Одна из самых сложных проблем в буровых работах заключается в следующем: поскольку буровое долото не видит, что происходит под землей, где оно находится на самом деле?

В скважинах глубиной в тысячи метров, если буровое долото отклоняется от своей расчетной траектории, это может в лучшем случае повлиять на производительность, а в худшем — сделать всю скважину непригодной для использования. Ранние методы включали бурение участка с последующим его измерением, что приводило к частым остановкам и крайне низкой эффективности. Таким образом, появилась технология бурения с отслеживанием положения — она позволяет буровому долоту сообщать о своем положении и ориентации в режиме реального времени во время бурения, по сути, оснащая буровое долото миниатюрной навигационной системой.

Состав системы: Три основных модуля

Эта «навигационная система» в основном состоит из трех частей:

1. Блок датчиков (датчики)

Установлен рядом с буровым долотом и состоит из двух комплектов датчиков:

• Трехосевой акселерометр: Измеряет компоненты гравитационного поля в трех направлениях, используется для определения наклона бурового долота (аналогично датчику гравитации в мобильном телефоне).

• Трехосевой магнитометр (магнитометр с ферромагнитным сердечником): Измеряет компоненты магнитного поля Земли в трех направлениях, используется для определения ориентации бурового долота (аналогично электронному компасу).

Они работают вместе, чтобы однозначно определить положение бурового долота в пространстве.

2. Блок обработки сигналов (вычисления)

Необработанные электрические сигналы, выдаваемые датчиками, фильтруются, усиливаются и преобразуются из аналогового в цифровой формат. Затем внутрискважинный микропроцессор вычисляет три ключевых параметра: угол наклона (угол между буровым долотом и вертикальным направлением), азимутальный угол (ориентация бурового долота в горизонтальной плоскости) и угол поворота рабочей поверхности инструмента (угол поворота самого бурового долота). Эти три параметра вместе описывают текущее «положение» бурового долота.

3. Блок передачи данных (связь)

Внутрискважинные данные должны передаваться на поверхность в режиме реального времени. Наиболее распространенный метод — передача импульсов бурового раствора: путем управления изменениями давления бурового раствора закодированные данные передаются на поверхность в виде импульсов, которые затем декодируются и восстанавливаются поверхностными датчиками. Кроме того, в определенных сценариях используются также передача электромагнитных волн, передача акустических волн и другие методы.

Основной принцип: как рассчитать «траекторию»?

 Принцип несложный: гравитационное и геомагнитное поля Земли известны и стабильны в локальных областях. Датчики измеряют направленные компоненты этих двух полей в системе координат бурового долота, а затем, посредством преобразования координат, можно определить ориентацию бурового долота относительно географической системы координат (север, восток, вертикаль).

Вкратце:

Акселерометр показывает, «насколько сильно он наклонен», 

а магнитометр — «в какую сторону он наклонен».

Сочетание этих двух данных позволяет точно определить положение сверла в каждый момент времени.

Система наземного мониторинга сопоставляет данные об ориентации скважины в каждый момент времени с глубиной бурения, соединяя дискретные точки измерения в кривую для создания трехмерной траектории всего ствола скважины. Инженеры могут отслеживать это в режиме реального времени на экране и немедленно корректировать направление бурения при обнаружении каких-либо отклонений.

Точность и значимость

В настоящее время передовые приборы для каротажа в процессе бурения (MLD) позволяют достичь точности измерения угла наклона скважины ±0,1° и точности измерения азимутального угла ±0,2°. Это означает, что на глубинах в несколько тысяч метров ошибки горизонтального смещения обычно можно контролировать в пределах нескольких метров — это невероятно точный уровень «наведения» для целей, расположенных на глубине тысяч метров под землей.

Ценность этой технологии выходит за рамки простого «предотвращения отклонения бурения». Она также позволяет комбинировать параметры пласта для оптимизации траектории в реальном времени, что дает возможность бурить сложные скважинные структуры, такие как горизонтальные скважины и скважины с большим радиусом действия, значительно расширяя возможности разработки нефтегазовых ресурсов.

Краткое описание

Технология отслеживания траектории бурения, по сути, применяет принципы инерциальной навигации в буровой технике. Она превращает ранее «слепую» операцию бурения в прозрачный процесс с четкой визуализацией.

В следующий раз, когда вы увидите буровую платформу, вы будете знать — буровое долото под землей не бурит бесцельно; оно точно движется в соответствии со своей навигационной системой.