ГЛУБИННЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1994 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к исследованию бурящихся скважин, в частности к исследованию зон поглощения и гидродинамики перетока пластовых вод по стволу скважины.

Известен скважинный расходомер, содержащий корпус, крыльчатку, стержневой каркас, центратор и регулятор потока в виде лепестковых клапанов [1].

Недостатком известного расходомера является то, что он не обеспечивает точности определения интервалов поглощения и перетока пластовых вод, а также приемистости поглощающих пластов и интенсивности перетока и, кроме того, не обеспечивает возможность определения интервалов каверн. Причиной этого является значительное изменение производительности потока жидкости через измерительный канал корпуса при подъеме прибора вследствие непрерывного изменения расстояния между краями лепестковых клапанов, зависящего от изменения диаметра ствола скважины в устойчивых отложениях и наличия каверн. Изменение расстояния между краями лепестков способствует непрерывному перераспределению потока промывочной жидкости, проходящей через постоянное проходное сечение измерительного канала корпуса и изменяющуюся ширину щелей между лепестками, а также вследствие резкого изменения сопротивления в этих проходах потока. Причем при наличии каверн, превышающих раскрытие лепестков, измерительный элемент будет давать ложные показания гидродинамических процессов, происходящих при перетоках пластовых вод по стволу и недостаточно точные показания интервалов поглощения и их приемистости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является глубинный расходомер ГР-ВНИИНГ, содержащий фонарь, корпус датчика импульсов тока с пружинными контактами, крыльчатку и лепестковый прерыватель, закрепленные на концах валики [2].

Применение глубинного расходомера ГР-ВНИИНГ более точные результаты интервалов поглощения и, особенно, их приемистости позволяет получать при исследовании зон, представленных лишь одним интервалом поглощения, а при большем их количестве эти показатели ухудшаются, особенно при наличии в стволе значительной кавернозности. Причиной этого является отсутствие центратора, фиксирующего расходомер в центре скважины, и изменение скорости встречного потока, зависящей от изменений диаметра скважины, что сопровождается горизонтальными отклонениями кривой от вертикального ее положения в интервалах отсутствия какого-либо движения жидкости по стволу скважины, усложняя тем самым интерпретацию кривых. Недостатком является также и нестабильность вращения крыльчатки вследствие прохождения наибольшего объема встречного потока жидкости вне радиуса ее вращения, особенно в скважинах большого диаметра, что требует увеличения производительности долива скважины при определении интервалов поглощения и повышения скорости подъема расходомера при исследовании перетока пластовых вод. Указанные недостатки являются причиной некоторой растянутости кривых в направлении перемещения прибора в интервалах поглощения и перетока пластовых вод, а также создают сложность определения наличия каверн и их интервалов без каверномера. Кроме того, очень сложно сопоставлять приемистость интервалов поглощения по кривым расходомера, полученных при исследованиях скважин разного диаметра.

Целью изобретения является повышение точности определения интервалов поглощения и их приемистости, интервалов перетока и его интенсивности, а также определения интервалов каверн.

Указанная цель достигается тем, что в глубинном расходомере, содержащем фонарь, корпус датчика импульсов тока с пружинными контактами, лепестковый прерыватель и крыльчатку, закрепленные на концах валика, фонаpь снабжен центратором потока промывочной жидкости, включающем пружинящие полосы, концы которых шарнирно закреплены на втулках с возможностью свободного перемещения последних по прутковым ребрам фонаря до их упоров, и диафрагму, выполненную из эластичного материала и прикрепляемую к средине пружинящих полос в плоскости вращения крыльчатки, причем диафрагма снабжена центральным отверстием, оконтуренным кольцом, при этом верхний конец валика выполнен игольчатым и упирается в коническое углубление упора, расположенного в полости корпуса датчика импульсов тока, а нижний его конец снабжен коническим углублением, которым он посажен на иглу с возможностью вворачивания ее в резьбовую втулку, расположенную по оси расходомера и соединенную с нижними ребрами жесткости фонаря.

Новым в предлагаемом глубинном расходомере, по сравнению с прототипом, является то, что он снабжен центратором потока промывочной жидкости, включающем пружинящие полосы, концы которых шарнирно закреплены на втулках с возможностью свободного перемещения последних по прутковым ребрам фонаря до их упоров, и диафрагму, выполненную из эластичного материала и прикрепленную к средине пружинящих полос в плоскости вращения крыльчатки, обеспечивающем перемещение поднимаемого расходомера в центре ствола скважины и концентрацию встречного потока жидкости в радиусе вращения крыльчатки, расположенной в центральном отверстии диафрагмы, диаметр которого постоянен для скважин различного диаметра, что при полных поглощениях промывочной жидкости в различных скважинах позволяет производить их долив с одинаковой производительностью, повышающей качество сравнительного анализа интенсивности поглощения, приведенной к одному погонному метру. Верхний конец валика выполнен игольчатым, упирающимся в коническое углубление упора, расположенного в полости корпуса датчика импульсов ток, а нижний его конец снабжен коническим углублением, которым он посажен на углу с возможностью ввинчивания ее в резьбовую втулку, расположенную по оси расходомера и соединенную с нижними ребрами жесткости фонаря, что обеспечивает свободное и стабильное вращение крыльчатки, закрепленной на нижнем конце валика, а следовательно, позволяет сократить скорость подъема расходомера и тем самым повысить точность определения интервала поглощения промывочной жидкости, притока пластовых вод в скважину и каверн.

Таким образом, заявляемый глубинный расходомер, спускаемый в скважину на каротажном кабеле, соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях техники, не позволило выявить решений, содержащих выявленные отличительные от прототипа признаки. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия". В то же время предлагаемое техническое решение характеризуется совокупностью существенных признаков, позволяющих получить положительный эффект, заключающийся в повышении точности определения интервалов поглощения промывочной жидкости и их приемистости, интервалов и интенсивности притока из них пластовых вод к скважину и в возможности определения интервалов каверн, а также в возможности сопоставления приведенной приемистости интервалов поглощения, определенной в скважинах разного диаметра.

На фиг. 1 представлен предлагаемый глубинный расходомер, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б--Б на фиг.1; на фиг. 4 даны теоретические кривые записи глубинного расходомера: а) фоновая кривая, б) интервалы каверн, в) положительный переток - сверху-вниз, г) отрицательный переток - снизу-вверх, д) кривая интервалов поглощения и их приемистости.

Глубинный расходомер включает следующие основные узлы: фонарь, датчик импульсов тока, узел размыкания электрической цепи и центратор потока промывочной жидкости. Фонарь представлен прутковыми ребрами 1, снабженными упорами 2 и соединенными с ребрами жесткости 3 и обоймами 4. Нижние ребра жесткости 3 соединены с расположенной по оси расходомера резьбовой втулкой 5 с ввертываемой в нее иглой 6, а верхние ребра жесткости 3 соединены с датчиком импульсов тока, состоящем из корпуса 7, внутри которого размещен изолятор 8 с двумя пружинными контактами 9 по его краям и упором 10 в центре. В верхнюю часть корпуса 7 ввернута крышка 11 с центральным отверстием, в которое вставлен эластичный герметизатор 12, сжимаемый вворачиваемой пробкой 13. Герметизатор 12 и пробка 13 имеют центральные отверстия для пропуска отводов 14 кабеля 15, соединенных с пружинными контактами 9. Узел размыкания электрической цепи содержит валик 16, верхний конец которого игольчатый, а нижний имеет коническое углубление, крыльчатку 17, закрепленную на нижнем конце валика 16, и лепестковый прерыватель 18, размещенный в полости корпуса 7 и навинченный на игольчатый конец валика 16, проходящего в полость корпуса 7 через его нижнее осевое отверстие. Причем валик 16 игольчатым концом упирается в коническое углубление упора 10, а нижний его конец посажен коническим углублением на иглу 6. Центратор потока промывочной жидкости включает пружинящие полосы 19, концы которых шарнирно соединены с втулками 20 с возможностью свободного перемещения последних по прутковым ребрам 1 до их упоров 2, и диафрагму 21, выполненную из эластичного материала и прикрепленную к средине (по длине) пружинящих полос 19 в плоскости вращения крыльчатки 17, причем диафрагма 21 имеет отверстие в ее центре оконтуренное кольцом 222 и предназначенное для прохода промывочной жидкости скважины при спуске и подъеме глубинного расходомера.

Глубинный расходомер работает следующим образом.

Перед спуском глубинного расходомера в скважину полость корпуса 7 заполняет жидким машинным маслом, нагнетаемым через пресс-масленку (не показана), ввернутую в крышку 11. После чего глубинный расходомер спускают в скважину до забоя, затем производят его подъем с постоянной скоростью (250-350 м/час). При подъеме прибора крыльчатка 17, вращаясь под действием встречного потока, приводит во вращение лепестковый прерыватель 18, который периодически касаясь своими лепестками пружинных контактов 9, размыкает электрическую цепь и создает в ней импульсы тока, частота которых пропорциональна интенсивности вращения крыльчатки 17, зависящей от производительности проходящего через нее потока. Чем интенсивнее вращение крыльчатки 17, тем сильнее будет горизонтальное отклонение кривой от нулевого ее значения. Вследствие того, что наружный диаметр центратора потока промывочной жидкости изменяется от минимального до максимального диаметра устойчивых участков открытого ствола скважины (исключая каверны), то весь поток жидкости будет проходить через центральное отверстие диафрагмы 12, а следовательно и крыльчатки 17. Изменение наружного диаметра центратора потока промывочной жидкости происходит по причине сжатия пружинящих полос 19 стенками скважины от максимального их раскрытия до минимальной его величины. В процессе спуска прибора при сжатии пружинящих полос 19 верхние их концы перемещаются вверх вместе с шарнирно соединенными с ними втулками 20, свободно перемещающимися по прутковым ребрам 1 вверх от верхних упоров 2, а при подъеме прибора нижние концы пружинящих полос 19 перемещаются вниз с шарнирно соединенными с ними втулками 20, свободно перемещающимися по прутковым ребрам 1 от нижних упоров 2. Величина таких перемещений концов пружинящих полос 19 незначительна, так как изменения диаметра ствола в устойчивых отложениях (исключая каверны) невелики. При первом подъеме глубинного расходомера производимом без долива скважины, а также при отсутствии перетока пластовых вод и каверн получим фоновую кривую, отклоненную от нулевой линии 0-0 в исследуемом интервале на постоянную величину (фиг. 4а), а при наличии каверн в их интервале наружные края диафрагмы 21 не будут касаться стенок каверн и часть встречного потока, проходящего через центральное отверстие диафрагмы 21, переместится в кольцевое пространство, расположенное между наружными краями диафрагмы 21 и стенками каверны, в результате фоновая кривая отклонится в горизонтальном направлении к нулевой линии, причем чем больше диаметр каверны, тем больше это отклонение (фиг. 4б), что на основании совместной статистической обработки кривых кавернограмм и глубинного расходомера позволит отработать методику приближенного определения диаметра каверн по кривым расходомера. При отсутствии каверн и наличии перетока пластовых вод по стволу скважины сверху вниз (+q) положительный переток) кривая в интервале перетока отклонится в горизонтальном направлении от нулевой линии на большую величину, чем фоновая кривая (фиг. 4в), а при перетоке снизу-вверх (-q отрицательный переток) кривая в интервале перетока отклонится в горизонтальном направлении к нулевой линии (фиг. 4г). В обоих случаях направления перетока пластовых вод и величина отклонения кривой соответствует интенсивности перетока. Затем производится долив скважины с постоянной производительностью и повторный спуск глубинного расходомера до забоя. Подъем прибора производят после установления динамического уровня в скважине с прежней постоянной скоростью. При прохождении интервалов поглощения кривая отклонится от нулевой линии в горизонтальном направлении на большую величину, чем фоновая кривая, причем чем больше приемистость поглощающего интервала, тем больше это отклонение (фиг. 4д). Поэтому при доливе скважины максимальное отклонение кривой от фоновой происходит в кровле верхнего интервала поглощения (фиг. 4д).

Преимуществом предлагаемого глубинного расходомера перед противопоставляемыми является более точное определение интервалов поглощения и их приемистости, интервалов перетока пластовых вод по стволу скважины, его направление и интенсивность перетока, а также впервые обеспечивает возможность определения интервалов каверн и приближенный их диаметр. Результаты исследований позволяют применять оптимальную технологию вскрытия зон поглощения на конкретной площади и в каждом случае применять наиболее эффективные тампонирующие материалы и способы доставки их в зону поглощения, все это позволит значительно сократить затраты на ликвидацию поглощений промывочной жидкости.

Использование: при исследовании зон поглощения и гидродинамики перетока пластовых вод по стволу скважины. Сущность изобретения: глубинный расходомер снабжен центратором потока промывочной жидкости, обеспечивающим полное перекрытие ствола в устойчивых отложениях, кроме каверн, и включающим пружинящие полосы 19, концы которых шарнирно закреплены на втулках 2, которые свободно перемещаются по прутковым ребрам 1 до их упоров 2, и диаграму 21, выполненную из эластичного материала с центральным отверстием, оконтуренным кольцом, и прикрепляемую к середине пружинящих полос 19 в полости вращения крыльчатки 17. Верхний конец валика 16 выполнен игольчатым, упирающимся в коническое углубление упора 10, а нижний конец, на котором закреплена крыльчатка 17, имеет коническое углубление, которым валик 16 посажен на иглу 6, что обеспечивает свободное и стабильное вращение крыльчатки. 4 ил.

ГЛУБИННЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий фонарь с прутковыми ребрами и ребрами жесткости, корпус датчика импульсов тока с пружинными контактами, лепестковый прерыватель, крыльчатку, валик на верхнем конце которого установлен лепестковый прерыватель, а на нижнем - крыльчатка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения интервалов поглощения и их приемистости, интервалов перетока и их интенсивности, а также определения интервалов каверн, он снабжен центратором потока промывочной жидкости, втулками одна из которых выполнена с резьбой, упорами, один из которых выполнен с коническим углублением, иглой, при этом центратор потока промывочной жидкости выполнен в виде пружинящих полос, шарнирно закрепленных на втулках, размещенных на прутковых ребрах фонаря с возможностью свободного перемещения по ним до установленных на этих ребрах упоров и диафрагмы с ограничивающим кольцом, выполненной из эластичного материала с отверстием в центре и закрепленной наружным краем к середине пружинящих полос, с их внутренней стороны, а ограничивающее кольцо закреплено на внутреннем крае диафрагмы, верхний конец валика выполнен игольчатым и уперт в коническое углубление упора, расположенного в полости корпуса датчика импульсов тока, а нижний конец валика выполнен с коническим углублением, которым он посажен на иглу с возможностью вворачивания ее в резьбовую втулку, расположенную на оси прибора и соединенную с нижними ребрами жесткости фонаря.