Устройство для корректировки траектории горизонтальной скважины в процессе бурения

Использование: к области контроля проводки горизонтальных скважин, в частности, к устройствам для непрерывного определения в процессе бурения границ пластов и границ разделов нефть-газ и нефть-вода и корректировки траектории горизонтальной скважины. Сущность полезной модели: устройство для корректировки траектории горизонтальной скважины в процессе бурения, включающее источник акустического излучения, подключенный к объемной системе приемников акустических колебаний, выход которой через усилитель подсоединен к аналого-цифровому преобразователю, и исполнительный механизм управляемого отклонителя, согласно полезной модели, снабжено блоком определения девиации частоты акустических колебаний и датчиком зенитного угла положения отклонителя в проектном коридоре проводки скважины, причем выход аналого-цифрового преобразователя подсоединен к блоку определения девиации частоты акустических колебаний, а выходы последнего и датчика зенитного угла подключены к блоку определения направления отклонения, подсоединенного к исполнительному механизму управляемого отклонителя. Устройство позволяет повысить достоверность упреждающей пеленгации границ раздела нефть-газ и нефть-вода, а также глубинность определения границ пласта.

Полезная модель относится к области контроля проводки горизонтальных скважин, в частности, к устройствам для непрерывного определения в процессе бурения границ пластов и границ разделов нефть-газ и нефть-вода и корректировки траектории горизонтальной скважины.

Известны устройства для контроля положения ствола горизонтальной скважины, включающие геофизический зонд, выполненный, например, в виде детектора гамма-излучения, забойный инклинометр и отклонитель, причем угловое положение плоскости фокусировки зонда совпадает с плоскостью отклонителя (RU №95118810, кл. Е 21 В 1995).

Также известно устройство для корректировки траектории горизонтальной скважины, включающее фокусированный гамма-детектор, обеспечивающий запись как общей гамма-активности, так и гамма-активности от верхней и нижней частей разреза, что, позволяет диагностировать уплотненные линзы и пропластки в продуктивном пласте, а также кровлю и подошву пласта и на базе этой информации корректировать

траекторию скважины. (В.Н.Широков и др., Скважинные геофизические информационно- измерительные системы., М., НЕДРА, 1966, с.290).

Из известных устройств наиболее близкой к предлагаемому является устройство для корректировки траектории горизонтальной скважины в процессе бурения, включающее объемную систему гидрофонов, воспринимающих акустическое излучение от работающего долота, выполняющего функцию источника излучения, вблизи которого расположена излучающая антенна электромагнитного радара, а выше системы гидрофонов - приемная антенна электромагнитного радара. В указанном устройстве по суммарной информации об отраженных акустических и электромагнитных сигналах производится непрерывное определение расстояний от ствола скважины до границ раздела нефть-вода и нефть-газ и, соответственно, корректировка траектории ствола скважины (В.Н.Широков и др., Скважинные геофизические информационно-измерительные системы., М., НЕДРА, 1966, с.290-291).

Недостатком известных устройств является невысокая точность и недостаточная оперативность контроля траектории скважины, что обусловлено малой глубинностью и достаточно большим удалением геофизических зондов от долота.

В основу настоящей полезной модели положена задача создания устройства для корректировки траектории горизонтальной скважины в процессе бурения, обеспечивающего повышение достоверности упреждающей пеленгации границ раздела нефть-газ и нефть-вода, а также глубинности определения границ пласта.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для корректировки траектории горизонтальной скважины в процессе бурения, включающее источник акустического излучения, подключенный к объемной системе приемников акустических колебаний, выход которой через усилитель подсоединен к аналого-цифровому преобразователю, и исполнительный механизм управляемого отклонителя, согласно полезной

модели, снабжено блоком определения девиации частоты акустических колебаний и датчиком зенитного угла положения отклонителя в проектном коридоре проводки скважины, причем выход аналого-цифрового преобразователя подсоединен к блоку определения девиации частоты акустических колебаний, а выходы последнего и датчика зенитного угла подключены к блоку определения направления отклонения, подсоединенного к исполнительному механизму управляемого отклонителя;

а также тем, что в качестве источника акустического излучения используют работающее долото; а также тем, что источник акустического излучения выполнен в виде генератора акустических колебаний, установленного вблизи долота.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг.1. приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - блок-схема алгоритма работы блока определения девиации частоты акустических колебаний.

Устройство состоит из источника акустических колебаний 1, в качестве которого выступает работающее долото или генератор акустических колебаний, установленный вблизи долота, подключенного к объемной системе приемников 2 акустических колебаний, выход которой через усилитель 3 подсоединен к аналого-цифровому преобразователю 4, блока определения девиации частоты акустических колебаний 5, датчика зенитного угла 6 положения отклонителя в проектном коридоре проводки скважины, блока определения направления отклонения 7 и исполнительного механизма управляемого отклонителя 8. Выход аналого-цифрового преобразователя подсоединен 4 к блоку определения девиации частоты акустических колебаний 5, а выходы последнего и датчика зенитного угла 6 подключены к блоку определения направления отклонения 7, подсоединенного к исполнительному механизму управляемого отклонителя 8.

Принцип действия предлагаемого устройства основан на зависимости спектральной характеристики акустических шумов от твердости горных пород. Например, для глины с твердостью 99 кгс/мм² частотна область

максимума спектральной характеристики охватывает интервал 3,1-3,3 кГц, а для доломита с твердостью 295 кгс/мм ² - 2,7-2,9 кГц. При приближении работающего долота к той или иной границе раздела наблюдается эффект девиации частоты акустических колебаний f, что и является основанием для определения в процессе бурения указанных границ.

Устройство работает следующим образом.

Акустические колебания от работающего долота 1 принимаются объемной системой приемников акустических колебаний 2, которые преобразуют указанные колебания в электрический сигнал. В свою очередь электрический сигнал поступает на нормирующий усилитель 3 и далее на аналого-цифровой преобразователь 4. Оцифрованный сигнал обрабатывается блоком определения девиации частоты 5 с целью анализа спектральных характеристик последовательно зарегистрированных виброакустических сигналов, в результате которого определяется характеристическая частота каждого из этих сигналов и рассчитывается величина частотного сдвига (девиация) f между ними. В случае, если f=0 следует вывод об однородности разбуриваемой среды. Если f0, это означает, что бурильный инструмент находится в переходной области у границ раздела.

Далее сигналы с блока определения девиации частоты 5 и датчика зенитного угла 6 подаются на блок определения направления отклонения 7, который определяет не только факт приближения к границам пласта, но и пространственное положение границы. Например, если зенитный угол больше 90 градусов и девиация частоты f0 это означает, что буровой инструмент приближается к кровле пласта. В данном случае блок 7 выдаст сигнал на исполнительный механизм управляемого отклонителя 8 для уменьшения зенитного угла и отхода от кровли пласта.

Алгоритм работы блока определения девиации частоты 5 содержит следующие основные операторы:

1 - пуск;

2 - подпрограмма приема текущего акустического сигнала;

3 - подпрограмма вычисления спектральной характеристики сигнала;

4 - подпрограмма вычисления девиации частоты f;

5 - сравнение девиации частоты f c нулем (0>f>0);

6 - подпрограмма запоминания спектральной характеристики предыдущего сигнала;

7 - конец.

1. Устройство для корректировки траектории горизонтальной скважины в процессе бурения, включающее источник акустического излучения, подключенный к объемной системе приемников акустических колебаний, выход которой через усилитель подсоединен к аналого-цифровому преобразователю, и исполнительный механизм управляемого отклонителя, отличающееся тем, что оно снабжено блоком определения девиации частоты акустических колебаний и датчиком зенитного угла положения отклонителя в проектном коридоре проводки скважины, причем выход аналого-цифрового преобразователя подсоединен к блоку определения девиации частоты акустических колебаний, а выходы последнего и датчика зенитного угла подключены к блоку определения направления отклонения, подсоединенного к исполнительному механизму управляемого отклонителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника акустического излучения используют работающее долото.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник акустического излучения выполнен в виде генератора акустических колебаний, установленного вблизи долота.