RU2558039C2

RU2558039C2 - System preventing contact between boreholes at cluster drilling of oil and gas wells

Info

Publication number: RU2558039C2
Application number: RU2013147174/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Евгеньевич Ковалев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "БИТАС"
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-07-27
Also published as: RU2013147174A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: system comprises several data acquisition units (one unit per a well subject to risk of boreholes contact) consisting of vibration sensor, amplifier-converter, wireless network and antenna module and personal computer connected to wireless network and having software that includes data receipt unit, multichannel unit for cepstrum calculation, multichannel unit for cepstrum samples storage, multichannel unit for calculating cepstrum correlation, multichannel unit for comparing correlation factors with warning threshold and unit coding data to format of the geological and engineering survey station.

EFFECT: early detection of hazardous contact of a drilled well with existing well and potential change of the drilling path in order to prevent contact of boreholes.

1 dwg

Description

Изобретение относится к кустовой разработке месторождений нефти и газа при использовании направленного бурения с применением скважинной телеметрической системы и станции геолого-технологических исследований (СГТИ).The invention relates to a cluster development of oil and gas fields using directional drilling using a downhole telemetry system and a station for geological and technological research (SGTI).

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. )Closest to this invention is a system for preventing the occurrence of shafts during cluster drilling of oil and gas wells, comprising a vibration sensor, a signal amplifier, a recording device, a warning device, a process controller, a PC with software and a warning device (RF patent No. 2235844 , IPC E21B7 / 04, E21B47 / 022, 2003)

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.The disadvantages of this system are: late detection of intersection of well trajectories, lack of a numerical estimate of the degree of approach of the well being drilled to another, which would allow us to choose a safe trajectory of a bypass, lack of integration with necessarily present during directional drilling of the GTI and, as a consequence, the relatively high cost of the system, including its composition is a technological controller and a warning device separate from the GTI.

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.The objective of the invention is the early detection of the danger of intersection of a drilling well with an existing well (s) with the possibility of choosing the direction of change of the drilling path to prevent the meeting of the shafts.

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.For this, the system contains several data collection devices (one per well, with which it is possible to cross), consisting of a vibration sensor, an amplifier-converter, a wireless network module and an antenna, as well as a PC with software connected to the wireless network and including a data receiving unit, a multichannel cepstrum calculation unit, a multichannel cepstrum sample storage unit, a multichannel cepstre correlation calculation unit, a multichannel cepstre correlation calculation unit, a threshold threshold anticipations and block encoding data in the format of the CTI.

На фиг. 1 представлена общая функциональная схема системы предупреждения встречи стволов.In FIG. 1 shows a general functional diagram of a system for preventing the occurrence of trunks.

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.The system consists of a personal computer with software 1, which can combine the data processing functions of the described system with the software of the GIS and / or the software of the downhole telemetry system, wireless module 2 (for example, the ZIGBEE or Wi-Fi standard) with antenna 3, several measurement devices 4 mounted on the mouths of already drilled wells with which intersections are possible. Each measuring device 4 contains a vibration sensor 5, an analog-to-digital amplifier-converter 6, a wireless module 7 with an antenna 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.A personal computer with software 1 includes a unit for receiving data from a wireless network 9, a multi-channel block for calculating cepstrum signals 10, a multi-channel block for storing samples of cepstre 11, a multi-channel block for calculating the correlation coefficients of current cepstre and samples of cepstre 12, a multi-channel block for comparing correlation coefficients with a warning threshold to generate an alarm 13, the unit for encoding data in the format of the CTI 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.A multichannel cepstrum calculation block 10 is connected to the output of the data receiving unit 9. The cepstrum calculation block 10 has two outputs, one of which is connected directly to the input of the multichannel cepstre correlation coefficient calculation block 12, and the second through the multichannel cepstrum sample storage unit 11. Multichannel calculation block the correlation coefficients of the cepstra 12 also has two outputs, one of which is connected directly to the input of the data encoding block in the format of the CTI 14, and the second through a multi-channel coefficient comparison unit events correlation with the threshold of warning 13.

Система предупреждения встречи стволов при кустовом бурении нефтяных и газовых скважин работает следующим образом.The system for preventing the occurrence of trunks during cluster drilling of oil and gas wells works as follows.

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.Before passing the area with a dangerous approach to the mouths of already drilled wells, measuring devices 4 are installed, their antennas 8 are mounted within the radio visibility of the remaining antennas. Wireless module 2 is connected to a PC with software 1 with its antenna 3. Signals from vibration sensors 5 are amplified and digitized using amplifiers-converters 6 and transmitted from wireless module 7 to wireless module 2 to the data receiving unit 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.In the multi-channel block of calculation of cepstro 10, the cepstre of the received signals is calculated and stored as reference in the multi-channel block for storing samples of cepstre 11. The sample cepstrum is recorded at a time when there is no known danger of proximity, but another interference situation presumably corresponds to that which will occur when drilling sections with dangerous rapprochement. For example, if the measuring device is installed on a production well in which a submersible pump is operating, then the pump should be operating normally during sample recording.

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.After recording the exemplary cepstras, the system switches to the main mode. At the same time, signal cepstras are continuously calculated and for each cepstrum (from each measuring unit attached to each well), using the multichannel block for calculating the correlation coefficients of cepstra 12, the correlation coefficients between the current cepstras and model cepstras of the same well are calculated. In the absence of interference from vibration from the well being drilled, the cepstra are similar to the exemplary ones and the correlation coefficients are close to unity. As the well being drilled approaches the well on which the measuring device is installed, the signal cepstrum from this measuring device changes and its correlation coefficient with the exemplary cepstrum decreases. According to the functional diagram of the algorithm, the correlation coefficients of the cepstras calculated in the multi-channel block of calculation 12 are transmitted to the multi-channel comparison block with the warning threshold 13, in which, if at least one coefficient falls below the selected threshold, an alarm is generated, which is transmitted to the data encoding block in the CTI format 14. At the same time, the correlation coefficients in numerical form are transmitted directly to the data encoding unit in the format of the CGTI 14. The data received in the block 14 are transmitted to the network of the CGTI and, in particular spine, with the score driller (not shown) which is part of the SGTI. Thus, the driller’s display shows both warning signals from block 13 in case of danger and the numerical values of the correlation coefficients of the cepstra. Based on the changes in the correlation coefficients if they decrease, the drill master can choose the least dangerous direction of the well bypass, focusing on the maximum values of the correlation coefficients.

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.The use of a cepstral analysis and correlation system with exemplary cepstras measured in the absence of a dangerous approach makes it possible to detect dangerous approaches at an earlier stage. The use of cepstral analysis is advisable, because vibration from the bit (emitted signal) is a series of harmonics. Vibration from a pump operating in a production well (interference) also represents a series of harmonics. Separation of sources with different series of harmonics is precisely the area of application of cepstral analysis. The numerical display of the correlation coefficients, which can be interpreted as measures of dangerous proximity, allows you to choose a direction to prevent dangerous proximity.

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.The proposed warning system for meeting boreholes allows predicting intersections at an early stage, and a numerical assessment of the degree of convergence of the wells makes it possible to quickly change the path of the well to a safe one. The system uses the existing equipment of the CTI, therefore, does not require additional costs.

Claims

A system for preventing the occurrence of trunks during cluster drilling of oil and gas wells, containing a vibration sensor, an amplifier-converter, and a PC with software, characterized in that the PC with software is connected to its own wireless network module with its antenna for each well with the possibility of crossing, the same measuring devices are installed, containing a vibration sensor and an amplifier-converter connected to a wireless network module with an antenna, while all The data are located in the same radio communication zone and all the wireless network modules ensure the operation of the entire system in one data transmission network, and the personal computer with software includes a data receiving unit, the output of which is connected to a multi-channel cepstrum calculation unit, one output of which is connected directly to the input of a multi-channel block for calculating the cepstre correlation coefficients, and the second through the multi-channel block for storing cepstrum samples, the output of the multi-channel block for calculating the cepstre correlation coefficients chen to the input block of data in the SGTI coding format, and output the multi-channel correlation coefficients cepstrum calculating unit connected to the input multi-channel correlation coefficients comparing unit with a warning threshold, the output of this unit is connected to the second input data block in the SGTI encoding format.