигнала используется при бурении соседней скважины, чтобы исключить возможное пересечение.
Линейный приемник на поверхности принимает сигнал напряжения между стволами двух скважин. Резкое повышение уровня напряжения сигнала на линейном приемнике, не связанное с увеличением тока (мощности) излучения, вследствие снижения комплексного сопротивления горной породы на участке между долотом и соседним стволом, свидетельствует об аварийном сближении стволов. В качестве порога напряжения, при котором распознается аварийное сближение, используется опорное напряжение, полученное из графика затухания сигнала от глубины и частоты.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая функциональная схема системы, а на фиг.2 - графики зависимости уровня напряжения сигнала от глубины забоя и тока от глубины забоя.
Система контроля (фиг.1.) взаимного сближения стволов при кустовом бурении скважин содержит телесистему 1 с диполем, излучающим электромагнитные волны, содержащие инклинометрические и каротажные данные, в том числе об уровне излучаемого тока, принимаемые на поверхности антенной 2, в качестве которой используется устье скважины, и по меньшей мере одну ранее пробуренную эксплуатационную колонну 3, выполняющую функцию второй принимающей антенны. На устье пробуриваемой скважины установлен технологический комплекс, содержащий датчик положения талевого блока 4 или любое другое оборудование для определения глубины забоя.
Линейный приемник содержит сумматор 5 на входы которого поступают сигналы от антенны бурящейся скважины и от второй антенны, функцию которой выполняет колонна эксплуатационной скважины, фильтр 6, линейный усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и микроконтроллер 9 подключенный через интерфейс USB 10 к персональному компьютеру 11 со специализированным программным обеспечением. В расчетах используется также информация о текущей глубине забоя, полученная с помощью технологического оборудования, например, датчика положения талевого блока.
Система работает следующим образом. В качестве одной из антенн всегда применяется устье скважины 2. Опытным путем при бурении первой скважины в данной местности определяют зависимость уровня напряжения сигнала на поверхности от глубины забоя (фиг.2). Для этого с помощью линейного приемника принимают сигнал от устья скважины 2 и стандартной антенны 12, переданный с помощью диполя телеметрической системы, и измеряют его напряжение, а также используют показания талевого блока, для определения текущей глубины забоя. После этого полученные данные отображаются в виде зависимости напряжения от глубины и используются в качестве опорного значения.
Во время бурения следующей скважины происходит приём сигнала, принятого между её устьем и эксплуатационной колонной ранее пробуренной скважины. Полученный сигнал напряжения, совместно с информацией о глубине забоя, полученной с помощью датчика талевого блока, накладывают на уже построенный график зависимости уровня напряжения сигнала от глубины забоя. Эта зависимость имеет логарифмический характер и график выглядит как гипербола с монотонным убыванием уровня напряжения сигнала с увеличением глубины (кривая 1). При приближении к эксплуатационной колонне ранее пробуренной скважины сигнал от диполя станет проходить не только через породу, но и, в основном, по колонне ранее пробуренной скважины. В этом случае уровень сигнала начнет расти, несмотря на увеличение глубины (кривая 2).
Информация о токе (мощности) сигнала, передаваемая непрерывно забойной телесистемой, необходима для предотвращения ложных предупреждений сближения (кривая 3), вследствие роста тока излучения, вызванного возможным повышением скорости вращения генератора, напрямую связанным с возможным увеличением расхода бурового раствора. А также для снижения вероятности ложного срабатывания системы при прохождении долотом геологических слоёв с очень низким комплексным электрическим сопротивлением.
Предлагаемая система контроля взаимного ориентирования стволов скважин при кустовом бурении использует стандартное телеметрическое и технологическое оборудование, применяемое при бурении скважины без дополнительного оснащения.