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

ли в системах первого поколения оно составляло 50 с для каждой точки, то в более новых — 25 с, а в некоторых из последних систем — всего 10 с.

Одним из важных последних достижений в области совершенствования телеметрических систем являются модульные системы. Рассчитанные на максимальную эффективность и гибкость, эти системы более дешевы и экономичны в процессе эксплуатации. Примером может служить телесис­ тема фирмы «Teleco» (рис. 16.6), которая имеет пять модульных вариантов, содержащих как пространственные датчики, так и датчики технологических и геофизических параметров, пристыковывающиеся к основному модулю в зависимости от потребности:

—телесистема для передачи информации о зенитном угле (а), азимуте скважины (ф) и положении отклонителя (Y);

—телесистема для передачи информации о а, <р, Y и гамма-каротажа;

—телесистема для передачи информации о а, ф, У, гамма-каротажа и КС;

—телесистема для передачи информации о а,ф, Y, гамма-каротажа, на­ грузке и моменте на долоте;

—телесистема для передачи информации о а, ф, Y и гамма-каротажа. Ниже представлены телеметрические системы, применяемые на про­

мыслах России, странах СНГ и за рубежом.

Оборудование таких систем имеет модульную конструкцию с полной со­ вместимостью модулей, что дает возможность приобретать его в любом на­ боре: в виде отдельных секций или полностью комплекта.

Предпочтение в применении телесистем с ГКС базируется как на отно­ сительной простоте осуществления связи, по сравнению с другими канала­ ми, так и на том, что этот канал не нарушает (по сравнению с ЭКС) техно­ логические операции при бурении и не зависит от геологического разреза горных пород (по сравнению с ЭМКС), то есть от буровой бригады не тре­ буется нестандартных операций.

Телеметрические системы с гидравлическим каналом связи.

Перечень основных фирм-разработчиков и изготовителей систем с ГКС: «Teleco Oilfield Services/Sonat Inc» — США;

«Gerhart Geodata Services Ltd/Gerhart Ind» — Англия — США; «Anadrffl/SchlumbergeD)— США;

«NLSperry-Sun/NL Ind» — США; «Eastmen Christensen» — США; «Exlog-Tbtco/Baker-Hughes» — США; «Datadrffl/Smith Int» — США; «Geolink» — Шотландия;

«BecField» — США; «Geoservices» — Франция; «ИЧТ» — Россия.

Электромагнитный канал связи ЭМКС: использует электромагнитные волны (токи растекания) между изолированным участком колонны буриль­ ных труб и породой. На поверхности земли сигнал принимается как раз­ ность потенциалов от растекания тока по горной породе между бурильной колонной и приемной антенной, устанавливаемой в грунт на определенном расстоянии от буровой установки (рис. 16.7). Разработкой телесистем с ЭМКС в России занимаются ВНИИгеофизических исследований скважин (ВНИИГИС), ВНИИ промысловой и полевой геофизики (ВНИИПГ), и другие.

Энергия, необходимая для работы забойных систем, генерируется турбо­ генератором или обеспечивается литиевыми батареями, а также совмещен-

мом чехле, соединяемыми между собой при очередном наращивании инст­ румента, что позволяет осуществлять двустороннюю передачу сигналов и энергии, обеспечивая большую передаваемую мощность и т. д.

СКТБГТЭ НПО «Потенциал» и Институтом электромеханики при уча­ стии ВНИИБТ разработана система СТЭ и, затем СТТ для измерения пара­ метров по схеме: «зенитный угол + азимут + положение отклонителя + на­ грузка на долото + число оборотов + крутящий момент». Применение СТЭ в течение последних двадцати лет позволило успешно пробурить сотни на­ клонно направленных и горизонтальных скважин в Башкирии, в Западной Сибири, а также в различных регионах СНГ (Азербайджан, Туркмения).

Телеметрическая система «СТЭ» (для бурения с электробуром) и СТТ (для бурения с забойным гидравлическим двигателем).

Телесистема предназначена для измерения параметров и передачи на поверхность информации по кабельной линии связи о зенитном угле, ази­ муте и направлении действия отклонителя.

Передача информации осуществляется по электрическому кабелю, ис­ пользуемому для подачи электроэнергии к электробуру или «сбросовому» геофизическому одножильному кабелю при бурении с ГЗД (турбобур, вин­

16.2.1. Телеметрические системы СТТ-108, СТТ-164—172

Как было отмечено, наличие такого удобного канала связи, как силовой кабель электробура, ограничено малым объемом электробурения, сокраще­ нием количества выпускаемых ЗТС подобного типа, ликвидацией сервис­ ных баз и т. п. Но еще ранее разработчики учитывали при создании СТЭ, что основные объемы бурения в стране осуществляются забойными гидрав­ лическими двигателями (турбинное бурение, бурение объемными двигате­ лями) и предусмотрели с максимальной степенью унификации выпуск те­ леметрических систем для турбинного бурения типа СТТ (рис 16.8).

Система СТТ на 90 % унифицирована с ЗТС типа СТЭ и отличается только тем, что вместо присоединительного фильтра устанавливается блок питания переменным током частотой 50 Гц, который предназначен для от­ деления высокочастотных сигналов от напряжения промышленной часто­ ты, подавления помех, поступающих на вход фильтра, согласования выхода линии связи с выходом пульта. При применении СТТ коренным образом изменяется технология получения информации, которая заключается в сле­

дующем.

Телеметрическая система (аналог СТЭ, но с блоком питания вместо фильтра) в составе «компоновки» инструмента спускается на забой наклон­ но направленной скважины. При этом трехконтактный (одноконтактный) стержень снабжен ловушкой для сбрасываемой муфты 11, которая соединя­ ется со стандартным каротажным кабелем (трехжильным, одножильным), Нагружается специальными свинцовыми грузами и сбрасывается в скважи­ ну. Ловушка направляет маслозаполненную муфту на острие стержня, что фиксируется на наземном пульте при условии нормального электрического

Таблица 16.1. Технические характеристики телеметрической системы ЗТС-108

контакта. После создания проводной линии «забой— устье» каротажный кабель на устье с помощью специального устройства выводится за стенку последней наращиваемой бурильной трубы (свечи). Последующее наращи­ вание ведется при закреплении кабеля в районе замковых соединений спе­ циальными крепежными устройствами (клямцами). Таким образом, при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин, которые, как правило, бурятся с помощью гидравлических двигателей, появляется воз­ можность контролировать их проведение (наведение) при помощи системы СТТ. Характеристика СТТ-108 приведена в табл. 16.1.

Отечественные разработки бурильных труб с встроенными токопроводами, связанные с созданием комбинированных каналов связи, были выпол­ нены в двух вариантах: комбинированная проводная линия (КПЛС) и сек­ ционированная сбросная проводная линия (ССПЛС). При чем КПЛС предназначена для электроснабжения глубинной части телеметрической системы и передачи информации от нее на поверхность. Представляет со­ бой сбрасываемый стандартный геофизический кабель в нижней части,

—поворотом бурильной колонны достигают показаний цифрового ин­ дикатора «Отклонитель», равных ранее вычисленному значению угла А (если угол А > 360°С, то из него нужно вычесть 360°С);

—поворот бурильной колонны необходимо вести по направлению дви­ жения часовой стрелки;

—после поворота бурильной колонны для снятия упругих деформаций колонны ее несколько раз приподнимают и опускают, контролируя по индикатору «Отклонитель» полученное значение (в случае его измене­ ния поворотом колонны достигают нужных показателей).

а) при А > 360°С; б) при А < 360°С; Для ориентирования отклонителя в вертикальном стволе скважины не­

обходимо (рис. 16.11):

—определить сумму заданного азимута и измеренного угла смещения меток «Отклонитель» и «0» по формуле:

А— рз + ш ,

где (З3 — заданный азимут искривления ствола скважины; со — угол смеще­ ния меток «Отклонитель» и «0»;

—установить тумблер ОА (азимут отклонителя) на наземном пульте в верхнее положение;

—поворотом бурильной колонны добиться показаний индикатора «От­ клонитель», равных полученному значению А (в процессе бурения поддерживать указанные показания индикатора «Отклонитель»);

—после набора зенитного угла по метке отклонителя «тумблер ОА» вы­ ключить и дальнейшее ориентирование отклонителя производить для условий наклонной скважины.

Комплект телеметрической системы типа СТТ включает следующие уз­ лы: глубинный блок телеметрической системы, глубинное измерительное устройство, наземный пульт телеметрической системы, наземное измери­ тельное устройство, присоединительный фильтр.

Связь глубинной аппаратуры с наземной может осуществляться по про­ водному кабелю связи сбросового типа, выполненному в виде стандартного каротажного кабеля, снабженного контактными разъемами. Возможны два варианта спуска линии связи: через уплотнение вертлюга с использованием узла ввода кабеля в вертлюг, или через специальное устройство для ввода кабеля в составе бурильной колонны.

В глубинном контейнере размещены датчики для измерения азимута, угла положения отклонителя и зенитного угла. Принцип действия дат­ чика азимута основан на применении магнитного чувствительного эле­ мента в виде стержня, устанавливающегося по направлению магнитного меридиана. Чувствительный элемент связан с ротором синусно-коси­ нусного вращающего трансформатора, работающего в режиме фазовра­ щателя.

Работа датчика наклона основана на применении эксцентричного груза, центр тяжести которого всегда находится на вертикали, проходящей через ось груза. Угол поворота посредством ротора трансформатора, связанного с грузом, преобразуется в фазу сигнала, пропорционального зенитному углу скважины. Одному механическому градусу поворота ротора соответствует изменение фазы выходного сигнала на 6°С.

Принцип действия датчика положения отклонителя основан на поворо­ те рамки с эксцентричным грузом и укрепленными на ней датчиками ази­ мута и наклона. Угол поворота рамки преобразуется трансформатором в

фазу выходного сигнала. Одному механическому градусу соответствует из­ менение фазы выходного сигнала на ГС.

Пятидесятипериодные сигналы, передаваемые датчиками, имеют раз­ личную фазу (от ОС до 360 С) и в зависимости от изменений измеряемого параметра поступают в глубинный передающий блок, осуществляющий по­

следовательный опрос во времени глубинных датчиков и формирующий суммарный сигнал.

Скважинная часть телеметрической системы ЗТС-108—017 имеет мо­

дульную конструкцию. Функциональные возможности телеметрической системы зависят от состава модулей.

Базовая комплектация скважинного прибора обеспечивает навигацию и непрерывную передачу информации на поверхность в процессе бурения в геологических средах без магнитных аномалий. Использование одновре­ менно электромагнитного и гидравлического каналов связи обеспечивает более высокую помехозащищенность и скорость передачи информации.

16.2.2. Телеметрическая система КТС-1

В1994 году разработчики АО НПФ «Геофизика» провели приемочные испытания кабельной телеметрической системы КТС-1, которая была соз­ дана в рамках комплексной программы «Горизонт».

Вназванной системе было использовано несколько известных техниче­ ских решений: сбросовый кабель, контактные стержни и муфты, техноло­ гия организации канала связи, переводник кабеля из колонны в заколонное пространство, комбинированная связь при помощи КПЛС-140. Основ­ ной технической идеей стало применение виброударозащищенного по­ гружного контейнера, в котором в процессе бурения находятся измеритель­ ные датчики — геофизические зонды. Схематически технология работы с ЗТС КТС-1 показана на рис. 16.12 а, б. На позиции «а» показан первый этап реализации технологии — спуск измерительного прибора (инклино­ метра либо другого) 2 на каротажном кабеле в виброударозащищенном контейнере 1, установленный над шпинделем винтового двигателя либо над верхним торцом вала турбобура на специальном амортизаторе 5, защи­ щающем его от вертикальных вибраций и ударов (от поперечных его защи­

щают специальные устройства 3 и 4).

Этот этап технологии может быть реализован в интервале, где зенитный угол не превышает 5°С, что позволяет спустить прибор и установить его в фиксированное положение 7 под воздействием силы тяжести (фиксация инклинометра производится для измерения положения отклонителя). Вто­ рой этап — бурение и исследование интервалов, наклоненных более чем на 55°С, происходит в следующей последовательности: сначала на верхнюю трубу наворачивают специальный переводник и переводят кабель из ко­ лонны в заколонное пространство. Затем наращивают очередную свечу (однотрубку), продолжают бурение и получают каротажные данные в ре­ альном времени. При этом кабель за колонной, с целью его предохране­ ния, крепят к замковым соединениям специальными кольцевыми пояса­ ми — клямцами. Второй этап осуществляется путем наращивания инстру­ мента по технологии, показанной на рис. 16.12 и описанной выше (техно­

логия КПЛС).