Система забойная инклинометрическая СИБ-1М

Система забойная инклинометрическая предназначена для измерения на забое и в стволе скважины и индикации на поверхности земли параметров зенитного угла и азимута наклонно-направленной скважины, угла установки отклонителя.

Система применяется при следующих технологических операциях турбинного бурения:

• • для ориентирования отклонителя на забое при необходимости изменения азимута ствола скважины или его зенитного угла;
• • для ориентирования отклонителя на забое в вертикальных скважинах с зенитным углом не менее 3,2 град, при зарезке скважины по заданному проектом направлению;
• • для определения угла закручивания бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя при бурении вертикальных и наклонно-направленных скважин;
• • для промеров параметров ствола скважины в режиме сопровождения забойного двигателя и проведения статических замеров параметров ствола.

Комплекс используется при бурении скважин турбобурами в геологических средах, не имеющих магнитных аномалий.

Комплекс обеспечивает:

• • диапазон измерения зенитного угла: от 3 до 120 град;
• • диапазон измерения азимута: от 0 до 360 град;
• • диапазон измерения угла отклонителя: от 0 до 360 град.

Пределы допускаемого значений основной абсолютной погрешности измерения статических значений параметров:

• 1) зенитного угла ±30',
• 2) азимута ±4 град.,
• 3) угла установки отклонителя ±4 град.

Предел допускаемой дополнительной приведенной погрешности измерения угловых параметров от изменения температуры окружающей среды не более 0,1% на 10 °C.

Предел допускаемой дополнительной приведенной погрешности измерения зенитного угла от изменения вибраций не более 2,5%.

Чувствительность приемника не менее 250 мкВ.

Расход трансформаторного масла, залитого во внутренний объем генератора переменного тока, не более 0,25 л на 50 ч работы в скважине.

Расход бурового раствора не менее 30 л/мин.

Комплекс состоит из комплекта наземного оборудования, расположенного в станции (либо на автомобиле, либо стационарно в вагоне) и комплекта погружного оборудования в зависимости от выбранной оператором компоновки, опускаемой в скважину.

В состав наземного оборудования входят: приемник; блок запитки навесных датчиков; переговорное устройство; фильтр электрических сигналов; рабочее место технолога состоящее из персонального компьютера, принтера и блока питания; комплект кабелей связи и запитки станции; комплект инструмента и оснастки для сборки и проверки телесистемы; устройство прокрутки генератора; комплект измерительных приборов; имитатор генератора; комплект навесных датчиков. Комплекс наземного оборудования в настоящее время используется совместно с комплексом управления бурения КУБ-01, может работать и автономно.

В состав погружного оборудования входит скважинный прибор, включающий в себя главные элементы: немагнитный переводник; турбогенератор скважинный.

Принцип действия комплекса. При подаче напряжения между турбобуром и буровой колонной электрически разделенных изолятором происходит растекание тока по окружающей скважину породе. Часть тока течет по поверхности, ее можно обнаружить, подключив вход приемника к буровой и к приемному заземлителю (антенне), установленному на расстоянии 20−150 м от буровой.

Для увеличения дальности действия, а так же повышения скорости передачи информации применена система связи с шумоподобными сигналами с последующей корреляционной обработкой их на согласованных фильтрах. Прием информации, ее обработка осуществляется приемником. Регистрация и отображение полученной информации осуществляется на РМТ, куда также поступает информация от КУБ-01 о работе буровой (параметры бурения).

Скважинный прибор (СП) предназначен для первичного преобразования информации о текущем положении бурового инструмента, кодировки и ее передачи. СП содержит в себе первичные преобразователи угла отклонителя, зенита и азимута, расположенные в блоке датчиков (БД), устройства кодирования и передачи информации (передатчика), конструктивно расположенного в блоке коммутатора (БК), и генератора переменного тока.

Первичный преобразователь угла установки отклонителя выполнен на СКТ (синусно-косинусных вращающихся трансформаторах), напряжение на вторичных обмотках пропорционально соответственно синусу и косинусу угла поворота вала. С валом СКТ жестко связан маятниковый груз, причем вал СКТ параллелен оси скважины, поэтому при повороте прибора вокруг оси изменяются выходные напряжения СКТ (вал СКТ неподвижен, удерживается грузом, вращается статор, закрепленный в корпусе прибора).

На маятниковом грузе преобразователя угла установки отклонителя размещен первичный преобразователь зенитного угла, выполненный также на основе СКТ, на валу которого закреплен груз. Вал СКТ преобразователя зенитного угла всегда параллелен горизонтальной плоскости и удерживается в таком положении за счет маятникового груза преобразователя угла установки отклонителя. При изменении зенитного угла ротор СКТ зенитного угла поворачивается относительно статора, и выходные напряжения изменяются (аналогично преобразователю угла установки отклонителя).

Первичный преобразователь азимута представляет собой пару взаимно перпендикулярных феррозондов, расположенных конструктивно так, что их оси всегда находятся в горизонтальной плоскости. Феррозонды дифференциального типа работают на второй гармонике. Выходные напряжения вторых гармоник феррозондов пропорциональны синусу и косинусу углов поворота феррозондов относительно магнитного меридиана.

Напряжения, получаемые с выходов обмоток СКТ и феррозондов, преобразуются в фазу, затем в длительность импульсов. Полученные интервалы заполняются импульсами стабильной частоты, где число импульсов в интервале соответствует измеряемому углу.

Для передачи информации используются несущие частоты 10 и 5 Гц (частота устанавливается перемычкой в коммутаторе), модулированные по фазе шумоподобными сигналами (ШПС — называются сигналы, корреляционная функция которых подобна корреляционной функции шума, т. е. представляет собой короткий импульс). Фаза несущей изменяется на 180° при каждой смснс ШПС (фазовая манипуляция).

Усредненное за 128 периодов измеренное значение углов записывается в двоичный счетчик, с выходов которого подается на преобразователь кода, который преобразует простой двоичный код в ШПС. Очередность передачи соответствующих разрядов, синхронизация и формирование цикла измерения, подача напряжения питания на соответствующие преобразователи осуществляется микропроцессором.

Каждому трехразрядному простому коду соответствует свой ШПС. Наличие единицы в старшем, 4-м разряде простого кода меняет код ШПС на обратный (единицы вместо нулей в последовательности символов ШПС и т. д.).

Код ШПС управляет тиристорным инвертором тока, который коммутирует напряжение генератора тока на нагрузке. Нагрузкой инвертора тока является диполь, который представляет собой часть компоновки инструмента находящейся ниже СП.

Приемник. Сигнал снимается между заземлителем (антенной) и буровой установкой и подается на пассивный фильтр с частотой среза 20 Гц. Уровень сигнала на входе может изменяться от единиц вольт (на малых глубинах) до сотен микровольт (на максимальных глубинах бурения). Поэтому перед входным усилителем установлен ограничитель напряжения. После входного усилителя сигнал фильтруется на внутреннем активном фильтре, далее формируются из входного сигнала прямоугольные импульсы и поступают на схему обработки.

В схеме обработки вычисляется корреляционная функция символа посылки. Это увеличивает помехоустойчивость системы к воздействию импульсных и шумовых помех. Далее на схеме обработки производится корреляционная обработка, без снятия модуляции, выделяются моменты корреляционных максимумов информационных ШПС строго синхронизованных во времени с максимумом функции корреляции синхропоследовательности (для выделения основного максимума информационного кода применено временное стробирование по приходу синхропоследовательности, по заднему фронту корреляционного максимума).

С целью исключения необходимости подстройки фазы принимаемого сигнала использованы асинхронные фильтры. Далее поступившие сигналы дешефрируются, запоминаются, распределяются программным устройством по каналам измерения (зенит, азимут, отклонитель, число оборотов турбогенератора и т. д.). Полученная информация поступает на контролер связи, куда так же приходит информация о параметрах бурения от комплекса КУБ-01. Эта информация поступает на РМТ, где программой оболочкой ZIS KUB выводится на экран в табличнографическом виде.

Программа обеспечивает введение поправки к углу установки отклонителя, в случае несоответствия метки «О» отклонителя и метки отклоняющего устройства, коррекцию с помощью тарировочной таблицы приборных и реальных значений БД. С целью упрощения работы системы в моменты набора кривизны (при угле менее 3,2 град.) введено автоматическое суммирование угла установки отклонителя и азимута.

Скважинный прибор представляет собой патрубок, заканчивающийся резьбами 3−147 для установки в компоновку бурильной колонны. Конструктивно СП состоит из забойного инклинометра и немагнитного переводника либо переводника. Назначение немагнитного переводника — устранение влияния турбобура как намагниченного ферромагнитного тела на чувствительный элемент преобразователя азимута. Немагнитный переводник представляет собой укороченную ЛБТ.

Забойный инклинометр состоит из турбогенератора, электронного блока, защищенного охранным кожухом. Механические нагрузки несет корпус (изолятор), который служит электрическим разделителем.

Изолятор АХЛ предназначен для электрического разобщения верхней и нижней частей бурильной колонны для подачи сигнала передатчика в породу.

Изолятор представляет собой УБТ, собранную с переводниками и изолированную изнутри и снаружи стеклопластиком. Разделяющий элемент выполнен в виде резьбовой прокладки из стеклопластика, зажатой между специальными коническими резьбами двух верхних переводников. От взаимного поворота их фиксирует гильза, закрепленная на одном из переводников и упирающаяся скошенным торцом через изолятор в скошенный торец другого переводника. Толщина резьбовой прокладки из стеклопластика 1,2−1,5 мм.

Турбогенератор. Назначение турбогенераторов АХ, А 3.110 и А02ГС — обеспечение электрическим питанием электронного блока СП и энергией для передачи сигнала на поверхность. Турбогенератор представляет собой электрическую машину переменного тока с ротором из постоянных магнитов с неявно выраженными полюсами. Одна из обмоток используется для питания электронного блока, другая — для питания коммутатора передатчика. Ротор приводится в движение потоком раствора четырьмя ступенями турбин от серийного турбобура ТСН.

Технические характеристики генераторов АХА 3.110, А02ГС

Максимальный расход раствора, л/мин…32.

Рабочие обороты при расходе 32, л/мин…1500−1800.

Напряжение обмотки (1,2; 3,4) при 1500 об/мин, В…>42.

Инклинометр (скважинный прибор — СП) состоит из коммутатора (БК), защищенного от загрязнений при сборке и разборке кожухом, коммутатор подвешен на амортизаторах и блока преобразователей (БД), защищенного от ударных и вибрационных нагрузок пружиннорезиновыми амортизаторами. БД устанавливается в ложемент (лыжа) которая с помощью резьбового соединения соединяется с БК. На торце БК закрепляется гайка-наголовник для обеспечения контакта инклинометра с породой, гайкой инклинометр крепится к охранному кожуху. Штырь на торце БК служит для фиксации положения инклинометра. Шасси с закрепленными амортизаторами служит для размещения плат СП и других элементов электронной схемы. С верхней стороны коммутатор заканчивается разъемом для подключения к кабелю соединяющего его с турбогенератором, с нижней — разъемом для подключения БД.

Контрольные вопросы

• 1. Задачи скважинных измерений.
• 2. Состав телеизмерительной системы.
• 3. Проводной канал связи.
• 4. Гидравлический канал связи.
• 5. Акустический канал связи.
• 6. Электромагнитный канал связи.
• 7. Комбинированный канал связи.
• 8. Инклинометрическая система ЗИС-4.
• 9. Инклинометрическая система СИБ-1М.