Технические характеристики ориентирующих приборов

(конструкции ВИТРа)

Тип прибора…………………………………………….	КУРС	ЛУЧ	ОБ-13
Предел допускаемой погрешности ориентирования, град:
- при зенитных углах до 30…………………………...	10	10	5
- при зенитных углах от 3 до 50……………………..	10	7	5
- при зенитных углах от 5 до 100……………………	7	5	3-5
- при зенитных углах от 5 до 600……………………	5	5	3-5
Допустимое наружное гидростатическое давление, не более Па(кгс/см2)……………………..	245х105 (250)	294х105 (300)	245х105 (250)
Напряжение источника переменного тока, В……..	36/220	220	36/110/220
Размеры ориентатора, мм, не более:
- диаметр………………………………………………..	18	13	13
- длина…………………………………………………..	1500	1020	1500
Масса, кг:
- ориентатор……………………………………………	1,1	0,87	1,5
- пульт…………………………………………………...	4,85	2,4	5,0

Универсальный штыревой ориентатор УШО–12 (КазИМС) состоит из скважинного ориентатора и пульта управления [ ]. Ориентатор имеет гильзу, закрытую сверху головкой (свечной мост), а снизу – кожухом и переходником с ловителем. Внутри кожуха располагается длинный контактный стержень, опирающийся снизу заостренной иглой на опорную поверхность переходника, в то время как его верхняя шарообразная измерительная головка располагается между двумя параллельными контактными пластинами, вмонтированными в диэлектрическую колодку, в пазах которой помещены также диоды. Ориентация отклонителя обеспечивается при вращении колонны последовательным контактом стержня с токосъемными пластинами, в результате чего замыкается электрическая цепь ориентатора между пластинами и опорой датчика.

Контактные пластины конструктивно сдвинуты относительно центра датчика, поэтому при вращении бурильной колонны с ориентатором для поиска момента ориентации на пульте фиксируют две неодинаковые паузы (разрывы электрической цепи), это соответствует 14⁰ («короткий нуль») и 210⁰ («длинный нуль»). Поиск «короткого нуля» соответствует искомому положению отклонителя.

Техническая характеристика ориентатора ушо-12 Наружный диаметр, мм…………………………………………………12

Длина, мм………………………………………………………………… 1280

Масса, кг………………………………………………………………….. 1,2

Наибольшая глубина опускания в скважину, м……………………. 1500

Допускаемая величина гидростатического давления

промывочной жидкости на корпус ориентатора, Па……………… 14710⁵

Максимальная величина электрического тока,

проходящего через ориентатора, мА……………………………….. 10

Погрешность ориентации по азимуту при зенитных углах, град:

2⁰-3⁰………………………………………………………………… 14

3⁰-5⁰………………………………………………………………… 10

5⁰-10⁰………………………………………………………………. 8

10⁰-80⁰…………………………………………………………….. 5

Ориентатор электрический ОЭ–12 («Уралгеология») является прибором индикаторного типа, его особенностью является то, что в отличие от ориентаторов ЛУЧ, УШО его чувствительный элемент выполнен в виде шарнира, сблокированного с отвесом и подвижным контактным кольцом [ ]. Чувстви-тельный элемент выполнен во взаимодействии с вибратором, включающим соленоид с магнитом. Такое исполнение повышает чувствительность при малых зенитных углах (1-5⁰), обеспечивает плавное перемещение подвижного контактного кольца внутри корпуса датчика, где размещен узкий контакт, взаимодействие с которым кольца обеспечивает момент ориентации; это повышает точность и надежность ориентирования. Диапазон работы ориентатора по зенитным углам от 1 до 60⁰, предел погрешности 3-5 град. Защитная гильза прибора имеет наружный диаметр, равный 15 мм, глубина ориентирования – до 2000 м.

Ориентатор бесконтактный ОБ-13 (ВИТР)является промышленно освоенным бесконтактным прибором индикаторного типа с аналоговой характеристикой (рис. ). В приборе использован оптоэлектронный метод преобразования угла в электрический сигнал, что соответствует наиболее современному уровню по точности измерений. Принцип действия оптоэлектронного преобразователя, который заключается в том, что между источником света (светодиод) и приемником света (фотосопротивление, фотодиод, фототриод) располагается оптический чувствительный элемент с переменной плоскостью (например, пузырьковый уровень). При изменении измеряемого угла (вращение относительно апсидальной плоскости скважины) меняется величина светового потока от источника к приемнику света и соответственно изменяется ток, протекающий через приемник света, что фиксируется поверхностным пультом  . В качестве чувствительного элемента могут быть использованы: вращающаяся на оси непрозрачная механическая эксцентричная маска со щелью (а.с. № 607005) или пузырек воздуха в непрозрачной жидкости (а.с. № 620591), а оптоэлектронный преобразователь может работать как в проходящем, так и отраженном свете (рис. ).

В механическом варианте контакт 3 может подключаться к контактам 1 или 2 переключателя П, что позволяет измерять ток через осветитель 7 (контроль состояния изоляции линии связи) или через фотосопротивление 5 (измерение сигнала). В этом случае положительный полупериод синусоидального напряжения трансформатора 1 проходит через источник света 7, в то время как отрицательный полупериод – через усилитель 4 и фотосопротивление 5. Искомое положение прибора и соответственно отклонителя – «момент ориентации» – определяется по максимальному току фотосопротивления, что соответствует наибольшему отклонению стрелки микроамперметра «И» наземного пульта. В ориентаторе ОБ-13 использован второй вариант с пузырьковой камерой. В этом случае контакты 1, 2, 3 переключателя П замкнуты; через микроамперметр «И» пульта проходят токи отрицательного и положительного полупериодов, при этом ток осветителя (положительный полупериод) является опорным и прибор «И» реагирует на приращение тока в цепи приемника света 5 с усилителем 4. Утечки тока могут изменить значение максимума, но не повлияют на фиксирование момента ориентации.

Подобное конструктивное решение и создание на его основе оптоэлектронных ориентаторов с аналоговой характеристикой (более подробная информация дана в руководстве ориентатора ОБ-13) обеспечивает ряд существенных преимуществ по сравнению с ориентаторами релейного типа (ЛУЧ и УШО и др.):

• в чувствительном элементе отсутствуют электрический и механический узлы и их контакты, являющиеся основным источником отказов; это повышает надежность и работоспособность прибора;

• улучшена метрологическая характеристика прибора и точность определения угла установки;

• существенно повышена информативность прибора, так имеется возможность по движению стрелки миллиамперметра заранее получать информацию о подходе к искомому углу установки, т.е. «моменту ориентации», и об отходе от этого положения, можно также градуировать этот интервал;

• исключена возможность грубой ошибки на 180⁰ – «ложный нуль».

Ориентатор непрерывного контроля ОНК-1 (ДО ИМР).

Все перечисленные выше проводные ориентаторы имеют общий недостаток – они позволяют судить о положении отклонителя в скважине практически лишь в процессе его начальной ориентировки над забоем скважины, так как в дальнейшем буровой снаряд освобождается от жесткого крепления с отклонителем, а скважинный датчик извлекается или дезориентируется относительно отклонителя, таким образом отклонитель в процессе искусственного искривления скважины в новом направлении остается практически неконтролируемым. Ориентатор ОНК-1 позволяет осуществить пространственное ориентирование отклоняющих средств скользящего типа и контроль их положения в процессе бурения направленных скважин. Принцип его действия – электрическая проводная подача сигналов на поверхность, позволяющая фиксировать 3-4 позиции отклонителя в скважине.

Новой является конструкция призабойного датчика сигналов, устанавливаемая непосредственно на невращающийся корпус отклонителя. Датчик в разрезе и схема его работы показаны на рис. .Электрический трехпозицион-ный датчик позволяет давать сигналы на пульт управления (рис. ) по трем позициям пространственного положения отклонителя относительно апсидальной плоскости скважины; ориентатор состоит из диэлектрического основания 1, на вершине которого смонтирован контактный коллектор из трех изолированных контактов (а, в, с по А-А). Контакты соединены с диодами 2, которые размещены в специальных нишах основания (разрез по В-В, с). Сверху на основание навинчена крышка 3, имеющая камеру, выполненную в виде концентрической канавки, которая герметически закрывает коллектор. В ее полости помещается подвижный элемент, замыкающий поочередно контакты с крышкой. Подвижным элементом может служить капля ртути или шарик. Низ основания выполнен в виде 4-х диагонально симметричных штырей-ножек (разрез по Г-Г, к), которые свободно помещаются в специальные окна лимба-основания 5. В проточке основания винтом 6 закреплен подпружиненный контакт 7 (разрез Б-Б), который соединен через диодный мост с электрическим выходом коллектора.

В продольной полости датчика помещается промежуточный вал 8, соединенный с одной стороны с валом отклонителя 9, а с другой – через переходник 10 с бурильным валом. На промежуточном валу через изолятор 11 закреплен кольцевой скользящий контакт 12.

На промежуточном валу имеется радиальное отверстие, в которое ввинчен штифт-изолятор с продольным отверстием. В полости вала помещен выход центрального контакта датчика 13, который с одной стороны припаян к скользящему контакту 12, с другой – к контактной игле 14, помещенной в разборный изолятор 15, находящийся в полости переходника 10 и служащий одновременно обратным клапаном.

Таким образом, электрическая цепь: коллектор - диодный мост 2 -подпружиненный контакт 7 – скользящий контакт 12 – контактная игла 14 не прерывается в процессе вращения при неподвижном корпусе датчика.

В дальнейшем замыкание цепи происходит, как и при обычных электрических датчиках, через бурильную колонну с одной стороны и контактный штырь 16, опускаемый внутрь бурильной колонны на изолированном проводе лебедкой 17 (рис. ). При ориентации на поверхности датчик устанавливается в лимбе-основании, имеющем градуировку, на соответствующий угол установки отклонителя, отсчитываемый по продольной риске (разрез А-А) на корпусе датчика, которая соответствует положению центрального радиального контакта коллектора датчика.

Лимб-основание неподвижно фиксируется на корпусе отклонителя 9 специальным штифтом 18, входящим в зацепление с основанием (разрез Г-Г).

Таким образом, датчик постоянно жестко связан с неподвижным корпусом отклонителя, что позволяет контролировать его положение.

Для предупреждения утечек тока в зоне скользящего контакта полость между корпусом датчика и промежуточным валом изолируется от окружающей среды (промывочной жидкости) сальниковыми уплотнителями 19, которые через шайбу 20 постоянно самоуплотняются сжатой пружиной 21.

Прибор выпускается в мастерских ИМР.

Техническая характеристика ориентатора ОНК-1

Точность ориентирования, град………………………………. 2-5

Максимальная глубина скважин, м…………………………… 2000

Диапазон зенитных углов, град. ………………………………. 2-50

Время ориентировки, мин (без спуска штыря)……………… 10

Габаритные размеры, мм:

а) датчика в сборе

- диаметр…………………………………………… 57

- длина ……………………………………………… 520

б) пульта управления ……………………………………. 90х120х200

Масса датчика и пульта, кг ……………………………………… 7 и 0,8

Самоориентирующиеся устройства и сигнализаторы

с гидравлическим каналом связи

Разработано несколько конструкций забойных ориентаторов, входящих в состав компоновки отклонителя, самоориентирующихся и(или) сигнализирующих момент ориентации по гидравлическому каналу. К этой группе относятся:

а) ОП-76 (ЗабНИИ), С-76 (ВИТР);

б) АЗОР-57 (ЗабНИИ), в т.ч. в составе Кедр, БНК-59, ДГО (ТПИ), УНБ-1 (ДО ИМР) и другие.

в) ОМ-76(59) КазИМС, ГС «Севкавгеологии», ОГШ-3а ДГИ и др.

Наиболее перспективными и информативными являются вторая и третья группы ориентирующих устройств.

АЗОР-57 предназначен для автоматического забойного ориентирования клиновых и бесклиновых отклонителей при направленном бурении геологоразведочных скважин диаметром 59 и 76 мм  . Конструкция ориентатора состоит из двух связанных между собой функциональных устройств: узла установки и контрольно-ориентирующего узла. Принцип его работы состоит в преобразовании энергии гидравлического потока промывочной жидкости, подаваемой насосом и подводимой к ориентатору, в угловое перемещение отклонителя, что обеспечивает его автоматическую установку в заданное положение.

Техническая характеристика АЗОР-57

Диаметр корпуса, мм ……………………………………………. 57

Длина, мм …………………………………………………………. 1380

Масса, кг …………………………………………………………… 15

Диапазон зенитных углов при ориентировании, град. …….. 3-60

Погрешность ориентирования, град. …………………………. 5-10

Время ориентирования в скважине, ч ………………………… 0,05

Вращающий момент ориентирования, Нм ………………….. 1040

Аналогичным образом производится ориентация отклонителей Кедр-57 и 73 ЗабНИИ, в состав конструкции которых включена подобная ориентирующая система (см. рис. ).

Отклонители типа Кедр, имеют серийный выпуск и широко применяются на практике. Операция ориентации комплекса Кедр производится следующим образом  . На поверхности производится настройка отклоняющего устройства на требуемую интенсивность. Затем с помощью разъемного шлицевого соединения комплекс настраивают и опускают в скважину. Включают подачу промывочной жидкости и комплекс ставят на забой; под действием осевой нагрузки ориентирующее устройство приводится в рабочее положение. После этого комплекс приподнимают над забоем на 0,5 м. В процессе этой операции за счет взаимодействия деталей ориентатора, то есть перемещения шарика по криволинейной поверхности, обеспечивается поворот статора и установка комплекса в заданной плоскости искривления. Процесс ориентирования контролируется по манометру насоса, так как операция сопровождается кратковременным повышением и затем понижением давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали, что свидетельствует о завершении ориентации. При необходимости операция ориентирования может быть повторена в той же последовательности.

После окончания цикла искривления забойный комплекс извлекают на поверхность. При наличии регистратора в конструкции комплекса, после его подъема на поверхность, по положению шарика регистратора определяют фактический угол установки комплекса в конце рейса для контроля правильности выполнения цикла искусственного искривления.

Дебалансный гидравлический ориентатор отклонителей ДГО-1-ТПИ предназначен для ориентации отклонителей различных конструкций при направленном бурении наклонных скважин (рис. ) (патент РФ № 154162 от 24.11.93 г. Авторы В.В.Кривошеев, В.А.Дельва, С.С.Сулакшин. -Томский политехнический университет).

Техническая характеристика ДГО-1-ТПИ

Диаметр корпуса, мм …………………………………………………. 73

Длина, мм ………………………………………………………………. 897

Минимальный зенитный угол, град. ……………………………….. 5

Затраты времени на ориентацию, мин ……………………………. 2

Точность ориентации (по методике ЗабНИИ) ……………………. 0,95-0,98

Верхняя часть ориентатора состоит: из цилиндра 1, в стенках которого расположены каналы для прохода промывочной жидкости; направляющей гайки 4 с отверстиями; поршня 5, на штоке которого расположен подшипниковый узел, состоящий из двух подшипников 10; втулки 9; распорной втулки 27; гайки 11. Цилиндр 1 соединен резьбой со шлицевой втулкой 6, на которую наворачивается труба 14. Поршень 5 снабжен возвратной пружиной 3 и уплотнительными кольцами 2. К поршню при помощи накидной гайки 7 с уплотнением 8 через подшипниковый узел крепится дебаланс 13. Для смазки подшипников в дебалансе установлена масленка 12.

Нижняя часть состоит из нижнего цилиндра 21 с радиальными отверстиями для дренажа промывочной жидкости, направляющей втулки 26, колец 18, которые за счет винтов 19 крепятся на цилиндр, манжет 20, штока-поршня 22 с уплотнительными кольцами 24. Центральный канал штока-поршня перекрыт обратным клапаном, состоящим из шарика 25 и штифта 23, который служит для заполнения бурильной колонны промывочной жидкостью, находящейся в скважине.

Шток-поршень 22 посредством резьбы соединен с фиксатором-ловителем 17, на котором с помощью винтов 16 закреплена центрирующая втулка 15. Ротор отклонителя навинчивается на нижнюю резьбу штока-поршня и фиксируется контргайкой 28.

Принцип действия. Подготовленные к работе ориентатор и отклонитель опускают в скважину и вывешивают над забоем на расстоянии 0,3-0,5 м. Через 10-15 с, необходимых для занятия дебалансом нижнего положения и успокоения, в колонну подается промывочная жидкость, которая через осевые отверстия верхнего цилиндра 1 поступает в полость ориентатора. Проход промывочной жидкости на забой скважины перекрыт шариком 25.

При повышении давления поршень 5 перемещается вверх, шлицы дебаланса 13 входят в зацепление со шлицами втулки 6, и дебаланс фиксируется относительно корпуса ориентатора. При дальнейшем повышении давления промывочная жидкость, поступающая под нижнюю поверхность штока-поршня 22, перемещает его и закрепленный с ним отклонитель вверх. Винтовые поверхности дебаланса 13 и фиксатора-ловителя 17 входят в соприкосновение и, при осевом перемещении штока-поршня, происходит его проворот до тех пор, пока осевая плоскость фиксатора-ловителя не совпадет с осевой плоскостью дебаланса.

При дальнейшем осевом перемещении штока-поршня фиксатор-ловитель и дебаланс входят в зацепление. По окончании движения штока-поршня открываются его радиальные отверстия, и промывочная жидкость поступает на забой скважины.

Свидетельством о завершении процесса ориентации является некоторое падение давления промывочной жидкости и появление ее циркуляции.

Ориентаторы ОМ-73 и 57 (КазИМС – «Жайлау») предназначены для ориентации в скважинах диаметром 76 и 59 мм отклонителей любого типа с механическим способом крепления на забое. Они также входят в состав компоновки отклонителя, то есть их опускают и поднимают из скважины одновременно с отклонителем. Контроль за ориентацией основан на повышении гидравлического давления при вращении бурильной колонны и его падении при установке отклонителя в заданное положение.

Гидравлические сигналы фиксируются либо по расходомеру промывочной жидкости, либо манометром. В процессе бурения гидравлические сигналы не подаются.

Техническая характеристика ориентаторов ОМ

		ОМ-76	ОМ-57
	Наружный диаметр, мм	73	57
	Повышение давления жидкости при ориентации, МПа	0,4-0,5
	Расход промывочной жидкости, л/мин	40-70	35-50
	Частота вращения бурильной колонны, мин-1, не менее	160
	Зенитный угол скважин, град.	5-60
	Погрешность ориентации, град.	10
	Затраты времени на ориентацию, мин	2-5
	Масса, кг	8	6
	Длина, мм	346	391

Ориентаторы ОМ-73(57) используются обычно в составе многофункциональных компоновок МФК-76(59) (КазИМС).

Гидравлический сигнализатор («Севкавгеология») обеспечивает информацию о моменте ориентации отклонителя (рис. ). Сигнализатор состоит из корпуса 4, переходников 1 и 9 для присоединения к бурильным трубам, подпятника 6, дебаланса 3, установленного на упорном 7 и радиальном 2 подшипниках  . В дебалансе и подпятнике имеются проходные каналы, при совпадении которых имеется возможность свободного перемещения промывочной жидкости; при несовпадении – манометр показывает повышенное давление. Перед спуском в скважину отклонителя с ориентатором отверстие подпятника ориентируется в заданном направлении искривления скважины относительно ее апсидальной плоскости. После спуска отклонителя в скважину подается промывочная жидкость и фиксируется давление на манометре насоса. Повышенное давление свидетельствует о несовпадении отверстий. В этом случае в бурильные трубы сбрасывают шарик 5 и вновь подают жидкость в трубы, после чего давление резко возрастает. Вращением бурильной колонны необходимо совместить отверстия в дебалансе и подпятнике и тогда шарик 5 упадет в шарикосборник 8, а давление промывочной жидкости снизится до нормального уровня, что свидетельствует об установке отклонителя в проектное положение. После бурения некоторого интервала искривления процесс ориентации может быть повторен повторным сбрасыванием нового шарика.

Гидравлический шариковый ориентатор ОГШ-3а (Донецкий политехнический институт и «Севкавгеология») предназначен для ориентации отклонителей в пологонаклонных, горизонтальных и восстающих скважинах (рис. ). Ориентатор состоит из корпуса 2 с двумя переходниками 1 и 14 для присоединения к бурильным трубам, цилиндра 5, поршня 3, соединенного с сердечником 7, имеющим кольцевой паз (где размещен шарик 8), втулки 9 с пазом 10. Внутренняя полость датчика заполнена антикоррозионной жидкостью и изолирована от промывочной жидкости, а давление в ней выравнивается за счет сильфонов 6 и 12.

Для ориентации на стороне втулки 9, противоположной пазу 10, нанесена метка, расположенная в плоскости, проходящей через ось ориентатора и левую стенку паза. В наклонной или горизонтальной скважине шарик, перекатываясь по кольцевому пазу, всегда располагается в апсидальной плоскости на лежачей стороне стенки корпуса 2. Если паз 10 втулки не совпадает с положением шарика, перемещение поршня 3 под давлением жидкости возможно только на длину холостого хода (между 7 и 8), и отверстие 4 в цилиндре остается перекрытым, поэтому давление жидкости в системе резко возрастает.

Медленно вращая бурильную колонну с отклонителем, добиваются совпадения паза 10 ориентатора с шариком 8, который заходит в паз, тогда поршень, сжимая пружину 11, переместится на расстояние рабочего хода до упора во втулку; отверстие 4 открывается и жидкость получает возможность перетекать в межтрубный зазор и через отверстие 13 поступать к забою. При этом давление жидкости резко снижается и по манометру насоса можно судить о моменте ориентации отклонителя. Преимуществом данного гидравлического ориентирующего устройства является его простота и удобство в эксплуатации, повышение точности ориентирования благодаря изоляции ориентирующей камеры с шариком от внешней среды и возможность использования в любых скважинах.