CC BY
64
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 1 (14)
УДК 550. 832
Измерение увода бурового инструмента и угла закручивания бурильной колонны
Г.А. Цветков3, С.А. Крюковъ
a Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: [email protected] b Пермский государственный национальный исследовательский политехнический университет, 614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29.
E-mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 14 ноября 2011 г.)
Предлагается конструкция, позволяющая измерять увод инструмента и угол закручивания буровой колонны для ориентации долота на забое и проводке скважин. Для максимальной точности устройство устанавливается максимально близко к породоразрушающему инструменту.
Ключевые слова: инклинометрия, бурение, ускорение, гравитация
Применяемая компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины включает породоразрушающий инструмент, кривой переводник с шарнирной соединительной муфтой, забойный двигатель и расположенный над ним инклинометр. Инклинометр оборудован измерительным модулем азимутального угла для установки отклонителя. Траектория ствола скважины выдерживается с помощью системы получения скважинной информации в процессе бурения (MWD). Недостатком указанного устройства является неустойчивость процесса ориентирования из-за непредсказуемого закручивания низа бурильной колонны и увода инструмента. Увод долота при бурении возникает вследствие неравномерной плотности породы, вибрации буровой колонны и несовершенства инструмента. Телесистема «Сперри-Сан» включает датчик динамических параметров «ДДС» бурильной колонны, предназначенный для определения разрушающих вибраций. Используя информацию, получаемую от датчика, можно оптимизтровать условия, вызывающие проскальзывание, удар, биение
долота. Закручивание буровой колонны происходит под действием реактивного момента двигателя турбобура и вследствие трения между колонной и стенками скважины, напряженного состояния горных пород.
Предлагаемая конструкция позволит измерять увод инструмента и угол закручивания буровой колонны при ориентации долота на забое и построении нефтегазовых скважин. Модуль-устройство устанавливается максимально близко к породоразрушающему инструменту.
Существует автоматизированная система измерения пространственных угловых отклонений [1, 2, 3], состоящая из наклономера с подвесом инерциальной массы на газодинамической опоре, расположенного на платформе, которая имеет возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси. Она позволяет измерять две пространственные (рис.1) координаты отклонения контрольных площадок от горизонта, а также вычислить угол закручивания (скрутки). Чувствительными элементами являются акселерометры, расположенные так, что их оси чувствительности
© Цветков Г.А., Крюков С.А., 2012
составляют ортогональную измерительную систему координат.
Исходная система координат OXYZ инструментом. Перед спуском в скважину (рис. 2) связана с устьем скважины. Ось инструмент ориентируют так, чтобы си-
ОХ направлена на магнитный север, ось стемы координат OXYZ и О^пС совпада-OZ - вертикально. Измерение проводится ли. в системе координат О^пС, связанной с
Рис.1. Структурная схема измерения углов увода
Рис.2. Углы рассогласования между базовой системой координат XOYZ, и системой £ОцСпри измерении: ¥- азимутальный угол; а-угол закручивания БК; [3 -угол наклона продольного оси
Е того положения, когда Wr| = О, ♦ max
На систему действует ускорение направленное вдоль оси ОZ. Проекции ускорения на связанные оси О^пС будут иметь вид:
*W = - g *СОБ~ *СОБ '■
I “
I W< = g йзт ~ о Н g *шз~ йзт ■' йзт о |wt = -g *sш ■■■ о Н g *яп ~ *яп о
. (1)
Углы в и Т малы, тогда sinp = в, sinT = Т, cosP = cosT =1. Выражение (1) примет вид iW = - g kcos~
I
|W, = g ksin ~
|w, = - g kcos ~ k- Й g ksin ~ k]
(2)
[1,2,3].
Тогда
w, = w,
k- I -Т
или
U3 kg
KH з kU 2 max
Далее
W, = Wv k
W
-Й W, k] I
W,
W
(4)
, W, W,
Т — І —
w,;; Wm
-Й1!;
.(5)
или
■ g kcos~
iW =
I
|W, = g ksin ~
|w, = W^ k- Й W, k]
(3)
Угол закрутки найдём из первых двух уравнений системы (3):
Соотношение (3) позволяет определить угол скрутки а.
Для определения углов в и ¥ следует развернуть платформу вокруг оси О^ до
W,
~ТЙ arctgwr
(6)
В статье рассмотрен принцип измерения углов увода бурового инструмента в процессе построения нефтегазовых скважин и угла закручивания.
Точностные характеристики системы зависят от условий использования и кон-
кретного конструктивного решения, напряженного состояния горных пород в естественном залегании за счет гравитационных и других сил [4, 5].
Библиографический список
1.Цветков Г.А., Утробин Г.Ф., Каган М.Г. Автоматизированная системаконтроля пространственных угловых отклонений / Вестн. Перм. техн. ун-та. Аэрокосмическая техника. 2004 . №18. С. 130-134.
2.Цветков Г.А., В.А. Каплун, Певзнер Л.А. Инерционные характеристики элементов компоновки низа бурового инструмента в вопросах стабилизации, ориентации и прецизионного построения скважин // Матер. Всерос. совещ. Ярославль, 2001. С. 193-196.
3.Цветков Г.А., Каган М.Г., Костицын В.И. Повышение точности определения положе-
Система позволяет применять программные средства повышения точности при проводке скважин.
ния забоя скважин минимизацией погрешностей пеленгации сейсмических колебаний // Наземная, морская и аэрогравиметрия: измерение на неподвижных и подвижных основаниях: матер. Междунар. симпозиума. г.Санкт-Петербург, 2007 . С. 18-19.
4.Цветков Г.А, Балуева Н.Ю., Костицын В.И. Повышение точности метрологического обеспечения инклинометрических изме-рений//Научные исследования и инновации/ Перм. техн. ун-т. 2009. Т.3, №4. С. 98-103.
5.Цветков Г.А. Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс для определения массово-инерциальных характеристик КЛА /Перм. воен. ин-т. Пермь, 2003.
Measurement of Withdrawal and Twisting Angle of Boring Column
G.A. Tsvetkova, S.A. Kryukovb
aPerm State National Research University, 614990, Perm, Bukirev st., 15 E-mail: [email protected]
bPerm State National Researching Polytechnic University. 614990, Perm, Komsomolski av., 29. E-mail: [email protected]
The tool to measure of the withdrawal and the angle of twist at the wiring holes is proposed.
Keywords: measurement, withdrawal, twisting, acceleration, gravity.
Рецензент - доктор технических наук В.И. Костцын
