Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ БУРОВОЙ КОЛОННЫ НА МЕСТОРОЖДЕНИЕ ПО АЗИМУТУ

Изобретение относится к области бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин и может быть использовано при наведении ствола скважины в проектную точку продуктивного пласта по азимуту из вертикального положения буровой колонны.

Известен способ контроля азимута отклонителя в процессе бурения (патент 2091577, Е21В 47/022, публ. БИ 27-97), заключающийся в измерении составляющих магнитного поля Земли в виде отношения двух напряжений с феррозондов.

Недостатком известного способа является невозможность его применения при кустовом бурении скважин на суше и бурении морских скважин с одной платформы, где расстояние между стволами в верхнем участке 5-7 метров. Такой способ наведения может стать причиной повреждений соседних работающих скважин, так как магнитное поле в зоне измерений искажено. Кроме того, этот способ не может быть применен при разбуривании горизонтальных стволов из фонда старых обсаженных вертикальных скважин, в которых феррозонды не работают.

Известен способ измерения параметров искривления скважины (заявка на изобретение 95103371, Е 21 В 47/02, публ. БИ 2-97), взятый в качестве прототипа, заключающийся в измерении зенитного угла, азимута и положения отклонителя, в установке над отклонителем диамагнитной трубы, в которую устанавливают и фиксируют относительно отклонителя магнитометрический инклинометр с фиксированными относительно корпуса датчиками зенитного угла и азимута, а их ориентирование в плоскости искривления скважины осуществляют с устья скважины путем поворота буровой колонны и контролируют по показаниям датчика положение отклонителя.

Недостатком известного способа является необходимость установки диамагнитной трубы длиной от 3-х до 25 метров (в зависимости от широты места) над отклонителем и невозможность наведения буровой колонны на месторождение из вертикального положения по азимуту, так как угол отклонителя определяют по формуле

где а_х, а_у - проекции ускорения силы тяжести на оси инклинометра, перпендикулярные продольной оси. При вертикальном положении буровой колонны величины проекций ускорений а_х, а_у близки к нулю, и величина угла отклонителя становится неопределенной. Это приводит к тому, что начальный участок траектории скважины по азимуту при переходе от вертикального участка к наклонному бурят со случайным первоначальным азимутом до тех пор, пока величина зенитного угла не достигнет величин, при которых азимут наклона ствола скважины будет определен однозначно (практически 3-5 градусов), после чего и производят поворот буровой колонны на заданный азимут.

Задача изобретения - повышение точности наведения буровой колонны на месторождение по азимуту из вертикального положения.

Поставленная задача решается тем, что в способе наведения буровой колонны на месторождение по азимуту, включающем фиксацию корпуса инклинометра относительно отклонителя и поворот колонны бурильных труб с устья скважины, определяют азимут А_м географический с устья скважины на месторождение, угол α между плоскостью действия отклонителя и измерительной осью инклинометра, а поворот бурильной колонны осуществляют до тех пор, пока азимут A_ZT текущий измерительной оси инклинометра будет равен A_м-α, если плоскость действия отклонителя расположена справа от измерительной оси инклинометра или A_м+α, если плоскость действия отклонителя расположена слева от измерительной оси инклинометра, при этом азимут A_ZT текущий в процессе поворота определяют по формуле

где ω_x, ω_у - проекции горизонтальной составляющей вращения Земли на оси инклинометра, перпендикулярные продольной оси.

Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

Таким образок, заявленное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 показано исходное положение буровой колонны в географической системе координат (вид сверху). На фигуре 2 показан результат поворота буровой колонны вокруг своей оси до тех пор, пока плоскость действия отклонителя совпадет с азимутом точки на месторождении.

Измерительная ось инклинометра Y (фиг.1) направлена на Север, ось Х - на Восток, а продольная ось инклинометра Z - вниз. В точке М условно показано месторождение. Угол α - угол между осью Y инклинометра и плоскостью действия отклонителя. X' и Y' - положение измерительных осей инклинометра после поворота буровой колонны. А_м -азимут географический с устья скважины на месторождение, A_ZT - азимут текущий, определяемый в процессе поворота буровой колонны (фиг.2).

Реализация способа производится в следующей последовательности. Первоначально определяют азимут географический с устья скважины на точку в контуре разрабатываемого месторождения (если не задан проектный азимут). Азимут географический может быть определен, например, азимутом прямой, соединяющей устье скважины с точкой месторождения на географической карте.

Угол α между плоскостью действия отклонителя и измерительной осью инклинометра считывают с отсчетной шкалы, нанесенной на корпус инклинометра. Нулевым отсчетом является риска положения измерительной оси Y инклинометра, оцифровка отрицательных углов идет влево от нуля, а положительных - вправо от нуля.

Угол α перед решением задачи вводят в вычислитель с пульта. Азимут текущий положения измерительной оси инклинометра определяют в вычислителе по формуле

где ω_x, ω_у - проекции горизонтальной составляющей вращения Земли на оси инклинометра, перпендикулярные продольной оси.

Проекции горизонтальной составляющей получают в виде
ω_x = ω_хи-Δω_x,
ω_у = ω_уи-Δω_у,
где ω_хи, ω_уи - измеренные составляющие угловых скоростей с выхода датчиков угловых скоростей по соответствующий осям.

Δω_х, Δω_у инструментальные систематические погрешности определения скоростей уходов, которые определяют по формулам
Δω_x=n₀+n₁a_x+n₂a_y+n₃a_z+n₄a_xa_y+n₅a_xa_z+n₆a_ya_z+ n₇a_xa_ya_z
Δω_у=m₀+m₁a_x+m₂a_y+m₃a_z+m₄a_xa_y+m₅a_xa_z+ m₆a_ya_z+m₇a_xa_ya_z
где n₀-n₇, m₀-m₇ - постоянные коэффициенты для данного инклинометра, определяемые при калибровке.

Для реализации предложенного способа может быть использован, например, гироскопический инклинометр ИГМ-73-120/60.

Предложенный способ наведения буровой колонны на месторождение по азимуту позволяет исключить из траектории скважины участки с резким изменением азимута угла наклона скважины при переходе от вертикальных участков к наклонным, сократить затраты на бурение скважин, обеспечить безопасную работу соседних скважин при кустовом бурении, бурении морских скважин с одного основания, а также производить разбуривание горизонтальных стволов из фонда старых обсаженных вертикальных скважин.

Способ проверен на стенде предприятия. Погрешность наведения в любой точке не превышает 2,0 градуса, время наведения не более 3-х минут (длительность переходного процесса в датчиках угловой скорости).