книги / Техника и технология строительства боковых стволов в нефтяных и газовых скважинах

риска двигателя-отклонителя

Рис. 16.15. Схема устройств ОК-36 и ОЭМ-36 для ориентирования отклонителя: 1— риска отклонителя; 2 — двигатель отклонителя; 3 — «нулевая» метка; 4 — ориентатор ОК-36; 5 — ориентатор ОЭМ-36.

ротом бурильной колонны вправо. Угол установки двигателя-отклонителя определяется по формуле

где Д(р=фХР-ср0; a0, cp0— фактический зенитный угол и азимут на забое; аТР, Фтр — требуемый зенитный угол и азимут для вскрытия пласта в проектной точке.

Ориентируя двигатель-отклонитель, необходимо учитывать, что:

—показание «О» на регистрирующем приборе ориентатора соответствует совпадению плоскости действия отклонителя с апсидальной плоско­ стью скважины;

—снятие отсчетов ориентатором ОК-36 производится беспрерывно в процессе механического бурения, требуемая точность преобразования обеспечивается лишь при наличии вибрации от работающего двигате­ ля отклонителя;

—снятие отсчетов ориентатором ОЭМ-36 в процессе механического бу-

рения производится периодически, продолжительность включения не

более 3 мин;

— работы по принудительному изменению азимута, как правило, необ­ ходимо кончить при зенитных углах меньше 20 град.

Телесистема предназначена для передачи по трехжильному каротажному кабелю информации о зенитном угле и направления действия отклонителя по отношению к апсидальной плоскости скважины. Для контроля азимута она применяется совместно с гироскопом и инклинометром, диаметром 36 мм. Комплектуется немагнитной УБТ с наружным диаметром 105 мм и технологической оснасткой для проложения кабеля.

Основные технические данные. Габариты забойного модуля, мм:

Наземная аппаратура имеет цифровое и аналоговое (стрелочные прибо­ ры) отображение информации.

В разработке находятся телесистема ЭТО-3 для передачи информации о направлении, включая азимут, и телесистема-ЭТО-4, которая, кроме пара­ метров направления, имеет модуль гамма-каротажа. В этих системах ис­ пользуется одножильный каротажный кабель.

Разработчик ЭТО-2М ОАО «НПО «Буровая техника» — ВНИИБТ. Разработчик ЭТО-3 и ЭТСИ ОАО НПО «Буровая техника» — ВНИИБТ

совместно с ЗАО СКВ «ОРЕОЛ», г. Москва.

Технологическая оснастка телеметрических систем с ЭКС содержит сле­ дующие устройства:

Устройство ввода кабеля УВК предназначено для ввода каротажного ка­ беля с измерительным устройством во внутренний канал бурильной колон­ ны и его герметизации от утечек бурового раствора. Имеет различные типо­

размеры (табл. 16.8).

Ориентирующий переводник типа ОН предназначен для о р и е н т и р о в а н и я

чале 70-х гг., не закончилась до сих пор. Если ведущие зарубежные специа­ листы значительно преуспели в использовании для этой цели колебаний столба промывочной жидкости (гидравлический канал связи), то пальму первенства при использовании сигнала электромагнитного поля следует от­ дать нашим соотечественникам, предложившим и совершенствующим электромагнитный или гальванический канал.

Системы того и другого класса имеют определенные преимущества и не­

достатки, однако те и другие достаточно успешно используются на прак­ тике.

Например, явным преимуществом гальванического канала связи (при сравнении с гидравлическим) является повышенная надежность деталей за­ бойных устройств, контактирующих с абразивным потоком бурового рас­ твора, а недостатками — ограничение дальности действия свойствами по­ род геологического разреза, ее зависимость от материала бурильных труб, отсутствие возможности исследований в море и в соленых отложениях, достаточно высокая сложность электронного управляющего блока.

Позже (1969 г.), с учетом опыта создания аппаратуры БЭТА-1 была раз­ работана система КУБ-1, предназначенная для проведения электрического каротажа в процессе турбинного бурения (КП+ПС). Так в 1976 г. в Удмур­ тии была испытана система люминесцентного каротажа. Испытания пере­ численных экспериментальных образцов показали перспективность ис­ пользования гальванического канала связи и поставили ряд новых задач по расширению комплекса исследований, а главное, по обеспечению стабиль­ ности и надежности работы всех компонентов системы, по их защите от ударов и вибраций, увеличению дальности действия каналов и пр.

За последнее десятилетие появилось несколько новых технических пред­ ложений, в которых реализуются дополнительные возможности гальвани­ ческого канала связи. Эти предложения реализованы в отечественных за­ бойных телеметрических системах ЗИС-4 «Забой», разработанных в Баш­ кортостане в ВНИИГИС, и их модификациях, которые реализуют различ­ ные отделившиеся от ВНИИГИС компании (НПНК «Эхо», ТОО «Ноябрьсксервис»). Заметим, что все эти модификации незначительно отличаются друг от друга, а их устройство и функционирование могут быть объяснены на примере их «прародителя» — телеметрической системы ЗИС-4, разрабо­ танной сотрудниками ВНИИГИС в середине 80-х гг. Датчики угловых ве­ личин в этой системе были изготовлены с помощью Уфимского авиацион­

ного института.

В своем составе ЗИС-4 имеет скважинный прибор, рассчитанный на ра­ боту в составе бурильной колонны, и наземное устройство для приема и выделения полезного сигнала с последующим его преобразованием и реги­ страцией. Дальность действия системы считается равной 5000 м, однако на практике устойчивый и регистрируемый сигнал был получен с глубины до 3000 м. Диапазон измерения зенитного угла 0—60°С с погрешностью ±30? (для горизонтальных скважин диапазон датчика был увеличен до ПО С). Диапазон измерения азимута и положения отклонителя 0—360 С, погреш­

ность ±2°С.

Параметры канала связи и дальность его действия в значительной мере зависят от средневзвешенного электрического сопротивления пород, материала, из которого сделаны трубы, от наличия в буровом растворе нефтя­ ных добавок и других факторов. Сам канал основан на создании электриче­ ских полей, доходящих до поверхности за счет токов растекания. При этом в качестве одного электрода используется колонна бурильных труб, изоли­ рованная вставкой от корпуса низкочастотного генератора, а второй элек-

(ЛБТ) либо из титана или «нержавейки», в которой размещены генератор переменного тока 4 на постоянных магнитах, приводимый во вращение гидротурбиной 14, и аппаратурный контейнер 3, внутри которого размеще­ ны инклинометрические датчики 5, блок управления процессом записи 6, устройство управления коммутацией канала связи 7, состоящее из каналь­ ных счетчиков 8, коммутатора считывания 9 и формирователя импульсов считывания 11. Там же размещены коммутатор канала связи 10, устройство управления работой системы 12 и источник питания 13. Для электрическо­ го разобщения глубинного прибора и колонны труб, необходимого для вво­ да сигналов в канал связи, предусмотрена изолирующая вставка 1 из стек­ лопластика, пропитанного эпоксидной смолой.

Система работает следующим способом. В процессе бурения поток про­ мывочной жидкости приводит в движение ротор генератора 4, дающий пе­ ременный электрический ток, зависящий от частоты вращения турбины. Через некоторое время необходимое для разгона генератора и ориентирова­ ния инклинометрических датчиков устройство управления 12 подключает к прибору источник питания 13, одновременно с включением прибора с уст­ ройства 12 в блок 6 поступает сигнал начала измерений, который произво­ дит начальную установку канальных счетчиков 8, а затем цифровую регист­ рацию в них данных измерений, выполненных датчиком 5. После заверше­ ния цикла измерений и заполнения счетчиков устройство 12 по сигналу, поступающему с блока 6, подключает к счетчикам коммутатор считывания 9, который последовательно дозаполняет счетчики (начиная с первого) им­ пульсами, сформированными в блоке 11 из сигналов генератора перемен­ ного тока 4. В начале дозаполнения любого счетчика открывается коммута­ тор канала связи 10 и сигналы генератора вводятся в канал связи до момен­ та переполнения счетчика, определяющего значение соответствующего па­ раметра, импульсом переполнения закрывается коммутатор канала связи, и коммутатор через заданный промежуток времени считывает информацию с последующих датчиков.

После переполнения последнего счетчика и завершения цикла считыва­ ния информации через время t2 вырабатывается сигнал начала нового цик­ ла измерений и передачи. При этом число периодов сигнала передачи в ка­ ждом канале измерений и передачи пропорционально измеряемым пара­ метрам n,=f(a), n2=f(0), а ’ Разделение параметров достигается различием пауз в канале передачи • В данной системе с цифровой передачей информа­ ции сигнал вводится в канал связи только при нулевых значениях фазы, чем исключаются переходные процессы и упрощается схема выделения и считывания сигнала. Передача информации занимает 1,5—2 мин. и повто­ ряется через каждые 5 мин. В качестве источника питания могут быть ис­ пользованы как химические элементы, так и специальные генераторы или выпрямленное напряжение генератора 4 (рис. 16.16).

В 1993—1995 гг. к разработке ЗТС с электромагнитным каналом связи достаточно активно подключились различные предприятия. В частности научно-исследовательский институт прикладной механики имени академи­ ка В. И. Кузнецова («Ротор»), специалисты которого, использовав то об­ стоятельство, что в АООТ «Ноябрьскнефтегаз» испытывался аналог ЗИС-4, названный разработчиками, отделившимися от основной группы в составе малого предприятия ЗИТ-1. Они решили на базе ранее разработанных ги­ роскопических датчиков создать забойный измерительный комплекс и в

1994 г. изготовили и провели его полевые испытания.

Следует отметить и систему, разработанную в Башкирии и названную разработчиками ЭХО АТ-3. Успешные испытания этой системы в процессе

бурения на месторождениях Татарстана подтвердили некоторые преимуще­ ства примененных в ней технических решений. Однако, каких-либо прин­ ципиальных отличий от системы ЗИС-4 ЭХО АТ-3 не имеет и является лишь ее модификацией.

Самый большой объем работ в России выполняется аппаратурой ЗИС-4 (более 60 объектов с горизонтальными стволами в Башкирии, Удмуртии и Татарии, в 1993—1996 гг.). Примерно столько же объектов с горизонталь­ ными стволами разработаны системой ЗИС-4 в Западно-Сибирском регио­ не, но приборами, изготовленными на местных заводах. Сейчас эти ЗТС сменили названия — на базе ЗИС-4 во ВНИИГИС созданы три различных модификации: ЗТС-170, ЗСТ-155 и ЗТС-54.

При помощи других систем исследованы лишь единичные объекты, они еще окончательно не сформировались и постоянно модифицируются. Сла­ бым звеном на пути их широкого внедрения являются сравнительно малая надежность и отсутствие в структурном составе описанных ЗТС геофизиче­ ских зондов, позволяющих привязывать траекторию ствола к конкретной геологической ситуации.

Как уже говорилось, из-за ряда чисто субъективных причин ведущие за­ рубежные фирмы целенаправленной разработкой систем с электромагнит­ ным (гальваническим) каналом в настоящее время не занимаются, а систе­ мы подобного класса, созданные фирмами «Теле-Дрилл», «Геосервис» и «Девел-ко», не только не превосходят отечественные разработки, но и усту­ пают им, т. к. в их составе отсутствует забойный генератор, используются электрические батареи сравнительно малой мощности, что усугубляет сла­ бые стороны ЗТС этого вида. По оценкам экспертов, предлагаемые на зару­ бежных рынках ЗТС с электромагнитным каналом связи успехом не поль­ зуются. В табл. 16.11 приведена классификационная схема отечественных ЗТС для контроля забойных параметров в процессе бурения горизонталь­ ных скважин.

Таблица 16.11. Классификационная схема отечественных забойных телеметриче­ ских информационных систем (ЗТС) для контроля забойных параметров в процессе бурения горизонтальных скважин

16.3.1. Телеметрическая система ЗИС-4М

Телесистема (рис. 16.17) предназначена для измерения и передачи с за­ боя на устье скважины по электромагнитному каналу связи (колонна бу­ рильных труб) информации об азимуте, зенитном угле и направлении дей­ ствия отклонителя.

Передача информации осуществляется с помощью электромагнитных волн, формируемых между долотом и электрически изолированным участ­ ком колонны бурильных труб. Организация-разработчик — ВНИИгеофизи-

ческих исследований скважин (ВНИИГИС).

ЗИС-4М — забойная телеметрическая система предназначена для из-