СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА ПРОЦЕССОМ ПЕРФОРАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК E21B47/00 E21B43/118 

Изобретение относится к области измерительной техники. Его целесообразно применять в нефтяной и газовой отраслях промышленности, а также при геологоразведочных исследованиях залежей нефти, газа и других полезных ископаемых. Изобретение может быть использовано для дистанционного контроля за процессом взрывной перфорации обсадных колонн в скважинах на больших глубинах.

Известны способы регистрации данных в скважине, основанные на измерении ускорений перфоратора, находящегося в скважине, которые возникают во время срабатываний отдельных кумулятивных зарядов внутри перфоратора. Полученная информация передается на верх по грузонесущему геофизическому кабелю, а затем обрабатывается, что позволяет оценить (по числу импульсов) количество срабатываний кумулятивных зарядов, приведших к перфорированию обсадной колонны на заданной глубине.

Недостатком известных способов и устройств является ненадежность в определении числа взрывов в скважине. Это связано с тем, что из-за малой временной задержки между взрывами (около 10 мкс) происходит наложение отдельных ударных волн, возникающих при взрывах.

Недостатком является также искажение сигналов, обусловленное расстоянием коротких акустических волн на перфорационных отверстиях и других неоднородностях в теле перфоратора.

Все это приводит к ухудшению разрешающей возможности известных способов контроля за процессом перфорации в скважине. Тем самым уменьшается вероятность обнаружения отказа детонаторов или кумулятивных зарядов при подрыве.

Целью изобретения является повышение надежности контроля за процессом перфорации.

Цель достигается тем, что в способе контроля за процессом перфорации обсадной колонны в скважине, включающем спуск в скважину перфоратора, инициирование находящихся в нем кумулятивных зарядов и регистрацию возникающих при взрыве кумулятивных струй, в перфораторе напротив кумулятивных зарядов размещают предварительно намагниченные элементы, а соосно с ними располагают катушки, затем после инициирования кумулятивных зарядов регистрируют образующиеся от воздействия на намагниченные элементы кумулятивных струй электромагнитные импульсы, по числу которых судят о количестве перфорационных отверстий в обсадной колонне.

При этом в качестве намагниченных элементов используют постоянный магнит или установленные в отверстиях для кумулятивных струй магнитные пробки, или стальные обкладки кумулятивных зарядов.

Предлагаемый способ основан на физическом эффекте ударного размагничивания, причиной которого являются: фазовый переход в ударной волне сплавов железа из магнитной α -фазы в немагнитную ε -фазу, понижение температуры Кюри, уменьшение намагниченности насыщения с ростом ударного давления.

Процесс разрушения магнита (или магнитной пробки) кумулятивной струей имеет малую длительность (около 10 мкс). При этом возникает короткий магнитный импульс, что улучшает возможность разрешения отдельных импульсов от взрывов, по сравнению с прототипом. Кроме того, амплитуда сигналов ударного размагничивания на порядок и более выше как геомагнитных возмущений, так и сигналов, генерируемых плазмой взрыва.

Способ реализуется устройством, в котором сигналы измеряются вблизи кумулятивных зарядов, а затем усиливаются. Это создает дополнительные преимущества, по сравнению с прототипом, поскольку при этом исключаются дисперсия и затухание магнитных возмущений при их распространении по породе.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1 и 2.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит кабель грузонесущий геофизический 1 с прикрепленным к нему корпусом перфоратора 2, в котором располагаются согласующее устройство и коммутатор 3, цепь электрического поджига детонатора 4, кумулятивные заряды 5 с кумулятивными воронками 6 и детонационным шнуром 7, электрическая цепь регистрации 8, регистрирующие магнитные катушки 9, намагниченные элементы 10, бандаж из бандажной (однонаправленной) стеклоленты 11, детонатор 12. Цифровой 13 обозначена стенка обсадной колонны. В торце перфоратора вместе с согласующим усилителем может располагаться запоминающий блок.

В качестве немагнитных элементов могут быть использованы постоянные магниты или установленные в отверстиях для кумулятивных струй магнитные пробки, или стальные обкладки кумулятивных зарядов.

Устройство работает следующим образом. После поджига детонатора и детонационного шнура происходит подрыв зарядов с образованием кумулятивных струй. Коммутатор из положения "готовность к подрыву" переводит систему в режим регистрации взрывов. Кумулятивные струи выталкивают магнитные пробки (или размагничивают магниты) и пробивают отверстия в обсадной колонне. Вследствие уничтожения магнитных потоков в регистрирующих катушках возникают ЭДС индукции. Если облицовки кумулятивных зарядов выполнены из магнитных материалов и предварительно намагничены, то сигналы возникают при размагничивании кумулятивных воронок ударной волной, образующейся после детонации взрывчатых веществ. Сигналы с катушек поступают на согласующее устройство и коммутатор, а затем передаются вверх по грузонесущему кабелю. Их можно также записывать в запоминающем блоке. В многожильном кабеле импульс подрыва и информации о числе зарегистрированных кумулятивных струй могут передаваться по разным жилам. В этом случае не нужен коммутатор, это упрощает устройство.

Согласование измерительных катушек с входными цепями регистрирующего устройства зависит от емкости кабеля. В условиях работы в скважине грузонесущей геофизический кабель имеет большую длину (до нескольких километров) и его емкость слишком велика, поэтому на нижнем конце кабеля необходимо применить согласующий усилитель со следующими параметрами, коэффициент усиления 5-80, в зависимости от расположения катушек в выточке отверстия полоса частот 100-200 Гц, входное сопротивление 1 кОм, выходное сопротивление равно волновому сопротивлению кабеля (50-100 Ом в зависимости от марки кабеля).

Для иллюстрации возможностей предлагаемого способа на фиг. 2 приведена осциллограмма сигнала, полученного при взаимодействии кумулятивной струи с магнитом. В опыте заряд ЗПК-95 размещался внутри перфоратора, причем кумулятивная струя направлялась в отверстие в его стенке, а катушка и магнит располагались снаружи непосредственно над отверстием. Использовался феррит объемом 3,5 см³ с магнитным моментом Е 2,1 А ˙ м². Катушка диаметром 5,5 см, состоящая из 15 витков медного провода диаметром 0,3 мм устанавливалась соосно с отверстием. Сопротивление нагрузки подбиралось для согласования регистрирующей катушки со входом цифрового осциллографа. Малая ширина сигналов и стабильно высокая амплитуда позволяют проводить надежную регистрацию множественных подрывов с временем разрешения до 10 мкс.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа контроля за процессом перфорации обсадной колонны и скважины заключаются в следующем:
данный способ позволяет увеличить надежность регистрации кумулятивных струй, приводящих к перфорированию обсадной колонны;
дает возможность увеличивать амплитуду и уменьшать ширину диагностических импульсов;
устройство позволяет проводить регистрацию сигналов непосредственно в скважине без задержки во времени и искажений;
экономическая эффективность данного способа и устройства для его реализации заключается в обеспечении безопасности людей при подъеме и вскрытии перфоратора в случае отказов детонаторов или неполной детонации взрывчатого вещества;
технико-экономическая эффективности заключается также в повышении достоверности результатов геологоразведочных работ, поскольку способ позволяет отличать отрицательные результаты поиска нефти и газа от случаев, связанных с отсутствием перфорации скважина и вскрытия пласта вследствие дефектов системы подрыва. (56) Coll E. A. et al. , Method ans apparatus for detecting of perforating gun, US patent application serial # 505, 911, Teene, 20, 1983.

Vates D. N. Gun initiation and data recording downhole, European patent, EP 0257.155 AI, кл. Е 21 В 43/118, Би 88/09.

Назначение: изобретение относится к измерительной технике. Его целесообразно применять в нефтяной и газовой отраслях промышленности. Изобретение может быть использовано для дистанционного контроля за процессом взрывной перфорации обсадных колонн в скважинах на больших глубинах. Сущность изобретения: в перфораторе напротив кумулятивных зарядов размещают предварительно намагниченные элементы. Затем регистрируют электромагнитные импульсы, возникающие от воздействия кумулятивных струй на намагниченные элементы, помещенные в перфораторе. В качестве намагниченных материалов используют предварительно намагниченные облицовки кумулятивных зарядов или постоянные магниты, или в отверстиях для кумулятивных струй устанавливают магнитные пробки. Соосно с намагниченными элементами располагают регистрирующие магнитные катушки. О количестве перфорационных отверстий в обсадной колонне судят по числу зарегистрированных электромагнитных импульсов. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА ПРОЦЕССОМ ПЕРФОРАЦИИ обсадной колонны в скважине, включающий спуск в скважину перфоратора, инициирование находящихся в нем кумулятивных зарядов и регистрацию возникающих при взрыве кумулятивных струй, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля, в перфораторе напротив кумулятивных зарядов размещают предварительно намагниченные элементы, а соосно с ними располагают регистрирующие магнитные катушки, затем после инициирования кумулятивных зарядов регистрируют образующиеся от воздействия на намагниченные элементы кумулятивных струй электромагнитные импульсы, по числу которых судят о количестве перфорационных отверстий в обсадной колонне. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве намагниченных элементов используют постоянные магниты. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве немагнитных элементов используют установленные в отверстия для кумулятивных струй магнитные пробки. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве намагниченных элементов используют стальные обкладки кумулятивных зарядов.