Устройство для определения положения забоя скважин

 

Изобретение относится к области промысловой геофизики. Целью изобретения является упрощение системы датчиков и повышение точности определения координат забоя скважин независимо от их траектории. Устройство содержит четыре датчика, генератор и вычислитель координат забоя, работающий через схему сопряжения, куда поступают импульсы, управляющие моментами начала и конца отсчета времени . Отсчет времени начинается с момента начала генерирования сигнала генератором электрических сигналов на устье скважины. После преобразования импульсов в пачку или единичный импульс формирователем они поступают в приемник, генерирующий акустический сигнал Б колонну. В результате акустический сигнал, дойдя до точки забоя , частично отражается от бурильного инструмента обратно в колонну, а частично проходит по породе. Затем фиксируются моменты его прихода к датчикам на поверхности. 4 ил. с Ф (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

2527 А ") (19) (Н) (51)4 С 01 V 1/40

Г

>7- r

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:,„, g

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ср,"„,„„

f.t,4 ф (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЗАБОЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к области промысловой геофизики. Целью изобретения является упрощение системы датчиков и повьппение точности опре деления координат забоя скважин не(21) 4045263/24-25 (22) 28 ° 03.86 (46) 30,04.88. Бюл. ))- 16 (71) Южное отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки (72) Л.Ф. Крайзман и Ю.Б. Штейман (53) 550.83(088.8) (56) Патент США В 3979724, кл. С 01 Ч 1/40, 1976.

Патент США В 3980986, кл. G 01 Ч 1/00, 1977. зависимо от их траектории. Устройство содержит четыре датчика, генератор и вычислитель координат забоя, работающий через схему сопряжения, куда поступают импульсы, управляющие моментами начала и конца отсчета времени. Отсчет времени начинается с момента начала генерирования сигнала генератором электрических сигналов на устье скважины. После преобразования импульсов в пачку или единичный импульс формирователем они поступают в приемник, генерирующий акустический сигнал в колонну. В результате акустический сигнал, дойдя до точки забоя частично отражается от бурилье ного инструмента обратно в колонну, а частично проходит по породе. Затем фиксируются моменты его прихода к датчикам на поверхности. 4 ил.

1392527

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения координат забоя скважины.

Пель изобретения — упрощение системы датчиков и повышение точности измерений.

Устройство содержит четыре датчика, три из которых располагают на произвольном расстоянии от устья скважины, а четвертый размещают на прямой, соединяющей любые два из них. Произвольное расположение трех датчиков исключает неудобства при проведении специальных топогеодезических работ. Три датчика служат для регистрации проходящего по породе акустического сигнала, а четвертый датчик — для определения средней скорости прохождения акустического сигнала по породе. Таким образом, для определения координат забоя скважины необходимо и достаточно использование четырех датчиков.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема вычислителя; на фиг. 3 — расположение генератора-приемника акустических колебаний; на фиг. 4 — пространственное расположение датчиков.

Устройство состоит иэ генератора

1 акустических колебаний на устье скважины, размещенного в окне под пальцем крепления серьги вертлюга, датчиков 2-5, .точки забоя 6 скважины, формирователя 7 импульсов, генератора

8 электрических сигналов, схемы 9 сопряжения, вычислителя 10 и дисплея

11.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал, генерируемый генератором 8 на устье скважины, после преобразования формирователем

7 импульсов в пачку или единичный импульс поступает на генератор-приемник 1, который генерирует акустический сигнал в колонку. Дойдя до точки забоя 6 сигнал частично отражается от бурильного инструмента обратно в колонну, а частично проходит по породе, после чего фиксируются моменты его прихода к датчикам 2-5 «а поверхности

На вычислитель 10 (фиг. 2) через схему 9 сопряжения поступают импульсы, управляющие моментами начала и конца отсчета времени. «хема сопряжения содержит фильтр, дифференциальную це10

50 почку и служит для выделения переднего фронта импульсов. В исходном состоянии на выходах триггеров 12-16 вычислителя устанавливается напряжение логического нуля и импульсы, генерируемые генератором, не проходят на счетчики 17-21. В момент начала генерации сигнала на устье скважины на R-входы триггеров 13-16 и счетный вход триггера 12 поступает импульс, изменяющий напряжение на их выходах до логической единицы. Импульсы с генератора начинают поступать на счетчики 17-21. Конец счета осуществляется запиранием логических схем 22-26 по мере прихода ударных волн к датчикам. и в связи с этим изменением напряжения на выходе триггеров. После окончания счета всеми счетчиками определяются времена распространения

Т Т Т 4 и Т акустического сигна ла до датчиков и Т< по колонне труб, вычисляется средняя скорость v распространения акустического сигнала по породе (блок 27) и определяются координаты точки забоя скважины: r расстояние от датчика 2 до забоя скважины (блок 28); 8 вЂ, угол между лучами с началом координат в месте расположения датчика 2, соединяющими датчики 2 и 3 с точкой забоя скважины (блок 29); — угол между лучами с началом в месте расположения датчика 2, соединяющими датчики 2 и 5 и датчик 2 с точкой забоя скважины (блок 30). Все результаты вычислений выводятся на дисплее 11. Приемник на устье скважины, функцию которого выполняет генератор, фиксирует удвоенное время 2Т< распространения сигнала по колонне, а датчики на поверхности — суммарные времена распространения сигнала по колонне и породе

1 I

Т,= Т+ Т,; Тз Т+ T), Т,— Т+ Т, Т -= Т,+ Т

Отсчет времени начинается с момента начала генерирования сигнала. Отсюда можно найти времена распространения сигнала по породе от забоя скважины ! до датчиков Т = Т Т Т = Т Т1

I

Т4 Т Т Т Т Т

Определим сначала среднюю скорость распространения сигнала по породе.

Поскольку через прямую и точку, не лежащую на этой прямой, всегда можно провести плоскость, то всегда можно провести перпендикуляр с точки забоя скважины на прямую, соединяющую три

1392527 (1., +L) г+ (vT ) г (vT>) 10

3L

Тг Тг

2 4

v2 где ч

v—

Т

Т, Т

T55 H

Т

5 датчика. Точка пересечения перпендикуляра с прямой в общем случае удалена от одного из датчиков на отрезок 6 . Если обозначить расстояние между датчиками 2 и 4 1., и между датчиками 4 и 5 Ь,, то из фиг. 4 видно, что

vT> ) -(L+g) =(чТ ) -дг (vT ) -(L+b, =(чТ ) г (1. )г (1)

< (vT ) -(vT ) =(L+a) — Ь (vT ) г — (vT ) 2 — (L+ Ь) г — (L — ь) г (2)

Из (1) ч (T2 -T3 ) -Т.г

Е (3)

2Ь чг (Тг-Т )+1,2 L2

Из (2) д =

Й. Е (4)

2 (L, +1.)

Приравняв формулы (3) и (4), находим

LúL +LL

v2 -- «! 4 (5) L (Тг Тг )+1 (Тг Тг ) 25

Покажем, что формула по прототипу является лишь частным случаем предлагаемой формулы. В нем рассмотрен вариант, когда L, =2L и Т = T5. Тогда из формулы (5) следует, что

Таким образом, наиболее простой 35 вид формула принимает при

2L

v2

Тг -2Тг +Тг и 4 5

Формула (5) справедлива для всех ча- 40 стных случаев расположения забоя скважины в пространстве.

Определяем координаты забоя в сферической системе координат, приняв эа начало отсчета любой датчик, 45 например второй. Обозначим расстояние между датчиками 2 и 3 Ь,г. Тогда измерив угол фа, что не представляет трудности вследствие прямой видимости датчиков 2, 3 и 3, 4, определим 50 углы и . Из треугольника 2-3-7, следует (чТ ) =Ь +(чТ )г-2I, чТ совр, из треугольника 2-5-7 (vT ) (L+L„)г+(чТ ) -2(L+L,)чТ сов . 55

Отсюда

Ьг +(ЧТгjг (ЧТ5)г

- агссоs 2L Т

Вычислив расстояние r между забоем и датчиком 2 по формуле r

У определим координаты положения забоя в любой системе координат с началом отсчета в точке расположения датчика

2.

Применение устройства позволяет повысить точность измерения при определении координат забоя скважины независимо от ее траектории.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для определения положения забоя скважин, состоящее из генератора акустических сигналов, являющегося также приемником отраженных от забоя сигналов и расположенного на вертлюге, датчиков, размещенных на поверхности около устья скважины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения системы датчиков и повьппения точности измерений, три датчика размещены произвольно относительно устья скважины, а один — на прямой, соединяющей любую пару из трех произвольно размещенных датчиков, причем координаты забоя скважины в сферической системе координат определяются по формулам:

Lг +(чтaà) г — (vT )

rM 9= arccos г5 )" 2L vT (т.+Ь, ) +(vT,) -(чТ )-"

2(1. +1.) т расстояние от первого датчика на прямой до забоя скважины; средняя скорость распространения акустического сигнала по породе; время распространения отраженного от забоя акустического сигнала до приемника на устье скважины; времена распространения отраженного от забоя акустического сигнала до датчиков на поверхности;

LI и 1 и — расстояния между датчиками;

5 1392527 угол между лучами с началом в месте расположения первого датчика, соединяющими первый датчик с датчиком вне прямой и первый датчик с точкой забоя скважины; угол между прямой, соединяющей датчики, и лучом с началом в месте положения первого датчика, проходящим через точку забоя скважины. дюж

1392527 фиа 4

Составитель В. Ищенко

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Шароши

Редактор A. Orap

Заказ 1888/5 1 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раутская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4