Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Забойная телеметрическая система геофизического управления траекторией бурящихся горизонтальных скважин

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Забойная телеметрическая система геофизического управления траекторией бурящихся горизонтальных скважин"

РГБ ОЛ

^ « ■ • ■ .. На правах рукописи

Беляков Николай Викторович

ЗАБОЙНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЕОФИЗИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕЙ БУРЯЩИХСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1997

Работа выполнена в акционерном обществе "Научно-производственно предприятие по геофизическим работам, строительству и заканчиваши скважин" (ОАО НЛП "ГЕРС")

Научный руководитель: доктор технических наук Э.Е.Лукьянов

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

В.Д. Неретин (ГАНГ им.Губкнна) - кандидат технических наук

Ведущее предприятие: Акционерное общество НПФ "Геофизика", г.

Защита состоится 29 мая 1997 г. в _часов на заседании

сертацношюго совета Д71.10.01 при Всероссийском научно-иссле; тельском институте геологических, геофизических и геохимиче информационных систем (ГНЦ ВНИИгеосистем) по адресу: И! г.Москва, Варшавское шоссе, д.8, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИгеосис

Автореферат разослан _ 29 апреле 1997 г

Д.Е. Поляков (ОАО "Роснефть")

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность диссертационном темы. Для разработки месторождений нефти и газа с начала 90 г.г. в России возродился и стал интенсивно развиваться способ разбуривания отдельных участков продуктивных залежей системами горизонтальных скважин (ГС). В настоящее время способ достаточно широко применяется как в террпгенных, так и в карбонатных породах с цслыо увеличения суточных дебнтов углеводородов, вовлечения в эксплуатацию изолированных продуктивных зон, минимизации влияния газовых шапок и конусов подтягиваемой воды, разработки месторождении с высоковязкими нефтями и т.п. По прогнозам ведущих специалистов в этой области, число ГС к 2000 г. будет составлять 30-50 % от числа всех скважин, бурящихся на сушс. Эти прогнозы подтверждаются динамикой роста ГС в России: число их от трех объектов, пробуренных в 1990 г., к 1996 г. выросло до 69, а всего за 6 лет в России построено 310 горизонтальных скважин.

Общепризнано, что без достоверной информации нельзя качественно провести ствол по заданной траектории, определить способ заканчивания и поддерживать объект в рабочем состоянии. При этом следует учитывать, что технические средства даже для исследования нологоиаклонных участков скважины (с зенитными углами более 55 град.) должны существенно отличаться от технических средств, применяемых для исследований в интервалах с меньшими зенитными углами, повышенной точностью, непрерывностью и работой в реальном времени. Из этого следует, что для навигационного сопровождения бурящихся горизонтальных скважин необходимы технические средства и технологические приемы, отличающиеся от традиционной нромыслово-геофизической аппаратуры большей точностью, разрешающей способностью, непрерывностью и надежностью измерений.

Как показывает зарубежный и отечественный опыт, наиболее эффективными и высокопроизводительными при наведении ГС в проектную цель могут быть технические средства, в которых использованы наиболее прогрессивные и высокоточные преобразователи угловых величии, чувствительные и малогабаритные геофизические зонды, более надежный, отвечающий условиям ГС комбинированный канал связи.

Вместе с тем, отечественные геофизическое службы и буровые организации - производители работ по строительству с ГС, не располагают достаточно точной и надежной навигационной техникой и вынуждены пользоваться либо дорогостоящими услугами зарубежных фирм, либо приспосабливать отечественные разработки к решению сложных и очень важных навигационных задач.В результате более 40 % из вводимых в эксплуатацию объектов с ГС не оправдывают возлагаемых на них надежд и нефтедобытчики несут огромные экономические потерн.

По состоянию на 01.01.97 г. в России можно назвать не более 2-3 забойных систем, которые с разной степенью точности, разрешающей способности и эксплуатационной надежности могут в какой-то мере (полностью или частично) решать задачу контроля траектории ГС. Из них наиболее совершенной является забойная информационная система и ее модификации с гальваническими каналами связи типа ЗИС-4, но и она, к сожалению, не решает всех задач, особенно в регионах, где есть солевые пласты и пропластки, а также при бурении скважин на шельфе и в море. Остальные системы, имеющие проводной канал связи (КТС-1, СТТ, 2СТЭ), не обладают возможностью привязки к геологическому разрезу (кстати, как и ЗИС-4), малонадежны из-за наличия "мокрых контактов", необходимости перевода кабеля из трубы в затрубье.

Важность задачи создания надежной и высокоточной забойной телеметрической системы, включающей в свой состав наиболее прогрессивные и конкурентоспособные технические решения, подтверждается включением ее в состав межотраслевой научно-технической программы (НТП) "Научное обоснование геологоразведочных работ на нефть и газ, создание на базе компьютерных технологий новых геолого-разведочных методов разведки и контроля за разработкой месторождений", МН-М, ч.З, 1994-95 г.г. и в Государственную НТП: "Прогрессивные технологии комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов России" (проект 1.2 аипаратурио-методнчсский комплекс АМК "Меридиан").

Перед соискателем была поставлена задача - создать малогабаритную забойную вибро-ударозащищенную телеметрическую систему (ЗТС) с каналом связи, в котором отсутствовали бы недостатки и ограничения существующих отечественных разработок. Система должна быть универсальной и способной проводить и контролировать любые ГС,

вплоть до бурящихся в старом фонде скважин через эксплуатационную колонну.

Целью работы является повышение эффективности и надежности строительства ГС путем создания и применения надежной и универсальной забойной телеметрической системы, включающей высокоточные инклинометрические датчики, зондовые установки, технологические датчики в комплексе с оригинальным каналом связи.

Основные задачи, решаемые по диссертационной теме:

- исследования условий эксплуатации скважшшых преобразователей (инклинометрических, геофизических и технологических) при бурении ГС с гидравлическими забойными двигателями (ГЗД);

- теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию основных требований к ЗТС, применительно к ГС;

- разработка функциональной схемы, выбор и макетирование основных узлов (блоков) ЗТС;

- разработка технического задания (ТЗ) на опытно-конструкторскую разработку, исследование работоспособности экспериментальных образцов ЗТС;

- разработка рекомендаций по технологии использования ЗТС в различных геолого-технологических условиях;

- апробация и внедрение разработанной системы для проводки ГС в различных нефтегазодобывающих районах России.

Методам» достижения поставленной цели и решения задач являются теоретические и экспериментальные исследования, математическое моделирование, проведение расчетов на ЭВМ, поиски и реализация оптимальных конструкторских решений при разработке системы, опытно-методические работы в скважинах, анализ и обобщение полученных данных.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем.

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны требования, необходимые для построения ЗТС, учитывающие необходимость наличия в составе следующих систем:

- виброударозащиты;

- обеспечение гибкости конструкции для прохождения по стволу с

малым радиусом кривизны;

- привязки данных по глубине (а.с. СССР №1226528 от 22.12.85г. и

а.с. №1226669 от 22.12.85г.);

- привязки траектории к естественным и искусственным

геологическим реперам.

2. Обоснована и разработана ЗТС с оригинальным каналом связи, построенном на сочетании проводного и электромагнитного каналов.

3. Разработана многофункциональная конфигурация ЗТС. позволяющая использовать её на разных стадиях строительства ГС в различных вариантах:

- кабельная шшшнометрическая система;

- ЗТС с комбинированным каналом связи;

- автономная сбрасываемая инклннометричсская система.

Основные защищаемые научные положения п результаты

1. Комплексное использование проводного и электромагнитное каналов связи в сочетании с автономной регистрацией в реальном времеш обеспечивает проводку горизонтальных скважин в различных геолого-технологических условиях.

2. Разработанная технология и методические приёмь навигационного сопровождения бурения горизонтальных скважин с использованием ЗТС с комбинированным каналом связи.

Практическая ценность

Разработанные автором средства обеспечивают управлешк траекторией таких сложных объектов, как горизонтальные скважины I процессе их бурения, причем эти средства могут использоваться I различных режимах: автономная сбрасываемая инклинометрическа! система; кабельная ииклипомстричсская система; ЗТС < комбинированным каналом связи.

Разработанная технология и методические приемы позволяют определять текущие координаты ГС, привязывать их к конкретным геологическим реперам и увязывать с технологией бурения п тем самым оперативно влиять на процесс проводки, значительно ускоряя . и оптимизируя его.

Результаты исследования погрешностей измерения глубины дают возможность повысить качество привязки данных по глубине в процессе бурения и, соответственно, достоверность гсолого-технологических навигационных заключений.

Оптимизация системы внбро-ударозащпты забойных блоков и их защиты от разрушительных действий потока промывочной жидкости позволяют значительно повысить эксплуатационную надежность и срок службы.

Реализации и внедрение результатов работы

Разработанная забойная телеметрическая система с комбинированным каналом ЗТС-42 и технология её использования при проводке горизонтальных скважин успешно прошла испытания на скважинах № 534-11Г Орепбурского газокондснсатного месторождения и №7212 куст 700 Ляиторского месторождения ОАО "Сургутнефтегаз". На основе заключенных с производственными организациями договоров готовится документация для выпуска малой серии ЗТС-42. Отдельные элемнты системы нашли применение в других аппаратурных комплексах, так автономная ннклпнометрическая система вошла в состав комплекса геофизической аппаратуры "Обь", оптический глубиномер применён в станции гсолого-гехнологнчеашх исследований 'Тазрез-2".

Результаты проведённых при разработке ЗТС-42 исследований используются при чтении лекций в учебно-методическом центре по проблемам повышения квалификации при ГАНГ им.Губкина.

Апробации работы

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались па семинарах Миннауки РФ: "Итоги выполнения Государственной ИТП

-(>-

"Недра России", г.Москпа, 1994 г. 13 1995 г. на научно-техничсеко совещании РАО "Газпром": "Н|н|)ирмлц|10шюс обеспечение буренг 1 горизонтальных скоажии на Оренбургском газоконденсатно месторождении", г.Оренбург, 1995 г.; на секции научпо-техпнчсско! сонета РАО "Газпром": "Техника и технология бурения скважин ('.Ставрополь, сентябрь 1990 г.; на 1кероссписком сопсщапни: "Бурсш горизонтальных скважин на подземных хранилищах газа", г.Анапа, ма 1996 г.; на межофаслевои научно-практнчеемкои конференци "Компьютерные технологии ГИС", Тверь, май 1996 г.

Публикации п личный вклад в решение проблемы

Диссертация основана на теоретических, экспериментальных методических исследованиях выполненных автором п 1994-1996 годах.

По результатам выполненных исследований опубликовано печатных работ, и т.ч. дна ангорских свидетельства.

Все основные научные результаты, приведённые в диссертацн получен лично сосиска! слсм и при его непосредственном участии.

Степень участия других лиц должным образом оговорена о диссертации. Обьсм раГюш

Диссертационная работа состоит из введении, четырех гла1 заключения, списка литературы из 59 наименовании. Работа изложена ч 165 страницах машинописного теша, содержит 39 рисунков и 8 таблиц.

Работа выполнена автором в ОАО 11ПГ1 "ГЕРС".

I) ходе выполнения данной диссергацитошюн работы авто пользовался консультациями д.т.н., чл.корр.РАЕИ Бродского П.А., д.т.н проф. Фиинипа А.И., к.т.н., с.н.с. Ранима В.А., к.т.п. Чуирова 13.11 которым выражает глубокую благодарность за цепные советы замечания.

А» юр выражает глубокую признательность своему научном руководителю Лукьянову Э.Е., всем коллегам по работе (фмиишдс! испанкам Украинская геофизических рабе

"Орепбурггазиром" и треста "Сургутпсфгсгеофизика", содействующим выполнению данной работы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели диссертационной работы и объект исследований, сформулированы задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, определена научная новизна н практическая ценность полученных результатов.

I? первой главе диссертации представлен обзор литературы, фондовых н патентных материалов по различным забойным телеметрическим системам инклинометрического и навигацношюго сопровождения бурения объектов с горизонтальными окоичаппямн в реальном п псеидореалыюм масштабе времени.

13 результате анализа существующих ЗТС составлена классификационная схема (табл.1). Все рассмотренные забойные телеметрические системы, пригодные для навигационного сопровождения обьектов с ГС, разделены на 4 г руппы - по применяемым в них каналам связи:

- проводной, используемый для передачи информации по одной пли нескольким жилам встроенного в бурильные трубы токоировода, либо по сбрасываемому или транспортируемому потоком промывочной жидкости, либо переведенному из колонны бурильных труб в затрубьс каротажному кабелю;

- электромагнитный (гальванический), используемый для передачи информации с забоя ГС с помощью несогласованной дшшлмюн антенны, погруженной в токопроводящую среду, с использованием бурильной колонны в качестве одного из проводов липни передачи и генератора информационных импульсов;

- гидравлический, используемый для получения непрерывной информации прп помощи импульсов давления, создаваемых управляемым клапаном, либо двуднековым ротором, расположенным внутри бурильной колонны;

- автономная регистрация забойной информации и считывание се после подъема регистрирующих приборов па поверхность.

Таблица 1

КЛАССИФИКАЦИОННАЯ СХЕМА отечественных забойных телеметрических информационных систем (ЗТС) для контроля забойных параметров в процессе бурения горизонтальных скважин

Критерии классификации Положительные качества и ограничения Шифр ЗТС« организация-разработчик, объемы проведенных исследований. иностранные аналоги.

Нил Подвил Однородная группа

Способ передачи информации с забоя - канал связи с устьем Технологические особенности ЗТС (какала связи, доставки и т.лЛ Решаемые задачи, состав комплекса и точность преобразователей

1 2 3 4 5

Проводной - ислолыоаа- )Л Передача ннфор-кицни по одной ЕГЗ жил встроенного а бурильные трубы силового кабеля при электробурении. ЗТС доставляется на забой ННС н ГС буровым инструментом. Проведение наклонко-направленних и горизонтальных скважин, буряшихся электробуром (азимут зешгтиый угол ±30', положение отхлонителя ±5и, осев» нагрузка и масло оборотов долега £2%, крутящий момент ¿5%) Возможность полутени* большого массив» информации со скоростью более 500 бит\с. без ограничения глубины скважины, отсутствие сложного забойного оборудования, наличке обратной связи. Наиболее точная и совершенная модель - 2СТЭ (Харьковское ОСге ПО). Объем и проведенных исследований - 7 горизонтальных стволов в Башкортостане. Объемы применения падают из* за отсутствия баз внедрения. "Шелл Деаелопменм**, "Даун Комму ни кеишн"

ни« для передачи информации с заооя электрических кабелей, слаботочных токопроводой, спускаемых на забои с поверхности (см. рис. 1.1-Ы)

Малая надежность электросоединений между сехциями кабеля при контакте, находящихся под воздействием высока дааленнЛ и температур, а юное за счет кавнтацнонных и абразивных разрушении кабеля, отсутствие привязки к гжпплгми пазоеаа в леПсгвУЮШШ ЗТС.

1 2 3 4 5

1.2 Передача информации по сбрасываемому н транспортируемому на забой ГС потоком ГГЖ каротажному кабелю, заканчивающемуся хои- таетной муфтой, надеваемой на контактный штырь Проведение наклонно-направленных и ГС (азимут и положение отклоните:!« ±5п, зенитный угол ±30/). Технологические исследования (нагрузка, число оборотов ±5-7*/*) при бурении гидравличее* кими двигателями Те же, что из 1.1 Особенно опасны утечки слаботочных сигналов через "мокрые"* коитаеты. Каждый 3-4 спусх заканчивается неудачей и все другие ограничения, присущие 1.1 СТГ-164 (Харьковское СКТБ ПО). Объемы исследовании достаточно высоки (40-50 объектов с ГС) при малой эффективности. Иностранный аналог * Слерри-Сан, Телевнжиль и др.

1.3 Передача информации по каротажному кабелю, частично (при досшженш! зенитных углов более 55°) переведенному ira трубы в затрубье. То же, что в 1.2 Точность преобразователен угловых величии зависит от типа инклинометра, помещаемого в виброустойчивы и контейнер То же, «тто в Î.1 и 1.2 Чрезвычайно опасным является перевод кабеля в затрубьс. что лишает возможности проворачивать стоя ротора я чревато истиранием кабеля между стенкой трубы и горной породой, быстрый износ внброусгоичивого контейнера. КТС-1, П1К-36, "Орби" (ОАО НПФ "Геофизика") Исследовано более 15 ГС 2г рубежом аналогов нет.

Электромагнитный -использование для передамп с забоя злехтроэнерпш забойных источников для формирован«* импульсов переменного напряжения в аиле иифровой последовательности, представляю шей с с бой информационный сигнал (см. рис. 1.7) 2.1 Гальваническая связь с поверхностью с помошью несогласованной диполыюй антенны, погруженной в токо-проводящую среду, с использованием бурильной колонны в качестве одного из проводов линии передачи н генератора этих импульсов. Забойное устройство доставляется на забой ГС в составе бурильного инструмента. Ииклтюметрия скважин (азимут и положение отклошгтеля с погрешностью ¿2,5°, зепитныи угол с погрешностью +30' с помошью магнитометров и акселерометров) Повышенная надежность деталей забойных устройств, контактирующих с буровым раствором, удобства в преобразовании и передаче сигнала. Ограничение дальности действия свойствами геологического разреза, ее зависимость от материала бурильных труб, отсутствие возможности применения на шельфе и в море, высокал сложность в изготовлении. Отсутствие возможности привязки к геологическому разрезу в действующих TTC. ЗТС-175 (ранее ЗИС-» и "Раэрсз"). Объемы внедрения более 50 объектов ЗТС-55* (0МИИП1С) ЧНС-4* (ОАО ТПОФИТ) ЭХО Иностранный аналог - система фирмы Теосервис" (Фр.)

1 2 3 4 5

Автономная регистрация забойных параметров, получаемых в реальном времени 3.1 Получение инфор-майи и < после подъема регистрирующих приборов на поверхность) о забойных параметрах путем включен«* регистраторов в состав бурильной колонны. Комплексные промысл о во- геофизические исследования в горизонтальных стволах (кривые ПС, КС, ПС, НТК инклнномстрия) с точностью, достаточной для >1дентификации геологического разреза. Возможность проведения исследований по отработке комплекса забойных датчиков и зондов, получения информации в тех случаях, когда использование других методов неэффективно нлн нерентабельно. АМК "Горизонт" (ВШ1ИГИС) (Объемы внедрения более 50 ГС). Автономная регистрация известна в модульных зарубежных системах фирм Байкер Хьюэ, Анадрилл и др.

Смещение во времени получения информации, по результатам которой нельзя принять оперативных решений.

Гидравлический - 4.1 Получение непрерывной информации при помощи импульсов п0л0ж!гтельн0г0 или отрицательного давления, создаваемых управляемым клапаном, либо двудмсковым ротором, распо ложенн ы м в нутр и буровой трубы. Комплексные исследования траектории и некоторых промыслово-геофшичесхих параметров горных пород » реальном времени на суше н море, в основном в горизонтальных скважинах. Универсальность, т.е. возможность использования канала связи н соответствующих ЗТС на любой буровой установке без вмешательства в режим и технологию бурения. Лидерами применения этого вида ЗТС являются США, (Бейкер-Хьюз), Франция (Анадрилл). Эти системы должного разв)гтия в России «с получили.

использование для передами информации модулированных колебании давления столба бурового раствора, полученных в виде импульсов, представляющих собой информационный сигнал.

'Примечание: Находятся в стадии разработки н внедрения.

Проведен анализ забойных систем перечисленных четырех групп н выявлены главные специфические особенности систем каждой группы, их положительные и отрицательные свойства.

Отмечается, что возможность получения, при использовании систем с проводным каналом связи, практически неограниченных массивов информации со скоростью более 500 бпт/с, причем практически без ограничения по глубине скважины, продолжает привлекать разработчиков, тем более они, при сравнительно малой стоимости, сохраняют традиционные приемы и методы исследований.

В целом анализ показал, что в настоящее время для проводки горизонтальных стволов в проектную цель отсутствуют отечественные ЗТС, полностью отвечающие требованиям подобной технологии. Тог же анализ и классификация отдельных ЗТС позволили наметить наиболее оптимальное направление исследований, которое предусматривает создание малогабаритной, гибкой автономной навигационной системы, связанной с устьем ГС комбинированным каналом связи , дешевой, исключающей возможность "мокрых контактов", выхода кабеля на поверхность и имеющей возможность к наращиванию комплекса.

Иицтн глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям по обоснованию требований к ЗТС, разработке ее функциональной схемы и выбору основных технических решети"!.Здесь рассмотрены специфические условия бурения горизонтальных скважин (ГС) и основные задачи, стоящие перед исследователями, такие как: изучение геологического строения пласта, вскрытого ГС, уточнение типа коллектора, оценка характера его насыщения с использованием методов гсолого-технологичсскнх исследований в процессе бурения и определение траектории ствола ГС в процессе ее бурення.

Сформулирована главная задача, стоящая перед забойной навигационной системой - постоянное слежение за соблюдением заранее запланированной (или позже скорректированной) траектории и сохранение положения долота внутри выбранного "коридора", проходящего в пределах вскрываемого пласта по его простиранию.

Проведены исследования технологических условий эксплуатации ЗТС. Изучено влияние радиуса кривизны и диаметра стволов горизонтальной скважины па прохождение ЗТС по стволу скважины малого радиуса. Расчетным путём получена палетка для определения максимальной длины ЗТС и сделан вывод о необходимости введения в

конструкцшо 3 ГС гибких межблочных переходников. 'Гак при радиусе кривизны - 20м, внутреннем диаметре бурильных труб - 55мм и диаметре 3 ГС 42мм длина ЗТС составила 1,4м. Исследование параметров вибрации воздействующих па ЗТС в процессе бурения, проведённое на основе аналнза результатов полученных другими исследователями и результатов полученных автором при проведении скважииных испытаний при помощи автономного аксслсромстрнческого вибрографа, показали, что ЗТС должна выдерживать ускорения при одиночных ударах до 20ц, в диапазоне частот от 10 до 75Гц - 5g. Результаты проведенных исследований обусловили технические требования к элементам внброзащнты конструкции ЗТС. Кроме того, ЗТС должна нормально функционировать в агрессивном буровом растворе с абразивными включениями, кавнтациопным воздействием при гидростатическом давлении до бОМна и температуре до 100°.

Па основании анализа гсолого-тсхнологичсскпх условий эксплуатации забойных навигационных систем для наведения горизонтальных стволов в проектную цель сформулированы основные требования, предъявляемые к ним, и выбрана оптимальная функциональная схема забойной телеметрической навигационной системы (рис. 1)

Установлено, что преобразователи угловых величии (зенитный угол, азимут и положение отклоиитсля), естественной радиоактивности пород (ГК), давления и температуры промывочной жидкости, наземный компьютеризированный комплекс и комбинированный канал связи, в сочетании с автономной регистрацией всех параметров позволяют постоянно следить за текущими координатами ствола ГС и выделять естественные, либо искусственные маркеры-реперы для привязки траектории ГС к геологическому разрезу, оперативно принимать технологические решения но корректировке траектории ствола ГС и сохранять информацию при каких-либо форс-мажорных обстоятельствах.

Развиты некоторые элементы теории навигационных телеметрических систем, в т.ч.:

-исследована впбростойкость ецпптплляциоппых блоков естественного гамма-излучения, возникающих при бурении;

-предложена программа и методика метрологической проиерки преобразователей угловых величии;

Рис. 1 Функциональная схема ЗТС-42

-на основании тсорсгичсскнх н экспериментальных исследовании, многократно проводимых в процессе спуско-подъёмиых операций и с процессе бурения в составе станции ГГИ "1'азрез-2", разработан оригинальный глубиномер с точностью 0,2%;

-приведено обоснование того, что наиболее эффективным я дешевым способом передачи информации при отсутствии выхода кабеля на поверхность и "мокрых соединений" является комбинированный канал связн.

Третья глава посвящена обоснованию, разработке и исследованию основных узлов навигационной забойной телеметрической системы (ЗТС-42). Описываются принципы построения, работа всей системы в целом и ее основных функциональных блоков, сконструированных согласно разработанному и согласованному с основными потребителями техническому заданию и включающих:

- блок телеметрии;

- ииклнномсгричсский блок;

- блок привязки к геологическому разрезу;

- технологический блок;

- блок глубиномера;

- наземный обрабатывающий комплекс.

Выявлено и экспериментально доказано, что при проводке наклонно-направленных и горизонтальных скважин экономически целесообразно применять одну универсальную измерительную систему, обеспечивающую оперативное проведение измерений на любом участке скважины - вертикальном, тангенциальном н горизонтальном, используя при этом необходимый вариант сборки - сбрасываемый, кабельный или с комбинированным каналом сиязи (рис.2).

Описана конструкция ЗТС-42, изготовленная в соответствии с ТЗ для проведения исследований в реальных условиях.

Исследования функционирования отдельных узлов и блоков ЗТС-42 проводились в метрологических центрах ОАО "Твсрьгсофнзнка" (вибрационные испытания, калибровка ГК, калибровка датчиков давления н тумператур) п треста "Сургутисфгсгеофнзика" (ннклппомстрпчсскпй блок), после чего были проведены исследования работоспособности системы в целом на реальных скважинах Оренбуржья и Западной Сибири.

/

Ol Ы

г

С J I lu и а

о о 12 ID U)

г™ -,

( )

г го

п

со

i )

о Ï

к о -I

[Л

о

Q

О о

1— 0

Q

t-

I Ы fl О 5 S

X X

J)

1 Т ç

t- ш

п с ш

< 0

X

л

л К X

ç 71 s

Ш Ч 1

ь О

.1 il ш

I I

"Z 1 0

С X

ч '0 и

7) I

1 ru X I

и IT-

J)

»1 л s

111 т*

0 i

5 L

7> 0

а 1 t-

s u

1Л 0

I Q

ш 0

s u)

а 0

0 111 X

Í и

0 с u

а z

U) ш o

с ^ i.

_ 00

о

На скважинах проверялась надёжность системы в процессе бурения уже при первых испытаниях срок безотказной работы системы составш 72 часа, далее этот показатель достиг (при работе па разных объектах) 211 часов. При испытаниях был выявлен значительный кавнгацноннъп износ установочных узлов (пера п втулки), недостаток этот был ycrpanci изменением конструкции.

Достижение максимальной надёжности ЗТС в экстремальны> условиях эксплуатации (до 300 час наработки па отказ), интенсивное гашение вибрации и ударов, как продольных так и поперечных обеспечено применением демпфера, рессорных центраторов, пружин резиновых колпаков н залнвкн печатных плат резииоподобнык герметиком.

1) четпергон глапс дано обоснование методики и технологии применения системы п приведены основные результаты использования системы ЗТС-42 для управления траекториями ГС в различных геолога-технологических условиях и регионах.

Технология исследовании л основные методические приемы определились в процессе опытно-мстодичсских работ на бурящихся ГС Оренбургского газоконденсаinoro месторождения и на ГС, бурящихся ОАО "Сургутнефтегаз" на Федоровском месторождении.

Испытания проводились но разработанным автором и утверждённым программам и методикам.

Для анализа полученных результатов были использованы данные из проекта скважины и результаты ранее проведенных инклниометрических исследований прибором ИМММ-73. Измеренные параметры траектории, полученным при спуске, адекватны замерам, полученным на подъеме и хорошо совпадают с рапсе приведёнными измерениями прибором ИМММ-73.

Технология проведения работ системой ЗТС-42 в режиме передачи информации по комбинированному каналу связи включает в себя два этана: подготовка системы к работе на конкретной буровой и непосредственное навигационное сопровождение бурения. На подготовительном этапе стандартный подъёмник с трёхжилиым кабелем оснащается кабельной вставкой соединённой с основным кабелем через шарнирный соединитель. Длина кабельной вставки, необходимой для соединения автономного скважннного блока ЗТС-42 с передающим блоком, расчитывается исходя из трёх условий: минимальная длина

должна позволять разместить передающее устройство в вертикальном участке ствола скважины при максимальной плановой длине горизонтального участка ГС; длина кабельной вставки должна быть максимальной для сокращения времени спуска приёмного блока для считывания информации, но не может превышать длины вертикального участка ГС; длина кабельной вставки уточняется путём подсчёта длины спущенной колонны до места установки передающего блока п должна быть больше её строго в пределах 1-2м, т.к. отклонения от рекомендованных значений приведут к необходимости принудительного заталкивания кабельной вставки в колонну.

На этапах навигационного сопровождения проводятся следующие технологические операции:

-в компоновку низа колонны устанавливается специальный переводник с фиксирующим устройством для фиксации ЗТС строго к апендалыюй плоскости кривого переводника;

-после спуска инструмента на расчётную глубину (в соответствии с длиной кабельной вставки) с помощью подъёмника спускают автономный скважинный блок ЗТС-42 с подсоединённой кабельной вставкой до его фиксации в специальном переводнике, после чего основной кабель подъёмника отсоединяется, а кабельный наконечник вставки фиксируется специальной вилкой;

-в муфтовое соединение устанавливается крепёжная шайба для фиксации передающего устройства, предварительно соединённого с кабельной вставкой;

-производится дальнейший спуск инструмента до достижения забойной зоны, при этом размещённая в колонне ЗТС-42 вместе с инстументом доставляется на забой;

-для снятия информации, зарегистрированной в процессе бурения автономным блоком, в скважину с помощью подъёмника спускается приёмный блок и с помощью электромагнитного канала связи информация через приёмный блок поступает в наземный компьютеризированный комплекс для обработки и принятия решений по корректировке траектории скважины.

Технология контроля траектории ГС при помощи сбрасываемого автономного варианта ЗТС-42 заключается в следующем. В состав компоновки вводится диамагнитная труба и этой компоновкой

производится бурение. После того, как принято решение о подъёме инструмента для смены долота, отсоединяется квадрат и система сбрасывается внутрь колонны бурильных труб. Затем квадрат навинчивается и включается циркуляция для фиксации ЗТС в посадочном гнезде. После чего начинается полный подъём инструмента, в процессе которого производятся измерения параметров траектории. Привязка данных по глубине осуществляется с помощью глубиномера путём хронометража всех операций одновременно на поверхности и в скважинном приборе.

Технология использования ЗТС-42 в режиме кабельного инклинометра ничем не отличается от традиционной.

Разработанная навигационная система стала одним из перспективных технических средств для проводки ГС. В настоящее время она активно внедряется в Оренбуржье и в Сургуте.

Па основании экономического анализа выявлено, что эффективность эксплуатации ГС зависит от качества строительства и, в первую очередь, от наличия информации, необходимой и достаточной для принятия оптимальных решений.

Расчётный экономический эффект от внедрения системы ЗТС-42 на производстве составляет более 1 млрд.рублей на одном объекте.

Заключение

В диссертационной работе обобщены результаты исследований, проводимых под руководством или непосредственном участии автора в научно-исследовательских и опытно-конструкторских темах, выполненных по заданиям ГКНТ, Миннауки, Минтопэнерго и Роскомнедра РФ, а также по прямым договорам с нефтегазодобывающими регионами России в 1994-1997 г.г.

В результате проведенных теоретических, экспериментальных исследований и внедренческих работ по созданию малогабаритной, гибкой забойной навигационной телеметрической системы с комбинированным каналом связи получены следующие основные результаты и выводы.

I. В результате изучения проблемы повышения качества и точности проводки эксплуатационных горизонтальных скважин (ГС), анализа

([)01Ш0пых, литературных и патентных источников по отечественным забойным, инклинометрнческим н геофизико-инклинометрическим приборам, системам и их зарубежным аналогам установлена необходимость создания конкурентоспособной, недорогой забойной системы, обеспечивающей навигационное сопровождение бурения ГС и снижение при этом процента неэффективных объектов.

2. Проведены исследования специфических геолого-технологических условий эксплуатации навигационных забойных систем, в том числе в ГС с малыми радиусами кривизны, а также параметров вибраций и ударов при бурении, что позволило сформулировать требования к гибкости, модульности, габаритам системы в целом и к первичным преобразователям. Показано, что забойная навигационная система для проводки ГС должна иметь несколько максимально унифицированных модификаций для проводки ГС и контроля траекторий.

3. Обоснован выбор функциональной схемы ЗТС-42, при этом установлено, что высокоточный ннклинометрический преобразователь, зонд естественной гамма-активности, а также технологические датчики забойного давления и температуры, в сочетании с комбинированным каналом связи, позволяют получать текущие координаты ствола ГС и привязывать их к конкретной геологической ситуации в процессе бурения, что дает возможность оперативно принимать технологические решения, направленные на оптимизацию положения ствола ГС, планировать его встречу с продуктивным пластом и вести ствол по его простиранию в заданном коридоре.

4. Развиты элементы теории забойной навигации для проводки ГС, в

т.ч.:

предложено комплексное использование проводного и электромагнитного канала связи в сочетании с автономной регистрацией в реальном времени;

- исследована вибростойкость сцинтилляционных счетчиков гамма-излучения и подтверждена их работоспособность при вибрациях и ударах, возникающих при бурении;

- разработана программа и методика метрологической проверки преобразователей угловых величин к работе в условиях бурения ГС;

- разработан оригинальный глубиномер с точностью 0,2%;

- обоснован н предложен способ защиты забоиной системы от ^действий кавнтационного и абразивного износа промывочной жидкости;

5. Установлено, что для достижения максимальной надёжности системы в экстремальных условиях эксплуатации интенсивное гашение вибраций и ударов, как продольных, так и поперечных, обеспечивается наличием и взаимодействием демпфера, использующего пружинные и гидравлические амортизаторы, рессорных центраторов, резиновых колпаков и заливки печатных плат резнноподобным герметикой.

6. Разработаны технологические схемы и методические приемы проведения стволов ГС системой З'ГС-42, обеспечивающие:

- постоянное слежение за траекторией ГС;

- попадание стволом ГС в заданную зону продуктивного пласта;

- контроль за траекторией ствола, проведенного другими навигационными системами.

7. Результаты исследований используются рядом организации (Сургутнефтегаз, Орснбурггазпром), а также в разработках ЗЛО "Геоэлектроннка сервис" и ОАО "Тверьгеофизика", в том числе в станции геолого-тсхиологнчсского контроля "Разрез-2", в инклинометрических модулях системы "Обь" и др., а также в учебном процессе.

Основные положения диссертации изложены в следующих печатных работах.

1. Информационно-управляющий комплекс для каротажно-технологических лабораторий. Научно-технический сборник "Методика и техника геофизических и геолого-технологическнх исследований скважин". Тверь, 1994 (под ред.ЭЛукьяпова, соавторы Л.Л.Андреев, М.М.Егоров, С.В.Семченко).

2. Автоматизация рабочего места оператора-геофизика каротажной лаборатории на базе интерактивного графического устройства. - Н'ГС статей "Новые компьютеризированные АМК и аппаратура для исследования нефтегазоразведочных скважин". Тверь, 1990 г. (под ред.-И.Л.Бродского, соавторы 10.В.Белосток, И.В.Гршорьсвская., Ы.Ю.Комлев, Г.Л.Кушнир).

3. Отечественные забойные информационно-измерительные системы для проводки и исследований иаклонио-нанравлепных и горизонтальных скважин в процессе бурения - Вестник ЛИС "Каротажпнк". Изд. "Гере", 1995, №№ 14 и 15 (в соавторстве с В.А.Рапнным и Э.Е.Лукьяновым).

4. Технология промыслово-гсофизнчсскнх исследований действующих горизонтальных скважин,- Вестник ЛИС "Каротажпик", 1995, № 15 (в соавторстве с В.А.Чесноковым, В.В.Вержбпцкнм), с.73-74.

5. Малогабаритная забойная телеметрическая система (ЗТС-42) с комбинированным каналом связи - Вестник ЛИС, "Каротажпик", 1996, №

6. Авторское свидетельство СССР № 1226528 от 22.12.85 "Буферное запоминающее устройство" (в соавторстве с А.А.Веселовым).

7. Авторское свидетельство № 1226669 от 22.12.85 "Преобразователь угол-код" (в соавторстве с А.А.Веселовым).

30.