Диссертация Г. С. Абрамова. Г. С. Абрамов телеизмерительные системы с электромагнитным каналом связи для точнонаправленного бурения нефтегазовых скважин западной сибири
 Скачать 0.67 Mb.
|
1.2. Отечественные телеизмерительные инклинометрические системы для точнонаправленного бурения скважин Западной Сибири.Впервые электромагнитный канал связи для автоматизации процесса бурения и геофизических исследований в процессе бурения применен в СССР (система ЭБТ-1,БЭТА) [56, 88, 89]. Разработанная ВНИИГИС система забойного инклинометра ЗИС-4 с электромагнитным каналом связи "забой–устье" успешно применяется с 1987 года в различных районах страны (Урало–Поволжье, Западная Сибирь). Первичными преобразователями угловых перемещений являются датчик зенитного угла маятникового типа с синусно–косинусным трансформатором, в качестве датчика азимута – магнитомодуляционный датчик на стабилизированной платформе. Для устойчивой работы в условиях вибраций контейнер блока датчиков заполнен кремнеорганической жидкостью. Источником электрического питания забойного блока и передатчика является автономный турбоагрегат, ротор которого приводится во вращение потоком промывочной жидкости. Мощность генератора составляет 60 Вт при расходе промывочной жидкости 15-25 л/с. В качестве излучающей антенны (несимметричный диполь) используются бурильные трубы разделенные электрически прочным электрическим разделителем в виде защемленного между резьбовыми соединениями стеклопластиком, пропитанного полиэфирной смолой и изоляционным и внутренним и внешним покрытиями из этих же материалов. Передача электрических сигналов с забоя осуществляется фазоманипулированными цифровыми последовательностями. Приемная аппаратура принимает, усиливает и дешифрует принятые сигналы и отображает результаты измерений на табло и бумажном носителе. В последние годы в связи с резким возрастанием объемов работ по точно направленному бурению наклонно – направленных и горизонтальных скважин ряд организаций усиленно работают над созданием более совершенных телесистем на базе новых передовых, ставших доступными, высоких технологий ВПК и современной элементной базы. При каротаже в процессе бурения используются следующие виды аппаратуры: - бескабельные системы проводки и каротажа, - MWD- и LWD-системы, - автономные приборы, - кабельные системы. В России и СНГ разработкой систем проводки и каротажа скважин в процессе бурения занимается целый ряд организаций: АО НПП "ВНИИГИС" (г.Октябрьский), НПФ "Геофизика" (г.Уфа), СКТБ ПЭ "Потенциал" (г.Харьков), НПО "Ротор" (ранее НИИ прикладной механики) и ВНИИБТ (г.Москва), АО "ЭХО" (г.Октябрьский), ВНИГИК (г.Тверь), МВП "Курс" (г.Троицк) и др. Технические характеристики разработанных ими систем приведены в таблице 2. Как следует из таблицы, большинство отечественных телесистем измеряет довольно ограниченный набор технологических параметров бурения (зенитный угол a, азимут f, положение отклонителя Q) и могут быть применены для контроля траектории ствола ГС: это системы СТЭ и СТТ (СКТБ "Потенциал"), использующие в качестве канала связи кабель электробура, бескабельные с электромагнитным каналом связи системы ЗИС-4 (ВНИИГИС), ВТ-3 (АО "ЭХО"), автономная ЗТС-42 (ВНИГИК). Забойная телеметрическая система СТЭ, созданная Харьковским СКТБ "Потенциал" при участии ВНИИБТ, используется при электробурении в течение последних 20 лет и позволила успешно пробурить сотни наклонно-направленных скважин в различных районах СНГ. Система 2СТЭ благодаря усовершенствованной конструкции обладает улучшенными точностными показателями измерений зенитного угла, азимута и положения отклонителя. Однако, выпуск этой системы ограничился 8-ю опытными образцами. Для проводки скважин, бурящихся гидравлическими забойными двигателями в СКТБ "Потенциал" разработана забойная телеметрическая система СТТ, которая на 90% унифицирована с телесистемами типа СТЭ. В настоящее время в СКТБ ПЭ ведутся работы по созданию управляемого с поверхности отклонителя для электробура с кабельным каналом связи. Начаты работы по созданию второго поколения телеметрических систем. Электропроводная телеметрическая система "ЭТО-1", разработанная во ВНИИБТ, предназначена для контроля угла закручивания КНБК в процессе бурения направленных скважин и контроля угла установки отклонителя. Телесистема состоит из спускаемого на трехжильном кабеле измерительного зонда, который на нижнем конце имеет направленную планку, и наземного измерительного устройства. Из отечественных предприятий наибольшего успеха в плане комплексного подхода к решению проблемы информационного обеспечения строительства ГС (проводки и каротажа) добились АО НПП "ВНИИГИС" и АО НПФ "Геофизика". АО НПП "ВНИИГИС" предлагает комплексную технологию управления траекторией бурящейся скважины инклинометрической системой с беспроводным электромагнитным каналом связи и каротажа автономной аппаратурой на бурильных трубах. Технология реализуется с помощью забойной инклинометрической системы ЗИС-4 и аппаратурно-методического комплекса "Горизонт". На этапе проводки скважины используется ЗИС-4, позволяющая вести измерения непрерывно без остановки бурения. Прием и обработку информации можно вести как с помощью специализированного пульта, так и на IBM PC. Для каротажа горизонтальной скважины используется АМК "Горизонт", с помощью которого за восемь часов и одну спуско-подъемную операцию обеспечивается запись комплекса параметров: ГК, НГК, ПС, КС, инклинометрии. В рамках развития комплексной технологии во ВНИИГИС начато внедрение системы MWD "Забой" с беспроводным электромагнитным каналом связи. "Забой" позволяет непосредственно в ходе бурения получать информацию о технологических и инклинометрических параметрах бурения, а также о литологии геологического разреза. В последние годы очень интенсивно разрабатываются технологии бурения многоствольных скважин и скважин малого диаметра из обсаженных скважин, а также из скважин старого фонда. В первом случае существенно падают затраты за счет уменьшения необходимого количества скважин, а во втором при незначительных затратах на бурение вызывается к жизни огромное количество старых скважин, используя нетронутые целики нефти и малопродуктивные пласты. Для реализации этих технологий ВНИИГИС завершает разработку малогабаритной телесистемы ЗТС-1УГ с беспроводным каналом связи с использованием опыта разработки и эксплуатации телесистем двух предыдущих поколений ЗИС-4 и "Забой". Специфичные требования к телесистеме, предъявляемые для проводки скважин малого диаметра, потребовали кардинального пересмотра конструкции. Разработан принципиально новый турбогенератор, электрический разделитель, общая компоновка, система кодирования. Совместно с предприятием ВПК разработан высококлассный инклинометрический датчик. Кроме того, компоновка телесистемы предполагает органичное развитие комплекса измеряемых параметров. Усовершенствованная модификация "Забоя" - "Забой-М", над которой работают в настоящее время разработчики ВНИИГИС, предназначена для измерения расширенного комплекса геофизических параметров: ГК, ПС, КС зондами БК, дифференциальное давление и температура (ДД и ДР). Одновременно с развитием систем каротажа в процессе бурения с электромагнитным каналом связи во ВНИИГИС ведутся работы по совершенствованию автономных систем для каротажа ГС. Завершается разработка экспериментального образца автономного аппаратурно-методического комплекса малого диаметра для геофизических исследований горизонтальных скважин, пробуренных из скважин действующего и старого фонда ("Горизонт-М"). Разрабатывается новая модификация "Горизонт-2" с расширенным комплексом измеряемых геофизических параметров. Дополнительно к модулям КС, ПС, ГК, НГК разрабатываются модули АК, ГГК‑П и ГДК. В АО НПФ "Геофизика" разрабатываются и производятся: - инклинометрическая забойная система с кабельным каналом связи КТС-1 с магнитометрическим многоточечным инклинометром "Оникс"; - технологии и технические средства для ГИС в ГС "Горизонталь-1" с использованием геофизического кабеля, "Горизонталь-2" с использованием кабеля электробура, "Горизонталь-3" и "Горизонталь4" на кабеле с доставкой на забой потоком промывочной жидкости или колонной специальных труб, "Горизонталь-5" для промыслово-геофизических исследований в действующих ГС; - малогабаритная инклинометрическая система для бурения скважин малого диаметра (120-146 мм) ОРБИ-36 (инклинометрия, ГК, НГК); - геофизическая аппаратура для исследования скважин с малым радиусом кривизны (гибкие соединения). Кабельная телеметрическая система КТС-1 разработана в рамках отраслевой комплексной программы "Горизонт", в 1994 году успешно прошла ведомственные приемочные испытания. В системе использован сбросовый кабель, контактные стержни и муфты, переводник кабеля из колонны в заколонное пространство, комбинированная проводная линия связи при помощи КПЛС-140. В системе применен виброударозащищенный погружной контейнер, в котором в процессе бурения находятся измерительные зонды. Для решения важной задачи определения положения долота относительно кровли и подошвы пласта в процессе бурения в НПФ "Геофизика" найдены новые технические решения, которые реализованы в макетах приборов. Для защиты новых технических решений НПФ "Геофизика" получила серию патентов на способы проводки и исследования горизонтальных скважин (патенты РФ NN 1572097, 2006575, 2007556). Кроме того, НПФ "Геофизика" получила патенты на устройства для контроля за положением отклонителя ствола скважины (патенты РФ NN 2007560, 2052091) и на способ доставки геофизических приборов в горизонтальную скважину (патент РФ N 2029860). ВНИГИК НПП "ГЕРС" разработал и предлагает для использования автоматизированный комплекс для геологических исследований скважин в процессе бурения, предназначенный для оперативного изучения свойств горных пород по шламу, промывочной и пластовой жидкости с целью литологического расчленения разреза, выделения нефтеносных пластов, оценки их коллекторских свойств, формирования отчетных документов и архивирования геологической информации. Кроме того, ВНИГИК разработал и предлагает к использованию комплекс аппаратуры контроля процесса бурения скважин "Оптима", состоящей из модулей сбора информации от датчиков МСИ, компьютерного центра обработки информации КЦ, моноканала цифровой связи между КЦ и МСИ. Во ВНИГИК также разработана телесистема ЗТС-42, которая устанавливается в фиксирующем устройстве, может быть сбрасываемой и использоваться в автономном режиме периодического считывания информации из скважинного прибора посредством спускаемого кабеля. Инклинометрические параметры измеряются высокоточным зарубежным датчиком. Кроме 3-х инклинометрических система ЗТС-42 измеряет температуру, давление, ГК, вибрацию. Однако испытания систем в Оренбурге, Западной Сибири показали, что отсутствие информации в реальном времени затрудняет управление отклонителем. АО НТТ "Курс" заявляет о своей готовности к формированию рынка MWD систем. В активе предприятия более 50 успешно пробуренных скважин в различных регионах страны. АО НТТ "Курс" предлагает буровым предприятиям и организациям забойные телеметрические системы, обеспечивающие контроль положения отклонителя на забое и параметров траектории ствола скважины в процессе бурения с передачей результатов по каротажному кабелю. Отличительная особенность аппаратуры "Курс" - высокая вибро- и термостойкость. Аппаратура "Курс" использовалась при проводке горизонтальных скважин. В настоящее время АО НТТ "Курс" совместно с Арзамасским приборостроительным заводом (АО "АПЗ") и НИИприборостроения участвуют в создании гироскопической MWD системы диаметром 45 мм (торговое название "Гирокурсор"). АО "СпецУБР" (г. Нижневартовск), имеющее большой опыт бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин совместно с АО "Саратовнефтегеофизика" создали комплексную компьютизированную систему оперативного контроля технологии бурения и траектории ствола скважины. Система включает датчики технологических параметров бурения (датчик оборотов лебедки, веса на крюке и давления в нагнетательной линии буровых насосов), бескабельную забойную телеметрическую систему ЗИС-4 (разработанную во ВНИИГИС), анализатор суммарного содержания углеводородных газов в буровом растворе и компьютизированный комплекс обработки информации, обеспечивающий преобразование информации датчиков технологических параметров бурения и забойной инклинометрической системы в цифровой сигнал, ее обработку и отображение на дисплее в реальном времени, запись в базу данных на жесткий диск и вывод на печать в табличной и графической формах в функции времени и глубины. Специалистами ПечорНИПИнефти и АО "Коминефтьгеофизика" предложен способ совмещения процесса бурения и геофизических работ. Технология заключается в доставке геофизических приборов на забой принудительно потоком промывочной жидкости. Специалистами Ухтинского индустриального института, АО "Коминефтьгеофизика" и "Коминефть" разработана телеметрическая система ТСИО "Печора", которая может быть использована в качестве навигационного обеспечения в бурогеофизическом комплексе "Печора", предназначенном для проводки горизонтальных и разветвленных скважин. Данная телесистема позволяет определять положение отклонителя, зенитный угол и азимут ствола непрерывно путем подачи измерительного блока через горловину вертлюга или вводный переводник с записью на цифропечатающем устройстве. Преимущество этой телесистемы, по мнению разработчиков, заключается в том, что она создана на базе уже существующего геофизического комплекса: инклинометров КИТ, ИН1-721, приборов радиоактивного каротажа, электротермометра и локатора муфт. Система дает возможность осуществить навигационное обеспечение и расчленение геологического разреза в процессе бурения. Создан опытный образец, и намечены стендовые и промысловые испытания. Для бурения горизонтальных скважин из эксплуатационной колонны бездействующей скважины в ПО "Уренгойгазпром" ВНИИБТ изготовил специальную компоновку, состоящую из вырезающего устройства, устройства для ориентирования отклонителя и забойного двигателя с уменьшенной длиной шпинделя. Для измерения зенитного угла и азимута использовался разработанный ВНИИБТ инклинометр с часовым механизмом (ИКС), диаметр которого составляет 50 мм. Актуальность проблемы проводки горизонтальных и наклонно-направленных скважин послужила причиной повышенного интереса ряда организаций к разработке современных забойных инклинометрических систем, в том числе малогабаритных. В ВИТРе завершена НИР по созданию универсального автономного одноточечного инклинометра для оперативного контроля направления наклонных, горизонтальных и восстающих скважин диаметром более 46 мм и глубиной до 1500 м, пробуренных в диамагнитных горных породах. Инклинометр ИОК-42 обеспечивает определение зенитных углов с погрешностью 1, азимутальных 2,5 (при зенитных углах от 3 до 177). В Томском политехническом институте ведется разработка по созданию эффективных инклинометрических приборов и систем контроля наклонно-направленных, в том числе горизонтальных, нефтяных и газовых скважин. Разработка технологии и компьютеризованного комплекса геолого-геофизического сопровождения проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин в процессе бурения ведется в НВНИИГГ. Здесь разработан прибор для измерения зенитного угла скважины в процессе бурения с минимальным диаметром бурильных труб 50 мм. Прибор после окончания бурения перед подъемом бурового инструмента сбрасывается в бурильные трубы и опускается в специальную центрирующую втулку. Через заданное время прибор срабатывает, фиксируется зенитный угол, и далее поднимается вместе с инструментом на поверхность. Прибор выпускается опытным заводом ВНИИБТ. АО "ЭХО" начало промышленное использование забойного инклинометра ЭХО АТ-3 с электромагнитным каналом связи. Инклинометр предназначен для непрерывного измерения, беспроводной передачи на поверхность и регистрации параметров при бурении скважин забойными гидравлическими двигателями. С использованием ЭХО АТ-3 пробурено несколько горизонтальных скважин в Татарии. В Санкт-Петербургском государственном горном институте с привлечением специалистов ВПК разрабатывается система геотехнологических исследований в процессе бурения скважин с передачей информации по электромагнитному каналу связи. В России в последние годы уделяется внимание разработке гироскопических инклинометрических систем как более точных и надежных. НПО "Ротор" разработал гироскопические забойные измерительные комплексы для систем точнонаправленного бурения горизонтальных скважин, обеспечивающих измерение угловых параметров любых траекторий нефтяных и газовых скважин и передачу в наземную аппаратуру значений зенитного угла, азимута, угла положения отклонителя и температуры в забое. Серийное производство разработанных приборов и аппаратуры планируется заводами объединения. НПФ "Геофизика" также предлагает инклинометр гироскопический многоточечный ИГМ-100-100/60 с повышенными метрологическими характеристиками, предназначенный для определения азимута и зенитного угла с целью уточнения траекторий ранее пробуренных, в том числе горизонтальных, скважин. Режим измерения — точечный, дополнительно выдается информация о температуре внутри скважинного прибора. В Уфимском государственном нефтяном техническом университете разработана конструкция гироскопического устройства для направленного бурения наклонных и горизонтальных скважин. В течение последних десятилетий отечественным и зарубежным исследователям удалось продвинуться в направлении практического использования сигналов, возбуждаемых работающим буровым долотом, для изучения упругих параметров разбуриваемых пород, режимов бурения, а также пространственного положения ствола скважины. В последние годы убедительно показана возможность решения геологических задач при проведении ВСП ПБ. В настоящее время имеется задел для разработки методики комплексного решения геологических и технологических задач модификациями ВСП ПБ. При ВСП ПБ создаются условия для контроля за режимом бурения и оперативного прогноза ниже забоя одновременно в различных скважинах, а многоканальные наземные регистрирующие системы позволяют реализовать профильные, объемные и площадные модификации метода с требуемой плотностью освещения отражающих объектов (Шехтман Г.А. и др., ВНИИГеофизика). Перед автором стояла задача проанализировать зарубежный и отечественный опыт эксплуатации выпущенных ОАО ИПФ "Сибнефтеавтоматика" и эксплуатирующихся геофизическими предприятиями: ДАО "СпецУБР" (А.Н. Сараев и др., г. Нижневартовск), АО ИПФ "Геофит" (А.К. Хорьков и др., г. Томск), АО "ЭХО" (Г.Ф. Кузнецов, г. Октябрьский) и др. организаций, разработать оптимальную структуру телесистем для проводки скважин Западной Сибири, основанную на современных решениях, элементной базе, методах и средствах обработки в реальном масштабе времени данных измерений на ПЭВМ, отвечающую современным требованиях по точности измерений траектории, измерения технологических и геофизических параметров. По результатам исследований выполнить опытно – конструкторские работы, изготовить опытные образцы аппаратуры и испытать телесистемы в скважинных условиях Западной Сибири, отработать совершенную методику измерений на буровой, метрологическое обеспечение аппаратуры. |