Ориентаторы электро – механического типа

В качестве примера ориентатора электромеханического типа рассмотрим ориентатор УШО (универсальный штыревой ориентатор, КазИМС), который относится к штыревым ориентаторам, устроен и работает подобно прибору «Луч» (ВИТР).

Данный ориентатор включает наземный прибор – миллиамперметр, соединяемый через бурильную колонну проводом 4 со скважинным ориентатором (рис. 4.8, а).

Рисунок 4.8 Схема устройства ориентатора УШО (а) и положение наконечника ориентатора в переходнике над отклонителем при его ориентировании (б)

Скважинный прибор включает корпус 1, отвес 2, группу контактов 3, электрический провод 4 и наконечник 5 фасонной перьевой формы с продольным пазом 6 для фиксации ориентатора ножом – ловителем 7 ориентирующего переходника 8 (рис.4.8, б). Ориентирующий переходник 8 с ножом – ловителем 7 устанавливается над отклонителем. Группа контактов 3 соединена по мостовой схеме таким образом, что в зависимости от того, замкнут отвесом 2 правый или левый контакт 3 электрический ток по схеме проходит в том или обратном направлении. При определенных положениях отвеса 2 контакты 3 будут замкнуты.

Каждое из положений отвеса 2, а таких положений может быть четыре (рис. 4.9), соответствует определенным показаниям наземного прибора. В том случае, если замыкаются правый или левый контакты 3, стрелка миллиамперметра отклоняется соответственно вправо или влево (рис. 4.9, б, г). Если отвес 2 не замыкает контакты 3, то миллиамперметр показывает 0 (рис. 4.9, а, в). Таких положений стрелки миллиамперметра два. Это так называемые «длинный нуль» и «короткий нуль». При этом вышеперечисленные четыре положения отвеса 2, по отношению к контактам 3, будут реализовываться поочередно при вращении датчика ориентатора вокруг собственной оси в наклонной скважине.

На рисунке 4.9 приведена диаграмма, на которой обозначены диапазоны всех четырех положений отвеса 2 и соответствующие этим положениям показания стрелки миллиамперметра за один оборот датчика ориентатора вокруг своей продольной оси. В качестве сигнала установки отклонителя в заданное углом установки отклонителя положение принято значение «короткого нуля», фиксируемое по наземному прибору.

Таким образом, при ориентировании необходимо добиться показаний нуля на приборе в диапазоне проворота датчика ориентатора на угол не более 6⁰. Ориентирование отклонителей ориентатором УШО (также «Луч») осуществляется следующим образом:

Предварительно ориентатор настраивают на заданный угол установки отклонителя ω₀.

С этой целью отклонитель, снаряженный ориентирующим переходником 8 с ножом-ловителем 7 (рис.4.8,б), устанавливают под наклоном и проворачивают вокруг продольной оси на заданный угол установки отклонителя (воспроизводят то положение ОНД, которое он займет в скважине в момент начала набора кривизны). После этого подготовленный для работы ориентатор (наземный прибор включен в сеть 220 В, собрана электрическая схема – провод скважинного прибора подключен к клемме миллиамперметра, а второй провод к корпусу отклонителя и включен режим «Работы» и «Поиск нуля»), настраивают на заданный угол установки отклонителя. Для этого фасонный наконечник ориентатора 5 (рис.4.8,а,б) освобождают (ослабляют контргайку 9 между корпусом 11 ориентатора и наконечником 5, навинченную на ось с резьбой 10) до состояния свободного вращения на оси 10 относительно корпуса ориентатора. После этого вставляют наконечник 5 в ориентирующий переходник 8 таким образом, чтобы наконечник 5 ориентатора точно сел на нож – ловитель 7 ориентирующего переходника 8 своим продольным пазом 6. Посадка наконечника 5 осуществляется за счет геометрической формы наконечника и соответствия размеров наконечника 5 и паза 6 размерам ножа-ловителя 7 и внутреннего диаметра ориентирующего переходника 8.

Далее, вращая корпус ориентатора по отношению к зафиксированному ножом-ловителем 7 наконечнику 5 по часовой стрелке, добиваются на наземном приборе значения «Короткий нуль». В завершении настройки ориентатора на заданный угол установки ω₀, его аккуратно извлекают из переходника 8 и затягивают контргайку 9, фиксируя положение фасонного наконечника 5 по отношению к корпусу ориентатора.

Рисунок 4.10 Схема ориентирования отклонителя ориентатором типа УШО:

1 – отклонитель; 2 – бурильная колонна; 3 – ориентирующий переходник с ножом ловителем; 4 – скважинный прибор – ориентатор; 5 – наземный прибор; 6 – лебедка; 7 – блок для спуска ориентатора; 8 – электрические провода;

Ориентирование в скважине (рис.4.10) производится после спуска отклонителя 1 с ориентирующим переходником 3 в скважину и подвешивания колонны бурильных труб 2 на расстоянии 1,0-0,5м. от забоя. Наземный прибор – миллиамперметр 5 проводами 8 подсоединяют через клемму на лебедке 6 к ориентатору 4 и к бурильной колонне 2. Далее на специальной лебедке 6 на проводе спускают ориентатор 4 через внутреннюю полость бурильных труб 2 до его посадки наконечником на нож-ловитель 3 ориентирующего переходника. После этого добиваются значения «Короткий нуль» на наземном приборе 5 вращением бурильной колонны 2 по часовой стрелке. Операцию ориентирования, как правило, проводят дважды или трижды, добиваясь совпадения положений колонны пр различных попытках.

Сориентировав отклонитель, ориентатор 4 извлекают из колонный бурильных труб 2, подсоединяют ведущую штангу бурового станка к колонне бурильных труб 2 и ставят отклонитель 1 на забой. Под действием осевого усилия раскрепляют отклонитель, включают буровой насос, а затем вращением колонны 2 на минимальный частоте вращения начинают бурение.

Ориентатор «Курс» (ВИТР) отличается от приборов, основанных на косвенном методе ориентации (УШО, «Луч») тем, что позволяет определять угол установки отклонителя непосредственно в градусах.

В датчике ориентатора используется принцип поворота эксцентричного груза на закрепленных осях в положение, совпадающее с апсидальной плоскостью скважины. Далее вращением колонны с ориентатором добиваются значения нуля на миллиамперметре наземного прибора и по отдельной шкале определяют значения угла установки.

Таким образом, процедура ориентирования ориентатором «Курс» незначительно отличается от представленной выше и производимой с использованием ориентаторов типа «Луч» или УШО. Диаметр ориентатора «Курс» 18мм, предел погрешности -5-10⁰ в зависимости от зенитного угла, диапазон ориентатора по зенитным углам 3-60⁰, предельная глубина спуска до 2500м.

Ориентатор «Луч» имеет диаметр корпуса 13 мм и близкие к ориентатору «Курс» другие технические характеристики.

Ориентатор ОЭ-15 (ПГО «Уралгеология») отличается от ориентатора УШО исполнением чувствительного элемента датчика. Отвес этого ориентатора выполнен более чувствительным и подвижным, поскольку работает во взаимодействии с электромагнитным вибратором. Повышенная чувствительность датчика позволила повысить точность ориентатора, достигла 2000м.

Рассмотренные ориентаторы УШО, «ЛУЧ», «КУРС» наиболее распространены при производстве работ по направленному бурению. Эти средства ориентирования универсальны и достаточно эффективны. Но, тем не менее, они не лишены недостатков. Это прежде всего малая точность ориентирования при малых зенитных углах (3⁰-5⁰), невозможность ориентирования в вертикальных скважинах и при сильной минерализации промывочной жидкости, трудность спуска в вязких буровых растворах при зенитных углах 25-30⁰ и более, невозможность их применения для ориентирования отклонителей в пологонаклонных, горизонтальных и восстающих скважинах.

В скважинном приборе – ориентаторе ОБ-13 (ВИТР) использован бесконтактный оптоэлектронный метод преобразования угла поворота датчика в электрический сигнал, что отвечает современному уровню измерительной техники и отражается в более высокой точности ориентирования.

Принцип действия оптоэлектронного преобразователя, который использован в ориентирующем приборе, заключается в том, что между источником света (светодиодом) и приемником света (фотодиодом) располагается чувствительный оптический элемент с переменной плотностью. При измерении угла (при повороте датчика) меняется световой поток от источника к приемнику и соответственно изменяется ток, что фиксируется прибором на поверхности.

Благодаря новому подходу к конструкции датчика ориентатора обеспечивается более высокая точность, информативность и надежность ориентатора. Например, погрешность определения угла установки у ориентатора ОБ составляет не более ±5⁰. Диаметр корпуса скважинного прибора равен 13мм, глубина спуска для ориентирования достигла 2500м.

Процесс ориентирования ориентатором ОБ аналогичен процессу поиска сориентированного положения отклонителя ориентаторами УШО и ЛУЧ. Отличием является поступающий на наземный прибор – микроамперметр - сигнал. У ориентатора ОБ это сигнал о прохождении максимального угла по силе тока фотосопротивления, что приводит к отклонению стрелки блока индикации в крайнее положение.

Для ориентирования отклонителей в вертикальных скважинах (зенитный угол от 0⁰ до 5⁰) в ПГО «Сосновгеология» создан ориентатор на основе скважинного прибора от ориентатора «КУРС» и отдельных элементов от инклинометра МИР -36.

Ориентатор для ориентирования оклонителей в вертикальных скважинах (рис. 4.11) состоит из наземного пульта с миллиамперметром и скважинного прибора – ориентатора. При создании ориентатора использован корпус скважинного прибора от ориентатора «КУРС» диаметром 18мм, в котором, прежде всего, заменен датчик. В качестве датчика использована магнитная стрелка от инклинометра МИР.

Скважинный прибор – ориентатор включает электромагнит 1, переключатель измерения 2, пружине переключателя 3, резисторы 4, контакты измерительные 5, магнитную стрелку 6, диоды 7, уплотнители 8 для герметизации ориентатора, провод 9, наружный корпус и удлинитель ориентатора 10, метку 11, определяющую положение центрального измерительного контакта 5, лимб с углами установки отклонителя 12 выполненый на наконечнике ориентатора 13, который предназначен для соединения с ножом – ловителем ориентирующего переходника отклонителя.

Ориентирование отклонителя производится следующим образом. Над отклонителем устанавливаются легкосплавные трубы из дюралюминия (ЛБТ), в которых, на некотором удалении от отклонителя, размещен ориентирующий переходник с ножом – ловителем. При этом ориентирующий переходник с ножом – ловителем устанавливают над отклонителем и фиксируют угол между плоскостью, проходящий через ось нож – ловителя и плоскостью работы отклонителя по изменению направления скважины. Далее наконечник 13 ориентатора поворачивают на заданный угол установки отклонителя относительно метки 11 с учетом угла ранее определенного и фиксируют в заданном положении. Положение метки 11 совпадает с осью ориентатора, на которой располагается центральный контакт 5 лимба магнитной стрелки 6. При включении прибора в сеть и подачи отрицательного напряжения в скважинный прибор – ориентатор, включается электромагнит 1. Электромагнит 1 механически связан с переключателем 2 и магнитной стрелкой 6, которая освобождается и ориентируется в направлении магнитного поля Земли.

После этого снимаются показания о положении магнитной стрелки 6. Для этого вновь включается переключатель при подаче электрического сигнала и магнитная стрелка 6 прижимается к контактам 5. Если магнитная стрелка 6 своими контактами прижимается к левой стороне контактов 5, стрелка миллиамперметра наземного прибора отклоняется влево, если к правой стороне контактов 5, то вправо. Положение стрелки миллиамперметра наземного прибора занимает центральное положение только в том случае, если магнитная стрелка 6 замкнет центральный контакт 5, на который через метку 11 на корпусе ориентатора 10 сориентирован паз наконечника ориентатора. Для определения положения системы на наземном приборе имеется кнопка «Контроль».

Таким образом, проворачивая бурильную колонну и производя непрерывные переключения системы в режим измерения (магнитная стрелка 6 прижимается к контактам 5) или в режим свободной ориентации стрелки 6 в направлении магнитного поля, добиваются совпадения положения магнитной стрелки с центральным контактом 5, что соответственно, будет зафиксировано наземным прибором показаниями миллиамперметра, стрелка которого займет центральное положение на шкале.

Ориентирование отклонителя с датчиком – магнитной стрелкой можно производить, используя в качестве источника магнитное поле Земли или искусственный точечный источник, например, магнит, который можно разместить в специальном диамагнитном переходнике напротив магнитной стрелки.

Рисунок 4.11 Схема скважинного прибора ориентатора для ориентирования отклонителей в вертикальных скважинах