Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин

Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин

Реферат

Изобретение относится к кустовой разработке месторождений нефти и газа при использовании направленного бурения с применением скважинной телеметрической системы и станции геолого-технологических исследований (СГТИ).

Наиболее близким к данному изобретению является система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин, содержащая датчик вибрации, усилитель-преобразователь сигнала, записывающее устройство, устройство оповещения, технологический контроллер, ПЭВМ с программным обеспечением и устройства оповещения (патент на изобретение РФ №2235844, МПК Е21В7/04, Е21В47/022, 2003 г. )

Недостатками данной системы являются: позднее обнаружение пересечения траекторий скважин, отсутствие численной оценки степени приближения бурящейся скважины к другой, что позволяло бы выбрать безопасную траекторию обхода, отсутствие интеграции с обязательно присутствующими при направленном бурении СГТИ и, как следствие, относительно высокая стоимость системы, включающей в свой состав технологический контроллер и отдельное от СГТИ средство оповещения.

Задачей изобретения является раннее обнаружение опасности пересечения бурящейся скважины с уже существующей скважиной (скважинами) с возможностью выбора направления изменения траектории бурения для предотвращения встречи стволов.

Для этого система содержит несколько устройств сбора данных (по одному на скважину, с которой имеется возможность пересечения), состоящих из датчика вибрации, усилителя-преобразователя, модуля беспроводной сети и антенны, а также ПЭВМ с программным обеспечением, подключенную к беспроводной сети и включающую в себя блок приема данных, многоканальный блок расчета кепстра, многоканальный блок хранения образцов кепстров, многоканальный блок расчета корреляции кепстров, многоканальный блок сравнения коэффициентов корреляции с порогом предупреждения и блок кодирования данных в формат СГТИ.

На фиг. 1 представлена общая функциональная схема системы предупреждения встречи стволов.

Система состоит из ПЭВМ с программным обеспечением 1, которая может совмещать функции обработки данных описываемой системы с программной частью СГТИ и/или программным обеспечении скважинной телеметрической системы, модуля беспроводной связи 2 (например, стандарт ZIGBEE или Wi-Fi) с антенной 3, нескольких измерительных устройств 4, закрепленных на устьях уже пробуренных скважин, с которыми возможны пересечения. Каждое измерительное устройство 4 содержит датчик вибрации 5, аналого-цифровой усилитель-преобразователь 6, модуль беспроводной связи 7 с антенной 8.

ПЭВМ с программным обеспечением 1 включает в себя блок приема данных от беспроводной сети 9, многоканальный блок расчета кепстров сигналов 10, многоканальный блок хранения образцов кепстров 11, многоканальный блок расчета коэффициентов корреляции текущих кепстров и образцов кепстров 12, многоканальный блок сравнения коэффициентов корреляции с порогом предупреждения для формирования сигнала тревоги 13, блок кодирования данных в формат СГТИ 14.

К выходу блока приема данных 9 подключен многоканальный блок расчета кепстров 10. Блок расчета кепстров 10 имеет два выхода, один из которых подключен непосредственно к входу многоканального блока расчета коэффициентов корреляции кепстров 12, а второй - через многоканальный блок хранения образцов кепстров 11. Многоканальный блок расчета коэффициентов корреляции кепстров 12 также имеет два выхода, один из которых подключен непосредственно к входу блока кодирования данных в формат СГТИ 14, а второй - через многоканальный блок сравнения коэффициентов корреляции с порогом предупреждения 13.

Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин работает следующим образом.

Перед прохождением участка с опасным сближением на устья уже пробуренных скважин устанавливают измерительные устройства 4, их антенны 8 монтируют в пределах радиовидимости остальных антенн. К ПЭВМ с программным обеспечением 1 подключают модуль беспроводной связи 2 со своей антенной 3. Сигналы от датчиков вибрации 5 усиливаются и преобразуются в цифровую форму с помощью усилителей-преобразователей 6 и передаются с модуля беспроводной связи 7 на модуль беспроводной связи 2 в блок приема данных 9.

В многоканальном блоке расчета кепстров 10 рассчитываются кепстры принятых сигналов и запоминаются как образцовые в многоканальном блоке хранения образцов кепстров 11. Запись образцовых кепстров производится в то время, когда опасного сближения заведомо нет, но другая помеховая обстановка предположительно соответствует той, что будет при бурении участков с опасным сближением. Например, если измерительное устройство установлено на эксплуатационную скважину, в которой работает погружной насос, то насос должен во время записи образца работать в штатном режиме.

После записи образцовых кепстров система переключается в основной режим. При этом непрерывно рассчитываются кепстры сигналов и для каждого кепстра (от каждого измерительного блока, закрепленного на каждой скважине) с помощью многоканального блока расчета коэффициентов корреляции кепстров 12 рассчитываются коэффициенты корреляции между текущими кепстрами и образцовыми кепстрами этой же скважины. При отсутствии помехи по вибрации от бурящейся скважины кепстры схожи с образцовыми и коэффициенты корреляции близки к единице. При приближении бурящейся скважины к скважине, на которой установлено измерительное устройство, кепстр сигнала с этого измерительного устройства изменяется и коэффициент корреляции его с образцовым кепстром понижается. Согласно функциональной схеме алгоритма рассчитанные в многоканальном блоке расчета 12 коэффициенты корреляции кепстров передаются в многоканальный блок сравнения с порогом предупреждения 13, в котором, если хотя бы один коэффициент оказывается ниже выбранного порога, вырабатывается сигнал тревоги, передаваемый в блок кодирования данных в формат СГТИ 14. Одновременно коэффициенты корреляции в численном виде передаются непосредственно в блок кодирования данных в формат СГТИ 14. Данные, поступившие в блок 14, передаются в сеть СГТИ и, в частности, на табло бурильщика (не показано), которое входит в состав СГТИ. Таким образом, на табло бурильщика отображаются как сигналы предупреждения от блока 13 в случае опасности, так и численные значения коэффициентов корреляции кепстров. Основываясь на изменениях коэффициентов корреляции в случае их уменьшения, буровой мастер может подобрать наименее опасное направление обхода скважины, ориентируясь на максимальные значения коэффициентов корреляции.

Использование в системе кепстрального анализа и корреляции с образцовыми кепстрами, замеренными в отсутствии опасного сближения, позволяет обнаруживать опасные сближения на более ранних этапах. Применение кепстрального анализа целесообразно, т.к. вибрация от долота (выделяемый сигнал) представляет собой ряд гармоник. Вибрация от насоса, работающего в эксплуатационной скважине (помеха), также представляет собой ряд гармоник. Разделение источников с разными рядами гармоник как раз является областью применения кепстрального анализа. Численное отображение коэффициентов корреляции, которые можно интерпретировать как меры опасного сближения, позволяют выбрать направление для предотвращения опасного сближения.

Предлагаемая система предупреждения встречи стволов позволяет прогнозировать пересечения на раннем этапе, а численная оценка степени сближения скважин делает возможным оперативно изменить траекторию скважины на безопасную. Система использует уже имеющееся оборудование СГТИ, соответственно не требует дополнительных затрат.

Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин, содержащая датчик вибрации, усилитель-преобразователь и ПЭВМ с программным обеспечением, отличающаяся тем, что ПЭВМ с программным обеспечением подключена к собственному модулю беспроводной сети со своей антенной, на каждую скважину, с которой имеется возможность пересечения, установлены одинаковые измерительные устройства, содержащие датчик вибрации и усилитель-преобразователь, подключенный к модулю беспроводной сети с антенной, при этом все антенны находятся в одной зоне радиосвязи и все модули беспроводной сети обеспечивают функционирование всей системы в одной сети передачи данных, а ПЭВМ с программным обеспечением включает в себя блок приема данных, к выходу которого подключен многоканальный блок расчета кепстра, один выход которого подключен непосредственно к входу многоканального блока расчета коэффициентов корреляции кепстров, а второй - через многоканальный блок хранения образцов кепстров, выход многоканального блока расчета коэффициентов корреляции кепстров подключен к входу блока кодирования данных в формат СГТИ, а также выход многоканального блока расчета коэффициентов корреляции кепстров подключен к входу многоканального блока сравнения коэффициентов корреляции с порогом предупреждения, причем выход этого блока подключен ко второму входу блока кодирования данных в формат СГТИ.