Направленное бурение

Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет

Институт геологии и нефтегазового дела

Геологоразведочный факультет

Кафедра техники разведки месторождений

полезных ископаемых

группа 2440

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по направленному бурению скважин

Выполнил: Естаев Н.Б.

Руководитель: Бондарчук И.Б.

Дата сдачи проекта:

по графику______________

фактически______________

Дата защиты проекта:_________

Оценки:

записка_______

доклад________

зашита________

общая________

Томск 2007

Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет

Институт геологоразведки и нефтегазового дела

Кафедра бурения скважин

2007/2008 уч. год

7 семестр группа 2410

Задание № 15

Студенту Естаеву Н.Б. выполнить курсовую работу по направленном бурению скважин.

Исходные данные

1.  Полезное ископаемое золото.

2.  Проектная глубина скважины 1000 м.

3.  Величина допустимого отхода забоя на конечной глубине от заданной точки 40 м.

4.  Среднеквадратическая величина отхода пробуренных скважин от заданной проектом точки 20 м.

5.  .Глубина скважины, на которой необходима корректировка трассы 670 м.

6.  Наименование и краткая характеристика пород в месте корректировки трассы сланцы плотные.

7.  Необходимая величина отклонения и направления корректировки по зенитному углу + 6 град. по азимуту + 25 град.

8.  Диаметр скважины 76 мм.

9.  Спецвопрос: Аварии и осложнения при направленном бурении скважин.

 

Дата выдачи задания ____________________________________2007 г.

Дата сдачи проекта на проверку ________________________2007 г.

Руководитель проектирования: _____________________________

Содержание

Содержание. 3

Введение. 3

1. Выявление закономерностей естественного искривления скважин. 3

2. Расчет координат проектной скважины.. 3

3. Выбор технических средств и описание методики проведения инклинометрии 3

3.1 Оперативный контроль искривления скважин. 3

3.2 Плановый контроль искривления скважин. 3

3.3 Инклинометры.. 3

3.3.1 Инклинометры для оперативного контроля. 3

3.3.2 Инклинометры для планового контроля. 3

4. Выбор средств и описание технологии борьбы с естественным искривлением 3

5. Выбор средств и описание технологии развития искривления. 3

6. Выбор технических средств и описание технологии искусственного искривления скважины.. 3

7. Расчёт угла установки отклонителя. 3

7. Спецвопрос. 3

Заключение. 3

Список литературы.. 3

Введение

Техника и технология направленного бурения (НБ), отработанная методика проектирования и корректирования траектории геологоразведочных скважин являются одним из средств совершенствования процесса геологоразведочных работ, обеспечивающим сокращение объёма бурения при одновременном повышении информативности скважин.

Курс «Направленное бурение скважин» выделился из общего курса «Бурение скважин» в самостоятельный, что было связано с увеличением информации о естественном искривлении скважин, с развитием техники и технологии НБ. В то же время в производственных геологоразведочных организациях для обобщения опыта НБ, разработки совершенной и внедрение новых технических средств НБ создавались и успешно функционировали специализированные подразделения технической службы бурения. Совершенствование технических средств НБ, измерительной и контрольной аппаратуры и развитие теоретических положений, выполненных в научно-исследовательских (Всесоюзном институте методики и техники разведки, Казахском институте минерального сырья, Забайкальском комплексном институте) и учебных университетах и институтах (Томском политехническим, Свердловском горном и др.) позволили повысить надежность выполнения скважин геологического задания, а также бурить скважины по сложным, но технически и экономически обоснованным траекториям. Большой информационный производственный материал с данными об опыте бурения и показателях процесса искривления скважин, обобщение этого материала, представленное в изданной литературе по технике и технологии НБ скважин, служили базой для последовательного формирования учебного курса по НБ [3, 4].

1. Выявление закономерностей естественного искривления скважин

Закономерности естественного искривления скважин выявляются на основании фактических замеров искривления по группе скважин. Замеры зенитных и азимутальных углов по скважинам 15, 2, 24, 38, 50 приведены в табл. 1.

Таблица 1

Замеры зенитных и азимутальныз углов

Глубина ,м	Скв.15		Скв.2		Скв. 24		Скв. 38		Скв. 50
	θ	α	θ	α	θ	α	θ	α	θ	α
0	17	65	17	65	15	90	1	60	10	70
100	18	67	18	70	16	92	2	65	11	73
200	19	69	18	79	17	97	2	70	12	74
300	21	74	19	91	19	92	3	79	14	80
400	21	74	21	99	19	93	7	83	17	85
500	22	77	23	103	20	93	10	87	19	88
600	23	78	25	113	22	94	12	81	23	94
700	24	81	29	117	23	96	13	80	22	95
800	22	83	27	110	25	99	16	79	24	97
900	24	90	25	106	29	105	18	79	25	99
1000	27	96	24	104	30	111	20	73	27	99

На основании данных табл. 1 будет проведён корреляционный анализ зависимостей зенитного и азимутального (отдельно) углов от длины скважины и оценена степень связи внутри названных зависимостей с помощью коэффициента корреляции.

Данные для проведения корреляционного анализа связи величины зенитного угла с длиной скважины заносятся в табл. 2.

В столбце l_i записываются средние значения глубин стометровых отрезков скважин.

В столбце θ_i записываются средние значения зенитных углов по всем пяти скважинам для соответствующих интервалов глубин.

Таблица 2

Данные для проведения корреляционного анализа связи величины зенитного угла с длиной скважины

li, м	θi, град	li –	θi –	(li – )2	(θi – )2	(li – ) ∙ (θi – )
50	12,5	- 450	- 6,16	202500	37,95	2772
150	13,3	- 350	-5,36	122500	28,73	1876
250	14,4	- 250	-4,26	62500	18,15	1065
350	16,1	- 150	-2,56	22500	6,55	384
450	17,9	- 50	-0,76	2500	0,58	38
550	19,9	50	1,24	2500	1,54	62
650	21,6	150	2,94	22500	8,64	441
750	22,5	250	3,84	62500	14,75	960
850	23,5	350	4,84	122500	23,43	1694
950	24,9	450	6,24	202500	38,94	2808
5000	186,6			825000	179,24	12100

Остальные столбцы рассчитываются в соответствии с приведенными в заголовке таблицы формулами.

м, (1)

где  – среднее значение глубины по всей выборке; n – число строк в таблице.

, (2)

где  – среднее значение зенитного угла по всей выборке.

м, (3)

где  – среднеквадратическое отклонение глубины скважины.

(4)

где  – среднеквадратическое отклонение зенитного угла.

Оценка степени связи зенитного угла скважины с её глубиной осуществляется с помощью коэффициента корреляции :

(5)

Искомое корреляционное уравнение зависимости зенитного угла от глубины скважины определяется как:

(6)

На основании проведенных расчётов построены эмпирический (по данным столбцов l_i и θ_i табл. 2) и теоретический (по корреляционному уравнению) графики зависимости зенитного угла от глубины скважины (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость зенитного угла (θ) от глубины скважины (l):

1 – эмпирическая; 2 – теоретическая

Аналогичным образом проводится корреляционный анализ зависимости азимутального угла от глубины скважины.

Таблица 3

Данные для проведения корреляционного анализа связи величины азимутального угла с длиной скважины

li, м	αi, град	li –	αi –	(li – )2	(αi – )2	(li – ) ∙ (αi – )
50	71,7	-450	-15,23	202500	231,95	6853,5
150	75,6	-350	-11,33	122500	128,37	3965,5
250	80,5	-250	-6,43	62500	41,34	1607,5
350	85	-150	-1,93	22500	3,72	289,5
450	88,2	-50	1,27	2500	1,61	-63,5
550	90,8	50	3,87	2500	14,98	193,5
650	92,9	150	5,97	22500	35,64	895,5
750	93,7	250	6,77	62500	45,83	1692,5
850	94,7	350	7,77	122500	60,37	2719,5
950	96,2	450	9,27	202500	85,93	4171,5
5000	869,3			825000	649,76	22325

В столбце l_i записываются средние значения глубин стометровых отрезков скважин.

В столбце α_i записываются средние значения азимутальных углов по всем пяти скважинам для соответствующих интервалов глубин.

Остальные столбцы рассчитываются в соответствии с приведенными в заголовке таблицы формулами.

м, (7)

где  – среднее значение глубины по всей выборке; n – число строк в таблице.

, (8)

где  – среднее значение азимутального угла по всей выборке.

м, (9)

где  – среднеквадратическое отклонение глубины скважины.

(10)

где  – среднеквадратическое отклонение азимутального угла.

Оценка степени связи азимутального угла скважины с её глубиной осуществляется с помощью коэффициента корреляции :

(11)

Искомое корреляционное уравнение зависимости зенитного угла от глубины скважины определяется как:

(12)

На основании проведенных расчётов построены эмпирический (по данным столбцов l_i и α_i табл. 3) и теоретический (по корреляционному уравнению) графики зависимости азимутального угла от глубины скважины (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость азимутального угла (α) от глубины скважины (l):

1 – эмпирическая; 2 – теоретическая

2. Расчет координат проектной скважины

На основании полученных в разделе 1 уравнений зависимости зенитного и азимутального углов от глубины скважины рассчитаны значения зенитных и азимутальных углов проектной скважины на глубинах 50, 150, 250, и тд. И заносятся в табл. 4

Таблица 4

Расчет координат траекторий скважин

 

Интервал глубин, м	Средние углы, град		Проекция отрезков на оси X, Y, Z, м			Координаты скважины, м
	θi	αi	lz	lx	ly	Z	X	Y
0 – 100	12,5	71,7	97,63	20,55	6,80	97,63	20,55	6,796
100 – 200	13,3	75,6	97,32	22,28	5,72	194,95	42,83	12,52
200 – 300	14,4	80,5	96,86	24,53	4,10	291,81	67,36	16,62
300 – 400	16,1	85	96,08	27,63	2,42	387,88	94,99	19,04
400 – 500	17,9	88,2	95,16	30,72	0,97	483,04	125,71	20,00
500 – 600	19,9	90,8	94,03	34,03	– 0,48	577,07	159,74	19,53
600 – 700	21,6	92,9	92,98	36,77	– 1,86	670,05	196,51	17,67
700 – 800	22,5	93,7	92,39	38,19	– 2,47	762,44	234,69	15,20
800 – 900	23,5	94,7	91,71	39,74	– 3,27	854,14	274,44	11,93
900 – 1000	24,9	96,2	90,70	41,86	– 4,55	944,85	316,29	7,38

Расчет производится по следующим формулам:

(13)

где  – проекция i-го отрезка скважины на вертикальную ось Z; l – длина отрезка скважины по оси, l = 100 м;  – средний зенитный угол отрезка скважины на i – м интервале.

(14)

где  – проекция i-го отрезка скважины на горизонтальную ось X;  – средний азимут отрезка скважины на i-м интервале.

(15)

где  – проекция i-го отрезка скважины на горизонтальную ось Y.

Текущие координаты скважины находятся путём последовательного суммирования проекций отрезков скважин на одноимённые оси:

(16)

(17)

(18)

где Z_i, X_i,Y_i – текущие координаты трассы по соответствующим осям.

На основании табл. 4 строится вертикальная и горизонтальная проекции скважины (рис. 3).

Рис. 3. вертикальная и горизонтальная проекции скважины

3. Выбор технических средств и описание методики проведения инклинометрии

В процессе бурения необходимо контролировать положение оси скважины в пространстве с целью: определения истинного положения полезного ископаемого и правильного построения геологического разреза и определения положения забоя скважины.

Различается два вида контроля искривления скважин – оперативный и плановый.

  3.1 Оперативный контроль искривления скважин

Оперативный контроль – осуществляется силами буровой бригады через 15 – 20 м бурения скважины или один раз в сутки и предназначен для определения начала существенного искривления скважины и своевременного принятия мер для его устранения.

Оперативный контроль следует проводить при:

1)  пересечении буровым снарядом перемежающихся слоев пород различной твердости, сопровождающемся изменением зенитного и азимутального углов;

2)  пересечении мягких несцементированных или сильно разрушенных пород, тектонических нарушений, трещин, пустот, а также при выходе из зоны осложнения;

3)  смене пород с различными анизотропными свойствами;

4)  смене диаметра скважины;

5)  перед каждым циклом искусственного искривления и по окончания цикла искривления;

3.2 Плановый контроль искривления скважин

Плановый контроль – осуществляется геофизическими (каротажными) отрядами через определенные интервалы бурения (практически через 200 – 300 м проходки) или по всему стволу скважины после окончания ее бурения до проектной глубины.

Особенности технологии проведения планового контроля:

· измерение зенитных и азимутальных углов осуществляется обычно через 10 – 20 м при подъеме прибора (инклинометра) из скважины;

· скорость подъема прибора не > 2000 – 2500 м/час;

· глубины определяются по счетчику;

· при повторных замерах в одной скважине перекрывается не менее 5 точек прежнего замера;

· результаты измерений заносятся в буровой журнал.

  3.3 Инклинометры

По назначению инклинометры разделяются на приборы:

· для измерения только зенитного угла;

· для измерения зенитного угла и азимута.

Датчики для измерения зенитного угла разделяются на две группы:

· использующие принцип горизонтального уровня жидкости;

· использующие принцип отвеса.

Датчики для измерения азимута:

· магнитная стрелка;

· гироскоп;

· щуп.

По способу измерения и передачи информации на поверхность инклинометры подразделяются на:

· забойные, производящие измерения и передачу информации в процессе бурения (телеметрические системы);

· приборы, опускаемые в скважину на кабеле и выдающие информацию в процессе подъема из скважины или спуска;

· автономные приборы, спускаемые на колонне бурильных труб и выдающие информацию только после подъема инструмента.

  3.3.1 Инклинометры для оперативного контроля

 

Автономные компасные инклинометры оперативного контроля

Автономные компасные инклинометры оперативного контроля делятся на две группы [5].

1.  Одноточечные приборы, обеспечивающие за один спуск в скважину измерение одной точки ее ствола (зенитного и азимута) в диапазоне зенитных углов от 2 до 178°.

2.  Многоточечный фотографический инклинометр МТ-4-40 конструкции ВИТР, обеспечивающий за один спуск в скважину измерение до 100 точек ее ствола с регистрацией на 8-миллиметровой пленке; диапазон его работы от 2 до 60°.

Инклинометры оперативного контроля опускаются в наклонные скважины на тонком канате диаметром 3 – 4 мм с использованием портативных лебедок типа электрической лебедки ЛОК-1500 конструкции ВИТРа, а в горизонтальные и восстающие скважины с помощью бурильной колонны.

Спуск автономных инклинометров оперативного контроля должен осуществляться при использовании блок-трубы (рис. 4) скважины со счетчиком глубины.

К одноточечным инклинометрам относятся [5]:

·  электромеханический инклинометр ИОК-42 конструкции ВИТР

·  механические малогабаритные инклинометры МИ-42У и МИ-ЗОУ конструкции «Востказгеология».

Автономный одноточечный инклинометр ИОК-42

Автономный одноточечный инклинометр ИОК-42 представляет устройство, обеспечивающее его работу от автономного блока электропитания. Техническая характеристика представлена в табл 5 [5].

Таблица 5

Техническая характеристика ИОК-42

Диапазон измерения углов, градус: зенитных азимутальных	0 – 180 0 – 360
Погрешность измерения углов, градус: зенитных (при углах 3 – 177°) азимутальных	±1 ±2,5
Питание скважинного прибора (сухие элементы А343 или дисковые аккумуляторы типа Д-0,26 С), В	2×4,5
Внешнее гидростатическое давление на защитном кожухе, МПа, не менее наружный диаметр защитного кожуха длина кожуха, в т. ч. с утяжелителем	20 42 2000/3000
Масса, кг, в т. ч. с утяжелителем	8/15,5

Спуск прибора производят с заарретированным (закрепленным) чувствительным измерительным элементом (ЧЭ), который по команде электронного таймера в заданной точке скважины, по истечении установленного времени, освобождает ЧЭ, магнитная стрелка устанавливается в плоскости магнитного меридиана Земли, затем по команде таймера ЧЭ основа закрепляется. После этого прибор извлекается из скважины. На дневной поверхности прибор с ЧЭ извлекается из защитной гильзы, и показания ЧЭ определяются визуально (желательно с помощью увеличительной лупы).

Прибор позволяет проводить измерения в скважинах любого направления от близких к вертикали до восстающих благодаря сферическому магнитно-гравитационному чувствительному элементу ЧЭ (2 – 178°).

При замере скважин с зенитными углами 2 – 60° наиболее эффективно спускать инклинометр на тросе с помощью любой лебедки. При измерении скважин с зенитными углами свыше 60° инклинометр в точку замера доставляется на бурильной колонне. При этом для устранения влияния стальной бурильной колонны на чувствительный элемент (датчик азимута) инклинометр должен быть удален от бурильной колонны на 3 – 5 м. Это может быть достигнуто использованием одной легкосплавной бурильной трубы (ЛБТ) или набором специальных антимагнитных штанг аналогичной длины. В сложных геологических условиях (большое количество шлама, обрушения стенок скважины и т.п.) следует помещать прибор в специальный контейнер из немагнитного материала.

Инклинометр состоит из защитного кожуха, тросовой головки, чувствительного элемента (ЧЭ), арретирующего механизма, таймера, блока питания.

Защитный кожух предохраняет инклинометр от механических воздействий и служит для защиты прибора от внешнего гидростатического давления столба жидкости в скважине. Кожух представляет собой трубу диаметром 42 мм из сплава Д16Т. Для увеличения скорости спуска инклинометра в скважине с вязкой промывочной жидкостью к нему присоединяется утяжелитель.

Тросовая головка является универсальным узлом, обеспечивающим крепление прибора к тросу лебедки или к колонне бурильных труб. Головка состоит из верхнего наконечника и тросовой муфты.

Магнитно-гравитационный чувствительный элемент инклинометра является датчиком зенитного угла и азимута и представляет собой две полусферы, подвешенные в подвижной рамке (рис. 5).

Нижняя полусфера (отвес) со смещенным вниз центром тяжести вращается на агатовых подпятниках в керновых опорах рамки и обеспечивает индикацию зенитного угла. В отвесе, перпендикулярно плоскости среза полусферы, установлен подпружиненный керн, на котором свободно вращается на агатовом подпятнике верхняя полусфера (картушка), являющаяся датчиком азимута, так как вклеенные внутри ее два постоянных магнита ориентируют картушку в направлении магнитного меридиана Земли. Рамка с полусферами вращается вокруг оси инклинометра на бронзовых подшипниках и, благодаря эксцентрично расположенному центру тяжести, всегда самоустанавливается в апсидальной плоскости скважины [5].

Рис. 5. Сферический чувствительный элемент автономного одноточечного инклинометра ИОК-42 ВИТРа.

1 – магниты; 2 – картушка компосная (азимутов); 3, 4 – керн, подпятник; 5 – отвес со шкалой зенитных углов; 6 – пружина; 7 – втулка; 8 – керн картушки; 9 – рамка апсидальная; 10 – стакан из оргстекла; 11 – основание (дно) картушки; 12 – подпятник

По взаимному расположению сферы отвеса и указателя, закрепленного на рамке, определяют зенитный угол, по расположению осей магнитов относительно апсидальной плоскости, нанесенной на нижней полусфере (отвесе) – азимут.

Арретирующий механизм фиксирует установившееся в точке замера состояние чувствительного элемента и обеспечивает неизменность взаиморасположения полусфер и рамки при подъеме инклинометра из скважины и при отсчете показаний.

Кинематическая схема инклинометра приведена на рис.6 [5].

Рис. 6. Схема кинематическая инклинометра ИОК-42 конструкции ВИТР.

1 – электродвигатель; 2 – муфта сцепления; 3 – винтовая пара; 4 – кулиса; 5 – уравнительная пружина; 6 – компенсационная пружина; 7 – фиксатор; 8 – подвижная вилка; 9 – измерительная сфера;  10 – фрагмент защитного колпачка

Приводом всех деталей арретирующего механизма служит электродвигатель 1 типа ИДР-6, который работает по команде, поступающей от таймера. По первой команде через муфту сцепления 2 вращение передается на винтовую пару 3, где оно преобразуется в поступательное движение. Через кулису 4 отводится толкатель, подпружиненный уравнительной пружиной 5, а компенсационная пружина б с помощью фиксатора  7 отводит вилку 8 от купола защитного колпака 10 и одновременно освобождает измерительную сферу 9. По второй команде полярность питающего напряжения меняется на обратную, и происходит арретирование измерительного узла чувствительного элемента.

Таймер – чувствительный элемент инклинометра в процессе хранения, транспортирования и спуска находится в заарретированном состоянии, что обеспечивает надежность его показаний и долговечность работы инклинометра. Временные интервалы цикла измерения обеспечиваются таймером.

Таймер позволяет устанавливать время задержки, необходимое для выполнения вспомогательных работ и спуска инклинометра до точки измерения. По истечении времени задержки автоматически включается двигатель в режим разарретирования (30 с), далее происходит остановка двигателя (1 мин) для установки и успокоения деталей чувствительного элемента, и затем снова происходит включение двигателя (30 с) в режим арретирования.

Таймер представляет собой печатную электронную плату с пятью движковыми переключателями (S1 – S5) для установки необходимого времени задержки и тумблера включения питания инклинометра.

Блок питания обеспечивает автономное питание инклинометра и представляет цилиндрический контейнер из диэлектрического материала. В качестве элементов питания используют сухие элементы типа А343 (шесть штук), которые обеспечивают напряжение ± 4,5 В. Возможно использование других источников питания, обеспечивающих необходимое напряжение, например аккумуляторов типа Д-026Д или аккумуляторных батарей типа НКГЦ-0,45-1 (НКГЦ-1,8-1).

Инклинометры МИ-42У и МИ-ЗОУ

Инклинометры МИ-42У и МИ-ЗОУ конструкции «Востказгеология» имеют аналогичное конструктивное устройство.

· инклинометр МИ-42У обеспечивает измерение в одной точке пространственного положения скважины диаметром 46 мм и более до глубины 3500 м;

· инклинометр МИ-30У может использоваться в скважинах 36 мм и более и, кроме того, для измерения скважин, буримых комплексами ССК-46 и больших диаметров при спуске прибора внутри колонны бурильных труб без подъема последних из скважины (рис. 7).

Инклинометр МИ-42У состоит из следующих основных частей:

· измерительных узлов (0 – 90 ) и (0 – 5 )

· часового фиксирующего механизма

· защитной гильзы

· заводного ключа.

Инклинометр МИ-ЗОУ измерительного узла 0 – 5 не имеет.

Техническая характеристика данных инклинометров представлена в табл. 6 [5]

Таблица 6.

Техническая характеристика инклинометров МИ-42У и МИ-ЗОУ

	МИ-42У	МИ-ЗОУ
Диапазон измерения углов, градус: зенитных азимутальных	0 – 180 0 – 360
Погрешность измерения углов, градус: зенитных азимутальных (> 4°)	± 0°30 ± 4 от – 10 до + 60
Диапазон рабочих температур, ºС	25
Максимальное гидростатическое давление на прибор, МПа	7	5
Габаритные размеры, мм: наружный диаметр длина
	42	30
	1200

Измерительный узел (0 – 90) представляет собой несущую рамку, состоящую из корпуса 3, на торцах которой посредством штифтов 2 закреплены кремневые опоры 1, в которой вмонтированы измерительные элементы – угломер зенитных углов 8 и буссоль магнитная 4. Несущая рамка имеет форму вырезанного цилиндра для размещения буссоли и выполняет роль эксцентричного груза, так как в ее нижней части размещены три свинцовых груза и благодаря которым она устанавливается в апсидальной плоскости.

В средней части корпуса рамки в камере траверсы 10, закрепленной винтами 7, на кремневых втулках подвешен угломер 8, цапфы которого имеют боковую амортизацию плоскими пружинами 9 с винтами. Угломер является частью диска (~110°) с цилиндрическим выступом, на котором нанесена шкала 0 – 90°. Для увеличения чувствительности угломер также снабжен свинцовым грузом. Закрепление буссоли и угломера осуществляется пружинами 5, 6.

Измерение инклинометром осуществляется следующим образом. При заводе часового фиксирующего механизма несущая рама, угломер и стрелки буссоли находятся в свободном состоянии и под действием гравитационных и магнитных сил занимают определенное положение. При срабатывании фиксирующего механизма происходит постепенное перемещение штока 11 и всей промежуточной фиксирующей системы до соприкосновения кольца с тормозной системой 5, 6 несущей рамки и ее упора в амортизатор. Далее происходит срабатывание тормозных систем,  обеспечивающее арретирование измерительных элементов.

Отсчет производится визуально после подъема прибора из скважины и его извлечения из защитной гильзы.

Измерительный узел (0 – 5) смонтирован в трубчатом корпусе, в котором в верхней части размещена буссоль, составляющая одну систему с маятником-отвесом, внизу – фиксирующее устройство и резьба для соединения с часовым фиксирующим механизмом.

При спуске прибора в скважину на бурильных трубах для избежания их магнитного влияния на стрелку буссоли необходимо между гильзой инклинометра и бурильными трубами ввести разделительную немагнитную штангу длиной не менее 6 м, изготовленную из нержавеющих (сталь Х18Н10Т), латунных или дюралюминиевых труб.

Инклинометр многоточечный оперативного контроля МТ-1-40

Данный инклинометр предназначен для многократных измерений в одной или многих точках скважины, что значительно повышает оперативность контроля и достоверность о ее пространственном положении и снижает затраты на инклинометрические измерения, особенно при искусственном искривлении, требующем нескольких измерений интервала.

Для измерения азимутов и зенитных углов скважины инклинометр снабжен чувствительными элементами (магнитной стрелкой и отвесом, установленными на эксцентричной апсидальной рамке). Магнитная стрелка и отвес инклинометра снабжены шкалами для отсчета азимута и зенитного угла скважины.

Принцип действия инклинометра МТ основан на фотоизометрическом способе регистрации азимутов и зенитных углов скважины. Это позволяет наиболее простым способом осуществить бесконтактную регистрацию показаний магнитной стрелки компаса и отвеса инклинометра, заключенных в герметично закрытый корпус и взвешенных в жидкости, что повышает точность и объективность измерений и надежность прибора [5].

Техническая характеристика данного инклинометра представлена в табл. 7.

Таблица 7

Техническая характеристика инклинометра МТ-1-40

Диапазон измерений углов, градус: зенитных азимутов	2 – 60 0 – 360
Основная погрешность (при зенитных углах более 4°), не более, градус: зенитных углов азимутов	0,5 2,5
Габаритные размеры, мм: диаметр длина	40 (42) 2000

Структурная схема инклинометра

Инклинометр МТ представляет собой автономное устройство, работающее либо в автоматическом режиме, либо в режиме управления без электрической связи с поверхностью. Структурная схема инклинометра показана на рис. 8 [5].

Рис. 8. Структурная схема инклинометра МТ-1-40

Выбор режима работы осуществляется соответствующей установкой переключателя режима работы АВТ-УПР. В автоматическом режиме инклинометр работает по временной программе, задаваемой датчиком временных интервалов. В этом режиме инклинометр перемещают по скважине, контролируя по секундомеру время прохождения циклов программы. Через промежутки времени, предусмотренные в цикле для успокоения ЧЭ и регистрации их показаний, его останавливают в точке измерения, и каждый кадр фотопленки соответствует одному измерению.

В автоматическом режиме фотографирование шкал ЧЭ производится циклично через 2,5 мин, в режиме управления – по команде оператора с поверхности.

В режиме управления фоторегистратор инклинометра срабатывает только в тех точках скважины, где необходимо произвести измерение. В этом режиме датчик ускорений обеспечивает логическую схему телеуправления, в которой фактор «перемещение» является запрещающим, а фактор «остановка» – разрешающим сигналом, т.е. при перемещении инклинометра по скважине автоматический фоторегистратор всегда находится в выключенном состоянии и для его запуска необходимо остановить инклинометр. Для измерения в этом режиме оператор опускает инклинометр в точку измерения и выдерживает его без движения не менее 1 мин.

За это время происходит успокоение ЧЭ, фотографирование его шкал азимута и зенитного углов и выключение фотоинклинометра. Для последующего измерения необходимо переместить (встряхнуть) инклинометр, а затем его остановить

Инклинометрический блок скважинного прибора (рис. 9) состоит из чувствительного элемента 1, зенитных углов и азимутов; фоторегистрирующего устройства – автоматического  фотоаппарата, состоящего  из  фотокамеры  2, механизма транспортирования фотопленки 3 с электромагнитом 5, кассет с пленкой и программного блока 4; пусковых устройств (датчика временных интервалов 7 и датчика ускорений 6); блока питания 8, размещенных в защитной гильзе [5].

Рис. 9. Автономный многоточечный фотоинклинометр МТ-1-40 конструкции ВИТР.1 – чувствительный элемент; 2 – фотокамера; 3 – механизм перемотки фотопленки; 4 – программный блок; 5 – электромагнит; 6 – датчик ускорений; 7 – датчик временных интервалов; 8 – блок питания

Все измерительные узлы ЧЭ – магнитная стрелка и шкала зенитных углов размещены в цилиндрическом герметичном корпусе (в его верхней части установлено прозрачное стекло), заполненном кремне-органической жидкостью ПМС-5, которая служит демпфером и световодом (рис. 10). Благодаря демпфированию ЧЭ в жидкости и шаровой опоре 12 измерения можно производить в скважинах с зенитным углом 1 – 2° и более.

Рис. 10. Чувствительный элемент фотоинклинометра МТ-1-40.

1 – компенсатор давления; 2 – вал вращения с подшипниками 11; 3 – апсидальная рамка эксцентричная; 4 – маятник; 9, 10 – керны; б – картушка азимутальная; 7 – кольцо из органического стекла с делениями зенитных углов; 8 – стекло с неподвижными индексами отсчета зенитных углов; 9 – защитное стекло с воздухозаборником; 12 – шаровая опора чувствительного элемента

 

Электрическое питание инклинометрического блока осуществляется от аккумуляторного или гальванического источников (элементы 343 или «Салют»).

Вспомогательные принадлежности инклинометра МТ-1 предназначены для обеспечения его работоспособности, обработки и расшифровки фотоснимков и состоят из устройства для подзарядки аккумуляторов; светонепроницаемого мешка, предназначенного для перезарядки кассет фотоаппарата; проявочного бачка и просмотровой лупы.

Инклинометр гироскопический автономный ИГА-1 производства ЗОА «Гирооптика»

Область применения: оперативный контроль пространственного положения скважин при строительстве горных выработок. Назначение: определение трехмерных координат х, у, z осевых точек группы вертикальных скважин [6].

Состав комплекта: скважинный прибор, наземное оборудование и программно-математическое обеспечение.

Скважинный прибор выполнен в виде прочного герметизированного корпуса цилиндрической формы, в котором установлены блок чувствительных элементов (БИЧЭ), электронный блок, вторичный источник питания и аккумуляторная батарея. В верхней и нижней частях корпуса скважинного прибора установлены два центратора, обеспечивающие установку его продольной оси по оси скважины [6].

Наземное оборудование включает ручную лебедку, устройства ее установки на обсадной трубе скважины, пульт управления и визирное устройство

Программно-математическое обеспечение включает пакет программ для камеральной обработки измерительной информации с использованием алгоритмов бесплатформенной инерциальной системы с помощью программно-аппаратных средств, отвечающих требованиям:

· ПК P-4, 1,2 ГГц;

· 256 Мбайт – ОЗУ;

· HDD – 20 Гбайт;

· ПО Windows 2000/XP.

В результате камеральной обработки определяются координаты х, у, z осевых точек группы скважин. Конечный результат обработки представляется в виде чертежей сечений группы скважин по заданным горизонтам [6].

Состав и назначение блоков

БИЧЭ включает двухканальный микромеханический преобразователь ускорений линейных (ПУС) и микромеханический преобразователь скорости угловой ПСК(У). Ось чувствительности ПСК(У) расположена по продольной оси скважинного прибора, а оси чувствительности ПУС – взаимноортогональны и перпендикулярны продольной оси.

Электронный блок, включающий аналого-цифровые преобразователи, контроллер внутреннюю память, обеспечивает преобразование аналоговых сигналов БИЧЭ в цифровой код и регистрацию измерительной информации во внутренней памяти.

Вторичный источник питания преобразует постоянное напряжение аккумуляторной батареи 9 – 12 В в стабилизированные напряжения, необходимые для функционирования БИЧЭ и электронного блока.

Аккумуляторная батарея скважинного прибора выполнена в виде герметичного сменного блока, позволяющего осуществить его замену в полевых условиях.

Ручная лебедка, устанавливаемая на обсадной требе скважины с помощью устройств крепления, обеспечивает спуск и подъем скважинного прибора в скважине. В состав лебедки входит барабан с тросом, датчик глубины спуска, стопорное устройство. Датчик глубины спуска состоит из мерного колеса, охватываемого тросом и валкодера, включающего оптоэлектронные датчики угла поворота колеса. При спуске угол поворота мерного колеса пропорционален перемещению скважинного прибора.

Пульт управления обеспечивает управление режимами функционирования инклинометра и включает клавиатуру, дисплей, съемный модуль Flash-памяти, контроллер и автономный источник питания. Пульт управления подключается к скважинному прибору и датчику глубины спуска. При спуске скважинный прибор отсоединяется от пульта управления и переводится в автономный режим работы [6].

Визирное устройство предназначено для установки базовой линии скважинного прибора по направлению на реперный пункт с известными координатами. При визировании на реперный пункт визирное устройство устанавливается в верхней части корпуса скважинного прибора на базовой поверхности.

Технология съемки группы скважин включает последовательное выполнение процедур [6]:

· установку скважинного прибора инклинометра и наземного оборудования в исходном положении в устье одной из скважин;

· привязка с помощью визирного устройства базовой линии скважинного прибора к реперному пункту;

· включение с помощью клавиатуры пульта управления скважинного прибора, проверка его функционирования, ввод исходных данных (координат устья скважины и реперного пункта, параметров скважины);

· перевод скважинного прибора в автономный режим записи измерительной информации и отсоединение пульта управления от скважинного прибора;

· спуск скважинного прибора в положение забоя скважины и последующий подъем в исходное положение с помощью ручной лебедки;

· подключение скважинного прибора к пульту управления, выключение автономного режима записи, перезапись измерительной информации во Flash-память пульта управления, выключение инклинометра;

· выполнение перечисленных процедур на каждой скважине всей группы скважин;

· выполнение камеральной обработки с использованием программно-математического обеспечения инклинометра и построение конечного продукта съемки – чертежей сечений группы скважин по заданным глубинам.

Основные технические данные:

· инклинометр работоспособен:

1)  в диапазоне температур окружающей среды от – 20 до +40 °С;

2)  при вибрации в диапазоне частот от 10 до 55 Гц с амплитудой – 2 10 м/с2;

3)  при многократных ударах с ускорением 20 м/с и длительностью ударного импульса 2 мс;

4)  в обводненных скважинах с глубиной водяного столба до 50 м

· инклинометр обеспечивает съемку вертикальных скважин, обсаженных стальными трубами со следующими параметрами:

1)  внутренний диаметр труб – 76 – 102 мм;

2)  глубина скважины – 100 м;

3)   диапазон зенитных углов скважины – ± 8°.

· погрешность определения глубины – ± 0,3 м;

· диапазон измерения плановых координат X, Y – ± 2 м;

· случайная составляющая погрешности определения плановых координат X, Y, – 50/100 мм/м;

· габаритные размеры скважинного прибора:

1)  диаметр – 68 мм;

2)  длина – 1270 мм;

3)  масса скважинного прибора – 10 кг.

3.3.2 Инклинометры для планового контроля

Отечественные электромеханические компасные инклинометры

Оперативный контроль искривления скважин при отсутствии специальных автономных инклинометров должен выполняться кабельными геофизическими инклинометрами.

Для измерения скважин в диамагнитных средах наиболее распространены следующие отечественные электромеханические компасные инклинометры: МИ-30, МИР-36, КИТ-60, КИТА-74 и др. Характеристики приведенных выше инклинометров приведены в табл. 8.

Таблица 8

Техническая характеристика отечественных каротажных инклинометров

Тип инклинометра	Зенитный угол		Азимут		Диаметр скважинного прибора, мм	Температура max, °C	Давление, max, МПа
	Диапазон, градус	Погрешность, мин	Диапазон, градус	Погрешность, градус
КИТ	0 – 50	± 30	0 – 360	± 4	60	120	60
КИТА	0 – 50	± 30	0 – 360	± 4	74	120	120
ИМ-1	0 – 75	± 20	0 – 360	± 2	73	180	150
ИН1-721	3 – 100	24	0 – 360	± 2	73	120	60
МИ-30	0 – 50	± 30	0 – 360	± 5	30	130	80
МИР-36	0 – 45	± 30	0 – 360	± 4	36	80	20
«Зенит-40У»	2 – 70	± 30	0 – 360	–	40
ИММ-32-125/70	0 – 90	± 12	0 – 360	± 0,5	32	125	70
ИГИ-42-120/70	0 – 90	± 15	0 – 360	± 1	42	120	70

Примечания.