бурение л.р.№6

ЮРГТУ (НПИ) Кафедра НГМО		Телеметрические системы		Л. р. № 6
Цель: Изучение конструктивных особенностей и принципов работы телеметрических систем. КАБЕЛЬНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТИПА «ПИЛОТ-БП26-01» Кабельная телеметрическая система для управления бурением сква­жины по заданной траектории типа «Пилот-БП26-01» предназначена для работы со стандартным одножильным геофизическим кабелем типа КГ1хО,35-10-130 при длине не более 4000 м (или другим кабелем с анало­гичными параметрами) [16]. Условия работы для скважинной части: давление до 60 МПа; темпе­ратура в зависимости от варианта исполнения — до +85 °С идо + 125 °С. Условия работы для наземной части: температура окружающего возду­ха — от 0 до +40 °С при относительной влажности до 98 % (при темпера­туре + 35 °С); атмосферное давление — 100+4 кПа (750+30 мм рт. ст.); на­пряжение питания в зависимости от варианта поставки — а) от автомо­бильной бортовой сети — 11 —13,8 В при токе нагрузки до 7 А; б) от про­мышленной однофазной сети — 50 Гц (220+22) В. Телеметрическая система обеспечивает: измерение угловых параметров траектории скважин; измерение температуры; измерение уровня вибраций; определение угла установки отклонителя; расчет траектории скважины и выдачу прогнозов по траектории сква­жины. Определение тока утечки кабеля от номинального потребляемого тока, в том числе из-за повреждения изоляции кабеля — до 30 %. Система характеризуется применением новейших малогабаритных датчиков на основе феррозондов и акселерометров, что резко повышает их моторесурс по сравнению с датчиками телесистем типов СТТ-108 и СТТ-172. Телесистема типа «Пилот» (рис. 1) имеет ряд преимуществ по срав­нению с другими типами кабельных телесистем, используемых при буре­нии направленных скважин: точность измерений по углу установки отклонителя и азимуту состав­ляет 1,5°, по зенитному углу — 0,15°; меньшая погрешность измерения параметров позволяет более точно соблюдать проектный профиль сква­жины; ________________________________________________________________________________________________ Рис.1. Схема устройства кабельной телесистемы типа «Пилот-БП26-01»: 1 — переводник верхний; 2 — переводник средний; 3 — центратор; 4 — корпус телесистемы; 5 — переводник нижний требуется меньшее число спускоподъемных операций, поскольку за­бойная часть является извлекаемой; высокая надежность подземной части, выполненной на элементной ба­зе SMD-технологии, ведет к уменьшению простоев; отсутствует сбросная муфта с электрическим контактом, что повышает надежность телесистемы; замеры параметров кривизны скважины можно проводить во время спуска телесистемы (т.е. действует как многоточечный инклинометр); с телесистемой может использоваться самый простой персональный компьютер (от 286); транспортировка телесистемы на забой на геофизическом кабеле по­зволяет оперативно (30 — 40 мин) произвести замену глубинного электрон­ного блока; электрические параметры наземного блока позволяют работать с гео­физическим кабелем любого типа; прибор весьма удобен для транспортировки, благодаря малым габари­там (D = 32 мм, 1 = 1500 мм) и небольшой массе (до 10 кг). В период пробной эксплуатации телесистема «Пилот» была доработана с целью повышения эффективности работы в следующих направлениях: повышения рабочего давления в скважине до 100 МПа; снижения опасности «задавливания» блока телесистемы со стороны геофизической части за счет использования в верхней стыковочной части узла герметизации; использования сменной нижней и верхней частей, позво­ляющих применять телесистему как в трубах с внутренним диаметром 54 мм без центраторов, так и в трубах с большим внутренним диаметром (72 мм и более) с центраторами. Телесистема может использоваться как с геофизическим подъемником, так и со специальной малогабаритной лебедкой, что существенно сокращает эксплуатационные расходы. Для повышения технологичности и безопасности примене­ния телесистемы необходимо создание устройства для ввода кабеля с каналом связи внутрь бурильной колонны через верт­люг вместо кабельного переводника. Опыт эксплуатации телесистемы «Пилот» и типов СТТ при строительстве направленных скважин на Оренбургском ГКМ показал более высокую надежность новой телесистемы — не зарегистрировано ни одного отказа. Средняя безотказная наработка двух телесистем только за 9 мес. 2001 г. составила 150 ч, что существенно выше, чем по телесистемам типа СТТ. Кроме того, на 75 % сократились затра­ты времени на техническое обслуживание телесистемы — 0,5 и 2 смены соответственно. ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТИПА « ЭТО-2М» Телеметрическая система типа «ЭТО-2М» предназна­чена для передачи информации о зенитном угле и направлении действия отклонителя забойной компоновки по отношению к апсидальнои плоскости скважины по 3-жильному каротажному кабелю. Для контроля азимута применяется совместно с гиро­скопом или магнитным инклинометром с наружным диаметром 36 мм. Комплектуется немагнитной УБТ с наружным диаметром 105 мм и 164 мм, а также технологической оснасткой для про­кладки и защиты кабеля. На рис.2 изображен общий вид те­леметрической системы типа «ЭТО-2М», а на рис.3 изобра­жена схема установки «ЭТО-2М» в бурильной колонне. Рис. 2. Общий вид телеметрической системы типа « ЭТО-2М»:1 — забойный модуль; 2 — переключатель с ТНБ на ЦНБ с контролем утечки жил кабеля; 3 — технологический наземный блок (ТНБ); 4 — цифровой наземный блок (ЦНБ); 5 — кейс пере­носной Рис. 6.3. Схема установки телесистемы « ЭТО-2М» в бурильной колонне:1 — квадратная ведущая труба; 2 — переводник кабельный УВК; 3 — 3-жильный геофизический кабель; 4 — бурильная труба; 5 — зонд измеритель­ный; 6 — переводник ориентирующий ОП-108; 7 — отклонитель; 8 — двигатель гидравлический; 9 — выступ штыря ориентирующего; 10 — метка отклонителя Устройство ввода кабеля УВК. Устройство предназначено для ввода каротажного кабеля с измерительным устройством во внутренний канал бурильной колонны и его герметизации от утечек бурового раствора. Ориентирующий переводник типа ОП. Переводник предназначен для ориентирования спускаемого в скважину на каротажном кабеле измери­тельного устройства в плоскости искривления двигателя-отклонителя. Устройство защиты кабеля УЗК. Устройство предназначено для защиты геофизического каротажного кабеля от механических повреждений при спус­ке бурильной колонны в обсаженную скважину диаметром 140, 146, 168 мм. Состоит из четырех специальных полуко­лец и двух шпилек. Два верхних полукольца обхватыва­ют ниппельную часть бурильной трубы, а два нижних полукольца — муфтовую часть бурильной трубы. Между верхними и нижним полукольцами вставляются шпильки, между которыми укладывается кабель, который зажимается болтами. Верхние и нижние полукольца стягива­ются болтами Устройство продавочное типов УП и УПП. Устройство типа УП предназначено для проталкивания в бурильный инстру­мент инклинометров, забойных измери­тельных модулей телесистем и других приборов, спускаемых на каротажном кабеле в скважинах с зенитными углами более 45°. Устройство состоит из продавочной головки, разрезной втулки и клю­ча. Применяется совместно с устройст­вом ввода кабеля типа УВК. Устройство типа УПП предназначено для проталкивания в бурильный инстру­мент геофизических приборов, в том числе инклинометров, спускаемых на ка­ротажном кабеле в скважинах с зенит­ными углами более 45°. Устройство имеет боковой ввод для промывочной жидкости и устанавливается на верхнюю трубу бурильных колонн диамет­ром 127 мм или 73 мм. Для этого нижняя часть УПП-133/86 с ниппелем (резьба 3-133) комплектуется дополнительным переходным переводником (муфта 3-133 х ниппель 3-86). Подквадратные переводники. Подквадратные переводники специаль­ные типа ППС предназначены для защиты каротажного геофизического кабеля от повреждений при продвижении ведущей штанги квадратного се­чения (140 мм х 140 мм) внутри вкладышей ротора. Место установки ППС — в бурильной колонне под квадратом, при этом кабель укладывается в один из продольных пазов и фиксируется по наружному диаметру киперной лентой, а по нижней муфте и замку бурильной трубы — через ниппельный переводник типа ППН с помощью устройства защиты кабеля УЗК. Подквадратные переводники типа ППН предназначены для соедине­ния подквадратного переводника ППС с бурильной трубой. Применяется совместно с устройством защиты кабеля УЗК. Технологическая оснастка может применяться со всеми телеметриче­скими системами с электропроводным каналом связи. Наземная аппаратура имеет цифровое и аналоговое (для контроля за изменениями в поведении КНБК — стрелочные приборы) отображение информации. ГЕОНАВИГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС НПФ « САМАРСКИЕ ГОРИЗОНТЫ» Геонавигационный комплекс предназначен для определения пространственной ориентации компоновки низа бурильной колонны и оперативного управления процессом бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин. Геонавигационный комплекс состоит из телеметрической системы (ТС) модульной конструкции, которая включается в состав компоновки ни­за бурильной колонны, и наземной аппаратуры, состоящей из приемного устройства, компьютера и принтера. Принцип действия. Поток промывочной жидкости приводит в дейст­вие турбину генератора, за счет чего вырабатывается электроэнергия, пи­тающая электронный блок скважинного прибора. Информация от датчиков преобразуется в кодовую последовательность, которая передается в зави­симости от условий бурения и наличия соответствующих модулей по элек­тромагнитному и гидравлическому каналам связи. На поверхности сигнал принимается антенной, удаленной на 30 — 50 м от буровой установки или датчиком-преобразователем, установленным в нагнетательной линии буро­вых насосов. В приемном устройстве принятый сигнал декодируется и вы­водится на монитор компьютера и принтер. Геонавигационный комплекс (рис.4) состоит из установленной в ко­лонне бурильных труб 1 над забойным двигателем 2 забойной телеметриче­ской системы 3 с источником питания 4, бурового насоса 5 с приводом 6. Насос соединен с приемной емкостью 7, в которой установлен датчик уровня 8 бурового раствора. В нагнетательном трубопроводе 9 бурового насоса установлены датчики давления 10, расхода 11, плотности бурового раствора 12, содержания газа 13. В ней же установлен управляющий кла­пан 14. К антенне 15 подключено приемное устройство 16, выход из кото­рого подключен ко входу в компьютер 17. Ко второму входу в компьютер подключен преобразовательный комплекс 18. На лебедке буровой 19 с при­водом 20 установлен датчик длины колонны бурильных труб 21. Индикатор 22 веса на крюке установлен на талевом канате 23. Колонна бурильных труб 1 проходит через ротор 24 с приводом 25 для ориентации отклоняю­щей компоновки 26. В верхней части скважины на обсадные трубы уста­новлен блок превенторов 27 с приводом 28. В затрубном пространстве бу­рильной колонны установлен датчик газоанализатора 29. Датчики осевой нагрузки 30 и крутящего момента 31, датчик индикатора оборотов забойно­го двигателя 32, передающий модуль 33 и блок инклинометрии 34 установ­лены в корпусе забойной телеметрической системы 3. К выходам компью­тера 17 подключены монитор 35, принтер 36, а через блок сопряжения 37 — пульт бурильщика 38 и модем 39. Модем соединен по линии телефон­ной связи через модем удаленного компьютера 40 с удаленным компьюте­ром 41. Выход компьютера 17 подключен к блоку управления 42, к которо­му, в свою очередь, подключены привод насоса 6, привод лебедки 20, при­вод ротора 25, привод превенторов 28 и управляемый клапан 14. Возможна установка над источником питания 4 съемного модуля пульсатора 43 для передачи информации по гидравлическому каналу связи. Рис.4. Схема устройства информационно-технологического геонавигационного комплекса: 1 — труба бурильная; 2 — двигатель забойный; 3 — забойный блок; 4 — источник питания; 5 — насос буровой; 6 — привод насоса; 7 — емкость приемная; 8 — датчик уровня; 9 — линия нагнетательная бурового насоса; 10 — датчик давления; 11 — датчик расхода; 12 — датчик плотности раствора; 13 — датчик газосодержания; 14 — клапан управляющий; 15 — антенна; 16 — устройство приемное; 17 — компьютер; 18 — комплекс преобразовательный; 19 — ле­бедка буровая; 20 — привод лебедки; 21 — датчик длины бурильных труб; 22 — индикатор веса на крюке; 23 — канат талевый; 24 — ротор; 25 — привод ротора; 26 — отклоняющая компоновка; 27 — блок превенторов; 28 — привод превенторов; 29 — газоанализатор; 30 — датчик осевой нагрузки; 31 — датчик крутящего момента; 32 — датчик оборотов забойного двигателя; 33 — модуль передающий; 34 — блок инклинометрии; 35 — монитор; 36 — прин­тер; 37 — блок сопряжения; 38 — пульт бурильщика; 39 — модем; 40 — модем удаленного компьютера; 41 — клапан управляющий; 42 — блок управления; 43 — модуль пульсатора; 44 — блок компьютера; 45 — программное обеспечение ПК; 46 — операционная система; 47 — программа обработки данных от датчиков технологических; 48 — программа выработки технических решений; 49 — база данных технологических ситуаций, программа управления; 50 — 58 — аналого-цифровые преобразователи; 59 — контроллер; 60 — модем комплекса; 61 — блок питания Компьютер 17 содержит электронные блоки компьютера 44 и про­граммное обеспечение информационно-технологического геонавигационно­го комплекса 45, которое включает операционную систему 46, программу обработки информации от технологических датчиков 47, программу выра­ботки технических решений 48, а также программу управления 49. Преобразовательный комплекс 18 содержит аналого-цифровые преоб­разователи (по числу датчиков) типа АЦП 50 — АЦП 58, контроллер 59, модем комплекса 60 и блок питания 61. Устройство работает следующим образом. При бурении работает насос 5, который по нагнетательной линии 9 подает буровой раствор к забойному двигателю 2 и приводит его в действие. Инклинометрические параметры с блока инклинометрии 34, забойные параметры с датчиков осевой нагрузки 30, крутящего момента 31, оборотов гидротурбины 32 при помощи пере­дающего модуля 33 в виде электромагнитного сигнала подаются на антенну 15 и далее в приемное устройство 16 и в компьютер 17. Сигналы с назем­ных технологических датчиков 8, 10, 11, 12, 13, 19 и 29 подаются на вход в преобразовательный комплекс 18 и далее на вход в компьютер 17, где преобразуется, обрабатывается и передается одновременно на монитор 35 и пульт бурильщика 38, при необходимости, и на принтер 36. На экране монитора 35 информация оперативно, качественно и наглядно доводится до исполнителя-геофизика, а на пульте бурильщика 38 часть этой информации представляется в виде цифровой и аналоговой форме, причем в аналоговой форме при помощи светодиодов, размещенных по окружности, представ­ляются преимущественно инклинометрические данные. Преобразовательный комплекс 18 преобразует показания со всех на­земных датчиков в сигнал, приемлемый для компьютера 17. Датчики, уста­новленные в корпусе забойной телеметрической системы, передают ин­формацию на поверхность через передающий модуль 33 на антенну 15, приемное устройство 16 и далее в персональный компьютер 17. Программа обработки информации от технологических датчиков 47 обрабатывает всю информацию, полученную с датчиков для представления первоначально в цифровом виде, затем для визуализации в форме таблиц, графиков и диаграмм на экране монитора 35 и, кроме того, рассчитывает и выдает данные, полученные путем математических преобразований с заме­ренными параметрами, например, отклонение от траектории. Программа выработки технических решений 48 осуществляет более сложные логические и математические преобразования информации для выработки рекомендаций по управлению процессом бурения скважины. Программа управления 49 непосредственно подает управляющие сиг­налы на исполнительные органы системы управления, к которым относятся привод бурового насоса 6, привод лебедки 20, привод ротора 25 и привод превенторов 28. Возможна выдача предупреждающих (звуковых и свето­вых) сигналов при возникновении аварийной ситуации. Предложенный НПФ «Самарские горизонты» геонавигационный ком­плекс обеспечивает и полную автоматизацию процесса бурения путем воз­действия на приводы насоса, лебедки, ротора и превенторов. При этом ка­ждое из этих управляющих воздействий может быть реализовано либо в отдельности, либо совместно в любом сочетании. Обратная связь между компьютером 17 и забойной телеметрической системой 3 осуществляется путем воздействия на управляющий клапан 14 и посылки управляющего импульса по гидравлическому каналу. Такая связь может быть использова­на, например, для включения или выключения источника питания 4. Если установлен пульсатор 43, создающий гидравлические импульсы бурового раствора, то информация об инклинометрических параметрах скважины и с забойных датчиков может быть передана по гидравлическо­му каналу связи на датчик давления 10 и далее к преобразовательному ком­плексу 18 и в компьютер 17. При это возможно использование либо одного гидравлического канала связи или одновременно обоих каналов связи: гидравлического и электромагнитного для дублирования передачи или параллельной посылки различных данных. Информация с датчиков расхода 11, плотности раствора 12 и датчика газосодержания 13, поступающая также через преобразовательный комплекс 18, подается в компьютер 17, по которому производится коррекция данных, полученных с забоя по гидравлическому каналу связи на датчик давления 10. Это необходимо, чтобы учесть влияние характеристик бурового раствора на скорость рас­пространения гидравлической волны в жидкости (буровом растворе) для избежания искажения результата. Кроме того, предложенный комплекс обеспечивает передачу всей информации на удаленный компьютер 41, что­бы осуществлять контроль за процессом бурения скважины не только на одной буровой, но и в масштабах куста или месторождения. Телеметрическая система, входящая в состав информационно-техно­логического геонавигационного комплекса, предназначена для определения пространственной ориентации компоновки низа бурильной колонны, а также забойных параметров, необходимых для оптимизации процесса бу­рения. Рис.5. Общий вид приемного устройства геонавигационного комплекса НПФ «Са­марские горизонты» Скважинная часть телеметрической системы имеет модульную конст­рукцию. Функциональные возможности телесистемы зависят от состава входящих в нее модулей, который определяется технологической необхо­димостью. Внешний вид приемного устройства изображен на рис. 6.5. Базовые комплектации скважинного прибора типов ЗТС-172-005, ЗТС-172-015, ЗТС-108-014, ЗТС-108-017 и ЗТС-195-016 обеспечивают ориен­тацию отклонителя на забое, а также непрерывную передачу и индикацию на поверхности азимута, зенитного угла скважины в процессе бурения гидравлическими забойными двигателями в геологических породах, не имеющих магнитных аномалий. Системы типов ЗТС-172-005, ЗТС-172-015, ЗТС-108-014 и ЗТС-195-016 используют для передачи электромагнитный ка­нал связи, система типа ЗТС-108-017 может использовать электромагнит­ный и гидравлический каналы связи, что обеспечивает более высокую по­мехозащищенность и скорость передачи информации. Генератор питания (рис.6) входит в состав забойной телеметриче­ской системы и предназначен для обеспечения питания скважинной аппа­ратуры электроэнергией. Рис.6. Генераторы питания скважинной аппаратуры Особенности конструкции генераторов следующие. Генераторы типов Sg043 и Sg045 маслонаполненные. Предназначены для питания электрони­ки скважинного прибора телесистемы с электромагнитным каналом связи. Генератор типа Sg032 открытого, проточного типа, с двухсторонними разъ­емами и транзитными проводами передачи данных. Он предназначен для питания телеметрической системы с дополнительными модулями гидрав­лического канала, электромагнитного каротажа (ЭМК), каротажа сопротив­лений. Генератор типа Sg052 открытого, проточного типа. Он предназначен для питания электроники скважинного прибора телеметрической системы с электромагнитным каналом связи. ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ КА НАЛОМ СВЯЗИ Отечественной промышленностью выпускается малой серией телемет­рическая система под названием « Индикатор частоты вращения вала тур­бобура типа ИЧТ» , в которой для передачи информации о режиме работы турбобура с забоя скважины на ее устье используется гидравлический (ес­тественный) канал связи. Телеметрическая система с гидравлическим кана­лом связи состоит из двух устройств под названием «Индикатор частоты вращения вала турбобура типа ИЧТ» и «Индикатор определения работо­способности турбобура типа ИРТ-1». Схема индикатора типа ИЧТ изображена на рис.7. Данная система позволяет буровой бригаде иметь непрерывную информацию о частоте вращения турбобура и на ее основе регулировать скорость подачи буриль­ной колонны с целью отработки долот в режиме максимума механической мощности забойного двигателя. В свою очередь это позволяет более эф­фективно использовать вооружение долота и исключить преждевременную Рис.7. Схема телеметрической системы типа ИЧТ: 1 — тройник; 2 — преобразователь давления; 3 — при­емник сигналов; 4 — контейнер; 5 — таходатчик; 6 — привод; 7 — турбобур заклинку его опор, а следовательно, увеличить проходку на долото и меха­ническую скорость бурения. Накопленный опыт промышленной эксплуатации телесистемы типа ИЧТ при бурении скважин в различных горно-геологических условиях по­казывает, что ее применение позволяет увеличить в среднем проходку на долото на 25 — 30 %, а механическую скорость — на 15 —20 %. Очень важным аспектом применения телесистемы типа ИЧТ является возможность с ее помощью осуществлять обнаружение признаков «при­хвата» бурильной колонны на начальной стадии его формирования, что по­зволяет принять оперативные меры по предупреждению возникновения аварийной ситуации такого типа. Как правило, при применении телесисте­мы типа ИЧТ достигается отработка вооружения долот на 80 — 85 % при люфтах в опорах шарошек не более 3 — 5 мм. Индикатор типа ИЧТ устанавливается над турбобуром и предназначен для контроля работы гидравлического забойного двигателя с наружным диаметром 195 и 240 мм при бурении скважины глубиной до 3500 м. Диапазон контролируемых частот вращения — от 150 до 1200 об/мин. При этом погрешность измерения — ±25 об/мин. В комплект поставки входят: забойный переводник с замковыми резьбами типа 3-171; два забойных таходатчика; наземный аппаратурный комплекс; привод на вал забойного двигателя — турбобура. Опыт практической эксплуатации телесистемы типа ИЧТ в различных горно-геологических условиях показывает, что ее применение при бурении скважин позволяет сократить число долот, необходимых для бурения ниж­них интервалов глубоких скважин; увеличить механическую скорость бу­рения и проходку на долото, а соответственно уменьшить число циклов спуско-подъемных операций бурильного инструмента для смены долота; практически исключить вероятность оставления шарошек долота на забое скважины и подъем недоработанных долот; осуществлять раннее обнару­жение начала прихвата бурильной колонны; в общей совокупности снизить календарное время бурения скважины. Индикатор типа ИРТ-1 устанавливается также над турбобуром и пред­назначен для измерения на устье скважины частоты вращения вала турбобура и турбинных отклонителей всех типоразмеров в режиме холо­стого хода при заданном расходе бурового раствора. Измерение осуществ­ляется с целью определения соответствия указанного параметра паспорт­ным данным конкретного типа забойного двигателя для принятия решения о целесообразности его использования. В комплект поставки входят: изме­рительный переводник; привод с датчиком, устанавливаемый на вал турбо­бура; измерительный блок с цифровым табло (дисплеем). Принцип действия ИРТ-1 следующий. После установки привода на вал турбобура, а измерительного переводника на корпус турбобура и затем ве­дущей рабочей трубы («квадрата»), запускается буровой насос. После за­пуска турбобура к измерительному переводнику подносится измеритель­ный блок, на табло которого регистрируется частота вращения вала турбо­бура в режиме холостого хода. По совокупности трех параметров — заре­гистрированной частоты вращения, давления на манометре и расхода бу­рового раствора определяется степень работоспособности турбобура, на основании которого принимается решение о целесообразности (или неце­лесообразности) спуска данного турбобура на забой скважины. Применение индикаторов типов ИЧТ и ИРТ позволяет надежно кон­тролировать работу забойного двигателя и своевременно оценить его ре­сурсный потенциал. Это позволяет предотвратить выполнение рейса с не­полной отработкой долот. Промышленная эксплуатация индикатора типа ИРТ-1 позволяет пре­дотвратить холостой спускоподъем бурильной колонны из-за неисправного турбобура, и, как следствие, исключить непроизводительные затраты при бурении скважины. Вывод: В ходе данной работы изучил конструктивные особенности и принцы работы телеметрических систем.
Выполнил :	Арутюнов Ю.Э.		Подпись
Принял :	Гринько Д.А