ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОВОДКИ НАКЛОННОЙ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области проводки наклонных и горизонтальных скважин, а именно к телеметрическим системам для измерений в процессе бурения траекторных (зенитный угол, азимут ствола скважины), технологических (осевая нагрузка на долото, крутящий момент, давление промывочной жидкости, температура на забое, частого вращения долота), геофизических (естественное гамма-излучение и электрическое сопротивление горной породы) параметров бурового процесса, а также положения двигателя-отклонителя.
Известна телеметрическая система для измерения в процессе бурения с использованием двигателя-отклонителя зенитного угла, азимута ствола скважины и положения самого двигателя-отклонителя относительно текущего искривления ствола или по отношению к магнитному полюсу земли. Известная телеметрическая система включает установленный в диамагнитном корпусе измерительный модуль с датчиками зенитного угла, азимута ствола скважины и положения двигателя-отклонителя, колонную электропроводную секцию в виде геофизического кабеля, нижний конец которого электрически связан с измерительным модулем, а верхний конец через подъемное устройство - с наземной аппаратурой, и кабельный переводник с боковым входом. Нижняя часть геофизического кабеля расположена внутри бурильной колонны, а верхняя часть выше кабельного переводника с боковым входом с наружной стороны бурильной колонны (см., например, патент РФ №.2078921, кл. Е 21 В 47/022).
Недостатками известной телеметрической системы являются:
- высокая вероятность повреждения части геофизического кабеля, расположенной снаружи бурильной колонны и нарушения связи измерительного модуля с наземной аппаратурой;
- невозможно производить бурение с вращением бурильной колонны;
- наличие геофизического кабеля снаружи бурильной колонны не позволяет осуществлять герметизацию скважины в случае нефтегазопроявлений;
- необходимость синхронизации спуска и подъема бурового инструмента и геофизического кабеля (от переводника до лебедки) существенно осложняет проведение различных технологических операций.
Более удобной в технологическом аспекте и наиболее близкой к заявляемому объекту является телеметрическая система, для контроля проводки наклонной и горизонтальной скважины, содержащая источник питания; измерительный модуль с контактным узлом, соединенным с наземной аппаратурой для обработки, сохранения и визуализации информации посредством информационного канала связи, состоящим из расположенных в полости бурильной колонны и оснащенных контактными элементами верхней электропроводной секции, клапана с электропроводящим элементом, колонных электропроводных секций и внутриколонного электрического кабеля /см., например, патент РФ №2140537, Кл. Е 21 В 47/022, 7/ 04/.
Известная телеметрическая системы содержит расположенные в бурильных трубах и в компоновке низа бурильной колонны автономные источники питания в виде аккумуляторов или электрических батарей, необходимые для питания ретрансляторов и измерительного модуля соответственно. Наличие нескольких источников питания усложняет конструкцию известной телеметрической системы и снижает надежность и ресурс работы, так как неисправность или отказ одного из источников питания приводит к прекращению поступления сигналов к наземной аппаратуре. Кроме того, в информационном канале связи, выполненном в виде колонных электропроводных секций с электрическими дросселями, имеет место интенсивное затухание информационных сигналов с увеличением длины канала, что ограничивает глубину применения известной телеметрической системы относительно неглубокими скважинами.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы телеметрической системы.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в расширении области ее применения за счет использования системы при бурении глубоких наклонных или горизонтальных скважин, а также боковых стволов с применением высокопроизводительных долот и гидравлических забойных двигателей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что телеметрическая система для контроля проводки наклонных и горизонтальных скважин, содержащая источник питания, измерительный модуль с контактным узлом, соединенным с наземной аппаратурой для обработки, сохранения и визуализации информации посредством информационного канала связи, состоящим из расположенных в полости бурильной колонны и оснащенных контактными элементами верхней электропроводной секции, клапана с электропроводящим элементом, колонных электропроводных секций и внутриколонного электрического кабеля, снабжена нижней электропроводной секцией и соединенным с ней дополнительным контактным узлом, размещенными в информационном канале связи между внутриколонным электрическим кабелем и измерительным модулем, причем источник питания расположен в наземной аппаратуре, а контактные элементы выполнены гальваническими. Кроме того дополнительный контактный узел и контактный узел измерительного модуля выполнен в виде трубчатого корпуса с резьбовыми соединениями, в котором установлена электропроводящая секция с контактными элементами на концах, а в верхней части трубчатого корпуса установлен фиксатор контактного элемента, при этом нижний контактный элемент нижней электропроводной секции расположен в фиксаторе контактного элемента измерительного модуля.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично показан общий вид устройства, на фиг.2 - колонная
электропроводная секция, на фиг.3 - нижняя электропроводная секция в сборе с бурильной трубой, на фиг.4 - дополнительный контактный узел.
Телеметрическая система для контроля проводки наклонных и горизонтальных скважин содержит наземную аппаратуру, включающую источник питания 1, блок 2 для обработки и сохранения информации, устройство для визуализации информации в виде электронного табло 3, измерительный модуль 4 и информационный канал связи.
Информационный канал связи состоит из расположенных в полости бурильной колонны верхней электропроводной секции 5, клапана 6 с электропроводящей секцией 7, колонных электропроводных секций 8, внутриколонного электрического кабеля 9, нижней электропроводной секцией 10, дополнительного контактного узла 11. Верхняя электропроводная секция 5, электропроводящая секция 7 клапана 6, колонные электропроводные секции 8, внутриколонный электрический кабель 9, нижняя электропроводная секция 10 снабжены гальваническими контактными элементами в виде стержня 12 и ответной ему муфты 13, которые имеют узлы крепления 14.
Дополнительный контактный узел 11 состоит из трубчатого корпуса 15 с резьбовыми соединениями 16, в котором установлена электропроводящая секция 17 с контактными элементами, выполненными на концах в виде стержня 12 и муфты 13, и фиксаторами 18. Контактный узел измерительного модуля 4 выполнен в виде контактного стержня 12 и расположенного во внешнем диамагнитном корпусе 19 телеметрической системы над контактным стержнем 12 фиксаторов 18. Гальваническая муфта 13 нижней электропроводной секции 10, которая расположена в специальной (утолщенной или гибкой) бурильной трубе 20, установлена таким образом, чтобы при свинченном резьбовом соединении 16 располагалась в фиксаторе 18 контактного узла измерительного модуля 4.
Верхний конец внутриколонного электрического кабеля 8 закреплен в посадочном узле 21, расположенном в верхней части бурильной трубы 22. Верхняя электропроводная секция 5 установлена в полости ведущей трубы 23, а ее верхний конец электрически связан с устройством для передачи данных,
которое связано с вертлюгом 24 буровой установки (не показана) и может быть выполнено в виде токосъемника 25 с электрическим проводом 26 или в виде системы беспроводной связи.
Диамагнитный внешний корпус 19 телеметрической системы через ориентирующий узел 27 жестко соединяется с корпусом забойного двигателя-отклонителя 28, на валу которого установлен породоразрушающий элемент 29.
Работа телеметрической системы для контроля проводки наклонных и горизонтальных скважин осуществляется следующим образом.
Диамагнитный внешний корпус 19 телесистемы через ориентирующий узел 27 соединяется с забойным двигателем-отклонителем 28, на валу которого установлен породоразрушающий элемент 29. С помощью ориентирующего узла 27 диамагнитный внешний корпус 19 фиксируется в положении, при котором ноль датчика положения отклонителя измерительного модуля 4 совпадает с направлением искривления двигателя-отклонителя 28. Над диамагнитным внешним корпусом 19 с помощью резьбового соединения 16 закрепляется специальная бурильная труба 20. При этом гальваническая муфта 13 нижней электропроводной секции 10 будет расположена в фиксаторе 18 и соединена с гальваническим стержнем 12 измерительного модуля 4.
Над специальной бурильной трубой 20 устанавливается дополнительный контактный узел 11, корпус 15 которого соединяется со специальной бурильной трубой 20 посредством резьбы 16. Электропроводящая секция 17 дополнительного контактного узла 11 через гальваническую муфту 13 соединяется с ответным элементом нижней электропроводной секции 10.
Затем производится спуск в скважину собранной таким образом компоновки низа бурильной колонны путем свинчивания обычных бурильных труб 22. После достижения компоновкой низа бурильной колонны известной глубины внутрь образованной таким образом бурильной колонны с помощью специальной лебедки (не показана) спускается внутриколонный электрический кабель 9 до стыковки с гальваническим стержнем 12 нижней электропроводной секции 10. При этом верхний конец внутриколонного электрического кабеля 9
закрепляется в посадочном узле 21. В случае необходимости, например, если длина внутриколонного электрического кабеля 9 недостаточна для проведения забуривания наклонного ствола скважины на глубине, предусмотренной проектом, на бурильной колонне размещают второй дополнительный контактный узел 11 и производят дальнейший спуск компоновки низа бурильной колонны в скважину обычным образом. После достижения долотом 29 расчетной точки скважины в бурильную колонну спускается вторая секция внутриколонного электрического кабеля 9 до посадки гальванической муфты в фиксатор 18 второго дополнительного контактного узла 11 и ее соединения с гальваническим стержнем 12.
Верхний конец второй секции внутриколонного электрического кабеля 9 закрепляется в посадочном узле 21.
С собранной таким образом бурильной колонной соединяется ведущая труба 23 с верхней электропроводной секцией 5 и закрепленным на ее нижнем конце клапаном 6, который включает электропроводящую секцию 7 с гальваническими контактными элементами 12, 13. Затем через вертлюг 24 буровой установки внутрь бурильной колонны подается промывочная жидкость, необходимая для работы забойного двигателя-отклонителя 28. Долото 29 устанавливают на забой скважины и создают путем разгрузки бурильной колонны требуемую осевую силу. Посредством источника питания 1 к забойному модулю по информационному каналу подают электрический ток. По сигналам от датчика положения отклонителя определяют относительно магнитного полюса земли или кривизны ствола скважины, если оно имеется, направление изгиба двигателя-отклонителя 28. Путем поворота ведущей трубы 23 устанавливают двигатель-отклонитель 28 в проектное направления и осуществляют направленное бурение скважины на длину ведущей трубы 23. При этом производятся измерения зенитного угла и азимута ствола скважины, а также другие параметры по количеству установленных в измерительном модуле 4 датчиков.
Сигналы от измерительного модуля 4 по части информационного канала, расположенного внутри бурильной колонны поступают к связанному с вертлюгом
24 токосъемнику 25, от которого по электрическому проводу 26 поступают в блок 2 обработки и сохранения информации. После проведения необходимых расчетов с помощью специального программного обеспечения информация о параметрах траектории, режиме бурения поступает на электронное табло 3. На основании полученной информации оператор осуществляет оперативное управление буровым процессом.
После углубления скважины на длину ведущей трубы 23 бурение останавливают. Бурильную колонну приподнимают и отворачивают ведущую трубу 23. Для наращивания бурильной колонны применяют обычную бурильную трубу 22, внутри которой на узлах 14 крепления установлена колонная электропроводная секция 8. После закрепления резьбового соединения 16 бурильной трубы 22 производят контроль контакта гальванических элементов 12, 13. Затем на бурильную колонну устанавливается ведущая бурильная труба 23 и производят дальнейшее направленное бурение скважины. Описанный процесс повторяют до достижения проектных параметров ствола скважины.
В зависимости от поставленной технологической задачи могут иметь место различные варианты компонования информационного канала связи.
Телеметрическая система для контроля проводки наклонных и горизонтальных скважин обеспечивает измерение и надежную передачу информации с забоя скважины к наземной аппаратуре независимо от выполняемой технологической операции, вида и качества промывочной жидкости, условий ее циркуляции в скважине. При этом информация передается в реальном масштабе времени и ее объем практически не ограничен.