RU2405106C1

RU2405106C1 - Control system of mutual orientation process of shafts during cluster drilling of oil and gas wells

Info

Publication number: RU2405106C1
Application number: RU2009123141/03A
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Кульчицкий (RU); Валерий Владимирович Кульчицкий; Алексей Игоревич Архипов (RU); Алексей Игоревич Архипов
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-11-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: deep part of the system includes electromagnetic oscillator made in the form of dipole installed above the bit, which provides electromagnetic communication between string of drilled well (DW) and at least one production string (PS) of previously drilled wells (PDW). Ground part includes complex resistance converter (CRC) of the section of circuit formed with drill column and mine rock of near-dipole area to voltage and n CRC of the circuit formed with PS and section of mine rock enclosed between bit of DW and of PS of PDW to voltage, where n - number of PDW. Outputs of the above n CRC to voltage are connected to data inputs of commutator the output of which and output of CRC of the section of circuit formed with drill column and mine rock of near-dipole area to voltage are connected to input of adder connected to the filter connected through reference amplifier to circuit of comparison with reference voltage. Output of the latter is connected to input of process controller the data output of which is connected to memory unit input, and control outputs - to control input of commutator and to inputs of alarm and control modules of drill pump.

EFFECT: improving orientation control reliability of shafts relative to each other and providing control of approximation or moving away of drilled well relative to unlimited number of columns of previously drilled wells with identification of number of that well.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения наклонно-направленных скважин, преимущественно кустовым способом на суше и на море, с использованием телеметрической системы и предназначено для контроля процесса взаимного ориентирования скважин с целью предотвращения встречи их стволов.The invention relates to the field of drilling directional wells, mainly by a cluster method on land and at sea, using a telemetry system and is intended to control the process of mutual orientation of wells in order to prevent the meeting of their trunks.

Известна система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин, содержащая датчик упругих колебаний, возникающих в результате взаимодействия долота с породой, установленный на устье скважины, усилитель и записывающее устройство (SU 163138, E21B 7/04, 1962).A well-known system for preventing the occurrence of trunks during cluster drilling of oil and gas wells, containing a sensor of elastic vibrations resulting from the interaction of the bit with the rock, installed at the wellhead, amplifier and recording device (SU 163138, E21B 7/04, 1962).

Недостаток указанной системы заключается в том, что она не предусматривает интерпретации полученных сигналов для формирования информации о сближении или удалении соседних стволов.The disadvantage of this system is that it does not provide for the interpretation of the received signals to generate information about the approach or removal of neighboring trunks.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является система контроля взаимного ориентирования стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин, содержащая датчик вибрации, усилитель-преобразователь сигнала, технологический контроллер, выходы которого соответственно соединены с ПЭВМ с программным обеспечением и с устройством оповещения (RU №2235844, E21B 7/04, 2003 г.).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a system for controlling the relative orientation of the shafts during cluster drilling of oil and gas wells, which contains a vibration sensor, an amplifier-signal converter, a process controller, the outputs of which are respectively connected to a personal computer with software and a warning device ( RU No. 2235844, E21B 7/04, 2003).

Недостатком известной системы является использование в качестве информативного параметра мощности вибраций долота, и соответственно в качестве канала связи от долота бурящейся скважины к устью эксплуатационной скважины - механического канала связи. При использовании такого канала связи существует высокая вероятность полного затухания упругих волн, распространяющихся от долота бурящейся скважины вдоль эксплуатационной скважины за счет гашения горной породой. Кроме того, применение известных решений ограничено возможностью определения сближения или удаления бурящейся скважины относительно только одной колонны ранее пробуренной скважины.A disadvantage of the known system is the use of a bit vibration power as an informative parameter, and accordingly, as a communication channel from the bit of a drilling well to the mouth of a production well - a mechanical communication channel. When using such a communication channel, there is a high probability of complete attenuation of elastic waves propagating from the bit of the well being drilled along the production well due to rock quenching. In addition, the use of known solutions is limited by the ability to determine the proximity or removal of a drilled well relative to only one column of a previously drilled well.

Задачей изобретения является повышение надежности контроля ориентирования стволов относительно друг друга и обеспечение проведения контроля сближения или удаления бурящейся скважины относительно неограниченного количества колонн ранее пробуренных скважин с идентификацией номера этой скважины.The objective of the invention is to increase the reliability of monitoring the orientation of the shafts relative to each other and to ensure control of the proximity or removal of the drilled well relative to an unlimited number of columns of previously drilled wells with identification number of this well.

Поставленная задача решается тем, что система контроля процесса взаимного ориентирования стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин содержит глубинную часть, включающую генератор электромагнитных колебаний, выполненный в виде установленного над долотом диполя, обеспечивающего электромагнитную связь между колонной бурящейся скважины и, по меньшей мере, одной эксплуатационной колонной ранее пробуренной скважины, и наземную часть, включающую преобразователь комплексного электрического сопротивления участка цепи, образованной бурильной колонной и горной породой околодипольной области, в напряжение и n преобразователей комплексного электрического сопротивления участка цепи, образованной эксплуатационной колонной и участком горной породы, заключенной между долотом бурящейся скважины и эксплуатационной колонной ранее пробуренной скважины, в напряжение, где n - число ранее пробуренных скважин, выходы указанных n преобразователей комплексного электрического сопротивления в напряжение подсоединены к информационным входам коммутатора, выход которого и выход преобразователя комплексного электрического сопротивления участка цепи, образованной бурильной колонной и горной породой околодипольной области, в напряжение подсоединены ко входу сумматора, подключенного к фильтру, подсоединенному через образцовый усилитель к схеме сравнения с опорным напряжением, выход которой подключен ко входу технологического контроллера, информационный выход которого подключен ко входу блока памяти, а управляющие выходы - к управляющему входу коммутатора и входам блоков сигнализации и управления буровым насосом.The problem is solved in that the control system for the process of mutual orientation of the trunks during cluster drilling of oil and gas wells contains a deep part, including an electromagnetic oscillation generator, made in the form of a dipole mounted above the bit, providing electromagnetic coupling between the column of the well being drilled and at least one production casing of a previously drilled well, and the ground part, including the converter of complex electrical resistance of the circuit section, bath drill string and rock near the dipole region, to voltage and n converters of complex electrical resistance of the circuit section formed by the production string and the rock section enclosed between the bit of the well being drilled and the production string of the previously drilled well, in voltage, where n is the number of previously drilled wells , the outputs of these n converters of complex electrical resistance to voltage are connected to the information inputs of the switch, the output of which the output of the converter of complex electrical resistance of the circuit section formed by the drill string and rock near the dipole region into voltage is connected to the input of the adder connected to a filter connected through a reference amplifier to a reference voltage comparison circuit whose output is connected to the input of the process controller, the information output of which connected to the input of the memory unit, and the control outputs to the control input of the switch and the inputs of the alarm and control units m pump.

Решение поставленной задачи в предлагаемом изобретении достигается благодаря использованию в качестве контролируемого параметра комплексного электрического сопротивления породы в зоне потенциального контакта долота и колонны ранее пробуренной скважины и использованию электромагнитного канала связи, что приводит к упрощению монтажа и обслуживания и не требует установки датчиков вибрации на скважинах.The solution of the problem in the present invention is achieved by using the integrated electrical resistance of the rock as a controlled parameter in the potential contact area of the bit and the string of the previously drilled well and using the electromagnetic communication channel, which simplifies installation and maintenance and does not require the installation of vibration sensors in the wells.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая функциональная схема системы контроля, на фиг.2 - структурная схема наземной части системы.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the General functional diagram of the monitoring system, figure 2 is a structural diagram of the ground part of the system.

Система предупреждения встречи стволов 1, 2 и 3 при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин предусматривает использование электротурбогенератора 4 и диполя 5, излучающего электромагнитную волну.The warning system for the encounter of shafts 1, 2 and 3 during cluster drilling of oil and gas wells involves the use of an electric turbogenerator 4 and a dipole 5 emitting an electromagnetic wave.

Система содержит n (по числу ранее пробуренных скважин) первичных преобразователей комплексного электрического сопротивления 6 участка цепи, образованной эксплуатационной колонной и участком горной породы 7, заключенной между долотом бурящейся скважины 8 и колонной ранее пробуренной скважины 1, в напряжение, сигналы с которых поступают на вход коммутатора 9, и один преобразователь комплексного электрического сопротивления 10, образованного участком цепи, состоящей из бурильной колонны и горной породы околодипольной области, и сумматор 11, на вход которого поступают сигналы от коммутатора 9 и преобразователя 10. Выход последнего соединен последовательно с фильтром 12, образцовым усилителем 13, схемой сравнения 14 с опорным напряжением и технологическим контроллером 15, информационный выход которого поступает на вход блока памяти 16, а управляющие выходы - на вход блока управления буровым насосом 17, блока звуковой и световой аварийной сигнализации 18 и коммутатора 9. Коммутатор 9 служит для последовательного во времени опроса сигналов от разных первичных преобразователей 6 пробуренных скважин 1 и 2.The system contains n (by the number of previously drilled wells) primary transducers of integrated electrical resistance 6 of the circuit section formed by the production string and the rock section 7, enclosed between the bit of the drilled well 8 and the string of the previously drilled well 1, in voltage, the signals from which are input switch 9, and one transformer of integrated electrical resistance 10 formed by a section of a circuit consisting of a drill string and rock near the dipole region, and an adder 11, the input of which receives signals from the switch 9 and the converter 10. The output of the latter is connected in series with a filter 12, an exemplary amplifier 13, a comparison circuit 14 with a reference voltage and a process controller 15, the information output of which is fed to the input of the memory unit 16, and the control outputs are the input of the mud pump control unit 17, the audible and visual alarm unit 18 and the switch 9. The switch 9 is used for sequentially polling signals from different primary transducers 6 to the drill hole wells 1 and 2.

На вход коммутатора 9 подсоединены первичные преобразователи 6 от каждой из ранее пробуренных скважин 1, 2. Сигнал после коммутатора 9 поступает вместе с сигналом от преобразователя 10 бурящейся скважины 3 на вход сумматора 11. После этого сигнал отфильтровывается в фильтре 12 от помех, усиливается и согласовывается в образцовом усилителе 13, сравнивается с опорным напряжением в схеме сравнения 14. Схема сравнения 14 выдает сигнал на вход технологического контроллера 15, (который представляет собой модульную систему, состоящую из модуля центрального процессора, аналогового модуля и модуля дискретных выходов (релейного модуля), имеющего возможность экстренного отключения бурового насоса. Технологический контроллер 15 управляет работой коммутатора 9 в соответствии с заранее запрограммированным алгоритмом опроса эксплуатационных скважин. Кроме того, технологический контроллер позволяет идентифицировать номер эксплуатационной скважины, к которой приближается бурящаяся скважина, за счет того, что соответствующий сигнал, поступающий от коммутатора 9, идентифицируется с номером скважины, к обсадной колонне которой приближается долото 8 на минимально близкое расстояние. Информационный выход технологического контроллера 15 поступает на вход блока памяти 16, а управляющие выходы - на вход блока управления буровым насосом 17, блока звуковой и световой аварийной сигнализации 18 и коммутатора 9.The input of the switch 9 is connected to the primary transducers 6 from each of the previously drilled wells 1, 2. The signal after the switch 9 is supplied with the signal from the converter 10 of the borehole 3 to the input of the adder 11. After that, the signal is filtered out from the filter 12 from interference, amplified and matched in the model amplifier 13, is compared with the reference voltage in the comparison circuit 14. The comparison circuit 14 provides a signal to the input of the process controller 15, (which is a modular system consisting of a central module processor, analog module and discrete output module (relay module), with the possibility of emergency shutdown of the mud pump. The technological controller 15 controls the operation of the switch 9 in accordance with a pre-programmed algorithm for interrogating production wells. In addition, the technological controller allows you to identify the number of production wells which the drilled well is approaching, due to the fact that the corresponding signal coming from the switch 9 is identified with the number important, to the casing of which the bit 8 approaches at a minimum close distance. The information output of the technological controller 15 is fed to the input of the memory unit 16, and the control outputs are fed to the input of the mud pump control unit 17, the sound and light alarm unit 18, and the switch 9.

Связь между устройствами системы предупреждения встречи стволов 1, 2 и 3 при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин с использованием электротурбогенератора 4, диполя 5, излучающего электромагнитную волну на поверхности, осуществляется по проводной (кабельной) линии 19, а под землей - по колонне бурильных 20 и обсадных 21 труб и по горной породе посредством электромагнитного канала связи 22.The communication between the devices of the warning system for meeting boreholes 1, 2, and 3 during cluster drilling of oil and gas wells using an electric turbogenerator 4, dipole 5 emitting an electromagnetic wave on the surface is carried out via a wire (cable) line 19, and underground through a drill string 20 and casing 21 pipes and rock through an electromagnetic communication channel 22.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

В процессе бурения скважины в зоне потенциального контакта долота бурящейся скважины и колонны ранее пробуренной скважины изменяется объем горной породы и, как следствие, изменяется комплексное электрическое сопротивление между участками цепей, образованных колоннами бурящейся и ранее пробуренной скважины. Отслеживая изменение значений указанного электрического сопротивления постоянно в процессе бурения, появляется возможность получать информацию о расстоянии между долотом бурящейся скважины и колонной ранее пробуренной скважины.During the drilling of a well in the area of potential contact between the bit of the well being drilled and the string of a previously drilled well, the volume of rock changes and, as a result, the complex electrical resistance between the sections of the chains formed by the columns of the drilled and previously drilled well changes. By monitoring the change in the values of the indicated electrical resistance constantly during drilling, it becomes possible to obtain information about the distance between the bit of the well being drilled and the string of the previously drilled well.

Исходя из полученной информации в режиме реального времени производят сравнение значения контролируемого расстояния с априори установленным максимальным значением расстояния и при его достижении производят отключение бурового насоса и/или оперативное оповещение путем звуковой и световой сигнализации.Based on the information received, in real time, the value of the controlled distance is compared with the a priori established maximum value of the distance, and when it is reached, the mud pump is turned off and / or prompt by sound and light alarms.

Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин с использованием телеметрической системы с электромагнитным каналом связи работает следующим образом.The system for preventing the occurrence of trunks during cluster drilling of oil and gas wells using a telemetry system with an electromagnetic communication channel works as follows.

В процессе бурения скважины 3 при излучении посредством диполя 5 от источника питания, например электротурбогенератора 4, сигнала по электромагнитному каналу связи в горную породу образуется электрическая цепь, состоящая из колонны бурильных труб 20 бурящейся скважины 3, наземной проводной (кабельной) линии 19, соединяющей блок 23 элементов наземной части системы и участка горной породы, находящегося между долотом бурящейся скважины 8 и обсадной колонной 21 ранее пробуренной скважины 1 или 2. При приближении долота 8 бурящейся скважины 3 к обсадной колонне 21 эксплуатационной скважины 1 уменьшается объем горной породы 7, разделяющей скважины 1 и 3, а следовательно, уменьшается и комплексное сопротивление вышеупомянутой электрической цепи. Таким образом, увеличивается напряжение, регистрируемое блоком 23 элементов наземной части системы. При достижении этого напряжения определенного значения порогового напряжения срабатывает схема сравнения 14, которая выдает сигнал технологическому контроллеру 15. Технологический контроллер 15 выдает информацию для записи в блок памяти 16 и посредством блока управления бурового насоса 17 отключает буровой насос и включает систему звуковой и световой аварийной сигнализации 18.In the process of drilling a well 3 when emitted by a dipole 5 from a power source, for example, an electric turbogenerator 4, a signal is generated through an electromagnetic communication channel into the rock, an electric circuit is formed consisting of a drill pipe string 20 of a drilling well 3, a ground wire (cable) line 19 connecting the unit 23 elements of the ground part of the system and the rock section located between the bit of the drilled well 8 and the casing 21 of the previously drilled well 1 or 2. When the bit 8 of the drilled well 3 approaches the casing To the casing string 21 of the production well 1, the volume of the rock 7 separating the wells 1 and 3 is reduced, and therefore, the complex resistance of the aforementioned electric circuit is also reduced. Thus, the voltage recorded by the block 23 of the elements of the ground part of the system increases. When this voltage reaches a certain threshold voltage, a comparison circuit 14 is triggered, which gives a signal to the technological controller 15. The technological controller 15 provides information for recording in the memory unit 16 and, by means of the control unit of the mud pump 17, turns off the mud pump and turns on the sound and light alarm system 18 .

Оператор принимает решение по изменению траектории ствола скважины 3 посредством отклонителя 24 или забуриванию нового ствола выше интервала опасного сближения после расчета минимального расстояния между долотом 8 бурящейся 3 и обсадной колонной 21 пробуренной скважины 1, зависящего от частоты передаваемого диполем 5 сигнала и комплексного сопротивления горной породы 7.The operator decides to change the trajectory of the wellbore 3 by means of a diverter 24 or by drilling a new wellbore above the interval of dangerous proximity after calculating the minimum distance between the bit 8 of the drilled 3 and the casing 21 of the drilled well 1, depending on the frequency of the signal transmitted by dipole 5 and the complex rock resistance 7 .

При выходе из аварийной ситуации система звуковой и световой аварийной сигнализации 18 отключается. Одновременно производится включение бурового насоса.When you exit the emergency system of sound and light alarm 18 is turned off. At the same time, the mud pump is turned on.

Пороговые значения принимаемого сигнала - это определенные экспериментальным путем граничные значения сигнала от долота, выход за которые соответствует той или иной ситуации (приближение или удаление встречи стволов). Причем можно выделить несколько различных пороговых напряжений для одной и той же скважины, при которых будет отличаться реакция системы в виде различной комбинации подачи звуковых и световых аварийных сигналов и экстренного отключения буровых насосов. Причем существуют два крайних состояния, в пределах которых изменяется снимаемое напряжение, зависящее от расстояния между долотом бурящейся скважины и обсадной колонной ранее пробуренной скважины.The threshold values of the received signal are the experimentally determined boundary values of the signal from the bit, the output of which corresponds to a particular situation (approximation or removal of the barrel meeting). Moreover, it is possible to distinguish several different threshold stresses for the same well, at which the response of the system will be different in the form of a different combination of sound and light alarms and emergency shutdown of the mud pumps. Moreover, there are two extreme states, within which the removed stress varies, depending on the distance between the bit of the well being drilled and the casing of the previously drilled well.

Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин с использованием телеметрической системы с электромагнитным каналом связи проста в монтаже и техническом обслуживании, она позволяет контролировать приближение долота бурящейся скважины не только на разбуриваемом, но и на ранее пробуренных кустах. Монтаж системы предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин может осуществляться в любой момент времени бурения скважин, для ее работы не требуется дополнительной информации от сопутствующих служб (геофизики, геологии и т.д.).The system for preventing the occurrence of trunks during cluster drilling of oil and gas wells using a telemetry system with an electromagnetic communication channel is easy to install and maintain, it allows you to control the approach of the bit of the well being drilled, not only on drilled, but also on previously drilled bushes. Installation of a warning system for meeting boreholes during cluster drilling of oil and gas wells can be carried out at any time during well drilling; for its operation, additional information from related services (geophysics, geology, etc.) is not required.

Предлагаемая система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин с использованием телеметрической системы с электромагнитным каналом связи проста в изготовлении, надежна и экономична в эксплуатации. В системе используются известные телеметрические системы с электромагнитным каналом связи и не требуется дополнительной установки оборудования на забое. Таким образом, стандартную телеметрическую систему, предназначенную для управления траекторией ствола скважины, можно использовать помимо ее прямого назначения, как элемент системы предотвращения встречи стволов скважин. Кроме того, система позволяет использовать эксплуатационную колонну пробуренной скважины в качестве дополнительного канала передачи инклинометрической информации, что позволяет повысить надежность этой информации, особенно по мере увеличения вероятности встречи стволов скважин.The proposed system for preventing the occurrence of trunks during cluster drilling of oil and gas wells using a telemetry system with an electromagnetic communication channel is simple to manufacture, reliable and economical to operate. The system uses well-known telemetry systems with an electromagnetic communication channel and does not require additional installation of equipment at the bottom. Thus, a standard telemetry system designed to control the wellbore trajectory can be used, in addition to its direct purpose, as an element of the system for preventing the wellbore from meeting. In addition, the system allows you to use the production casing of the drilled well as an additional channel for transmitting inclinometric information, which improves the reliability of this information, especially as the likelihood of meeting wellbores increases.

Claims

The control system for the process of relative orientation of the trunks during cluster drilling of oil and gas wells, characterized in that it contains a deep part, including an electromagnetic oscillation generator, made in the form of a dipole mounted above the bit, providing electromagnetic coupling between the column of the well being drilled and at least one production string previously drilled wells, and the ground part, including the Converter complex resistance section of the circuit formed by the drill stem of the near-dipole region, to the voltage and n converters of the complex resistance of the circuit section formed by the production string and the rock section enclosed between the bit of the well being drilled and the production string of the previously drilled well, into voltage, where n is the number of previously drilled wells, outputs of these n converters of integrated resistance to voltage are connected to the information inputs of the switch, the output of which and the output of the integrated resistance converter take into account the circuit of the drill string and rock near the dipole region is connected to voltage at the input of the adder connected to a filter connected through a reference amplifier to the reference voltage comparison circuit, the output of which is connected to the input of the process controller, the information output of which is connected to the input of the memory unit , and control outputs - to the control input of the switch and the inputs of the alarm and control units of the mud pump.