ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЛУБИННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН Российский патент 2001 года по МПК G01V3/18 E21B47/12 

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для контроля глубинных параметров в процессе эксплуатации скважин и передачи регистрируемых параметров на поверхность.

Известны телеизмерительные устройства для измерения глубинных параметров процесса эксплуатации скважин и их передачи на поверхность по кабелю электронасоса (см. Ю.В.Грачев, В.П. Варламов "Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации", М., Недра, 1968, с. 286-310). Известны также приборы дистанционного контроля в фонтанных и глубинно-насосных скважинах (там же, с. 311-316), спускаемые на тросе-кабеле через специальное лубрикаторное устройство на устье скважины. В первом случае телеизмерительные устройства можно применять только в скважинах, оборудованных электроцентробежными насосами с установкой измерительных датчиков в непосредственной близости от ЭЦН. Во втором требуется применение специального бронированного кабеля. Общим недостатком известных устройств является наличие кабеля, усложняющего исследования скважин и процесс их эксплуатации.

Наиболее близкой по технической сущности является телеметрическая система, включающая корпус, блок питания, измерительные и передающие модули и электрический разделитель в виде отдельного переводника (см., например, патент RU 2105880, МКИ 6 E 21 В 47/12, опубл. 1998). Каналом связи для передачи глубинных параметров на дневную поверхность служат электромагнитные волны, излучаемые телеметрической системой по горной породе. Однако эта телеметрическая система не позволяет исследовать эксплуатационную скважину, так как эксплуатационная колонна экранирует распространение электромагнитных волн по горной породе.

Предлагаемое изобретение позволит измерять в эксплуатационной колонне и передавать на дневную поверхность информацию по электромагнитному каналу связи.

Поставленная задача решается описываемой телеметрической системой, включающей корпус, блок питания, измерительные и передающие модули и электрический разделитель в виде отдельного переводника.

Новым является то, что в месте планируемых исследований глубинных параметров скважины между обсадными трубами эксплуатационной колонны устанавливается электрический разделитель со стопорным кольцом в нижней части, а блок питания, измерительные и передающие модули помещены в корпусе диаметром d меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, определяемым соотношением

где D - внутренний диаметр эксплуатационной колонны;
d_нкт - внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, предназначенных для добычи углеводородов,
в верхней части корпуса установлен овершот для доставки или извлечения корпуса телеметрической системы, вверху и внизу - по упругому центратору для центрирования корпуса и обеспечения контакта для электрической связи скважинного диполя телеметрической системы со стенками эксплуатационной колонны. В наклонно направленной или горизонтальной скважине наибольшая длина корпуса определяется соотношением

где R - минимальный радиус искривления эксплуатационной колонны;
h - высота лопасти упругого центратора в сжатом состоянии.

Кроме того, в эксплуатационной колонне устанавливают не менее двух электрических разделителей, причем процесс исследований начинают с верхнего разделителя, где после перемещения корпуса на нижний разделитель остается подвижная втулка, обеспечивающая электрическую связь с верхней частью эксплуатационной колонны.

Представленные чертежи поясняют суть предложения, где на фиг. 1 изображена предлагаемая телеметрическая система при работе в эксплуатационной колонне в процессе эксплуатации скважины; на фиг. 2 и фиг. 3 - положение телеметрической системы при последовательном исследовании нескольких объектов эксплуатационной скважины; на фиг. 4 - положение телеметрической системы в максимально искривленном интервале эксплуатационной колонны.

Телеметрическая система состоит из корпуса 1 с блоком питания, измерительными и передающим модулями (на фиг. не показаны) и электрических разделителей 2 и 3, обсадной трубы 13 с нижним электрическим разделителем 3 и стопорным кольцом 21, обсадной трубы 4 с навернутым верхним электрическим разделителем 2 и стопорным кольцом 21 в составе эксплуатационной колонны 6. После спуска, цементирования и перфорации эксплуатационной колонны 6 в скважину опускается корпус 1 телеметрической системы, его наружный диаметр d меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны 6 и должен быть не более

где d - внутренний диаметр эксплуатационной колонны;
d_нкт - внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, предназначенных для добычи углеводородов.

Таким образом обеспечивается большее проходное сечение в месте установки корпуса 1 телеметрической системы, чем в насосно-компрессорных трубах (НКТ) для извлечения углеводородов на поверхность. Например, в спущенных трубах эксплуатационной колонны диаметром 168 мм с внутренним диаметром 148 мм и НКТ диаметром 73 мм с внутренним диаметром 62 мм максимальный диаметр корпуса телеметрической системы должен быть не более 134 мм. В верхней части корпуса 1 установлен овершот 7 для доставки или извлечения скважинного прибора, вверху и внизу - упругие центраторы 8 и 9 для центрирования скважинного прибора и обеспечения контакта для электрической связи скважинного диполя телеметрической системы, состоящего из двух электрически разъединенных элементов эксплуатационной колонны 10 и 11, со стенками эксплуатационной колонны. Напряжение от модуля передающего устройства в точках А и Б передается на элементы 10 и 11 внешнего излучающего диполя и далее в горную породу. Наземное оборудование 12 обеспечивает прием и выдачу информации о глубинных параметрах.

На фиг. 2 и фиг. 3 показано положение телеметрической системы при последовательном исследовании нескольких объектов эксплуатационной скважины. Из фиг. 2 и 3 видно, что в эксплуатационной колонне установлено два электрических разделителя, верхний 2 и нижний 3. После проведения плановых исследований в интервале разделителя 2 корпус 1 выходит из внешней втулки 20, застопоренной стопорным кольцом 5, и перемещается, например при помощи НКТ к нижнему разделителю 3, обеспечивая контакт упругих центраторов 22 и 23 внутренней втулки 24 со стенками эксплуатационной колонны 6.

На фиг. 4 изображено положение телеметрической системы в максимально искривленном интервале эксплуатационной колонны, наклонно направленной и/или горизонтальной скважине. Изгибающие нагрузки воспринимают упругие элементы центраторов 8 и 9. Для исключения деформации корпуса телеметрической системы и расположенных в нем модулей под действием изгибающих нагрузок длина корпуса скважинного прибора должна быть не более

где R - минимальный радиус искривления эксплуатационной колонны;
h - высота лопасти упругого центратора в сжатом состоянии.

Например, при условиях предыдущего примера, R = 114,6 м и h = 0,01 м длина корпуса скважинного прибора должна быть не более

Сборка телеметрической системы осуществляется следующим образом. По результатам стандартного комплекса геофизических исследований в открытом стволе законченной бурением скважины 16 определяют интервалы установки электрических разделителей 2 и 3. На обсадную трубу 13 со стопорным кольцом 21 наворачивают электрический разделитель 3. Обсадная труба 13 в составе эксплуатационной колонны 6 спускается в скважину и при спуске эксплуатационной колонны на длину, равную длине интервала между исследуемыми объектами 14 и 15, на обсадную трубу 10 со стопорным кольцом 5 наворачивают второй электрический разделитель 2. Далее электрические разделители 2 и 3 в составе эксплуатационной колонны 6 спускаются в скважину 16 и при достижении проектной глубины устанавливаются в интервалах планируемых исследований глубинных параметров скважины 14 и 15. После спуска, цементирования и перфорации эксплуатационной колонны 6 и оборудования устья 17 в эксплуатационную колонну 6 на НКТ 18 спускается корпус 1 телеметрической системы с блоком питания, измерительными и передающим модулями.

Телеметрическая система работает следующим образом.

После установки корпуса 1 на стопорное кольцо 5 одним из известных способов, например при помощи таймера, включается в работу блок питания, обеспечивающий энергией модули телеметрической системы и передачу сигнала по электромагнитному каналу связи 19 на поверхность к приемнику 12. После проведения плановых исследований в интервале разделителя 2 при помощи НКТ 18 корпус 1 выходит из внешней втулки 20, застопоренной стопорным кольцом 5 и перемещается к нижнему разделителю 3 для обеспечения контакта упругих центраторов 22 и 23 внутренней втулки 24 со стенками верхних 10 и 11 и нижней 13 секций обсадных труб эксплуатационной колонны 6.

Преимущества предложенной телеметрической системы вытекают из конструктивных особенностей ее компоновки, т.е. расположения электрических разделителей в составе эксплуатационной колонны. Наличие не менее двух электрических разделителей и подвижных втулок, обеспечивающих электрическую связь с верхней частью эксплуатационной колонны, позволяют последовательно осуществлять исследования нескольких объектов.

Использование: для контроля глубинных параметров в процессе эксплуатации скважин и передачи регистрируемых параметров на поверхность. Сущность: телеметрическая система включает корпус, блок питания, измерительные и передающие модули и электрический разделитель в виде отдельного переводника, устанавливаемого со стопорным кольцом в нижней части в месте планируемых исследований глубинных параметров скважины между обсадными трубами эксплуатационной колонны. Блок питания, измерительные и передающие модули помещены в корпусе телеметрической системы диаметром меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, определяемым заданным соотношением. В верхней части корпуса установлен овершот для доставки или извлечения корпуса телеметрической системы, вверху и внизу - по упругому центратору для центрирования скважинного прибора и обеспечения контакта для электрической связи скважинного диполя телеметрической системы со стенками эксплуатационной колонны. В эксплуатационной колонне устанавливают не менее двух электрических разделителей, причем процесс исследований начинают с верхнего разделителя, где после перемещения корпуса телеметрической системы на нижний разделитель остается подвижная втулка, обеспечивающая электрическую связь с верхней частью эксплуатационной колонны. Технический результат: возможность исследования нескольких объектов последовательно. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Телеметрическая система, включающая корпус, блок питания, измерительные и передающие модули, и электрический разделитель в виде отдельного переводника, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электрический разделитель со стопорным кольцом в нижней части, установленный в месте исследований глубинных параметров скважины между обсадными трубами эксплуатационной колонны, а диаметр корпуса телеметрической системы меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и определяется соотношением

где D - внутренний диаметр эксплуатационной колонны;
d_нкт - внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, предназначенных для добычи углеводородов,
в верхней части корпуса установлен овершот для доставки или извлечения корпуса телеметрической системы, вверху и внизу - упругие центраторы для центрирования скважинного прибора и обеспечения электрической связи скважинного диполя телеметрической системы со стенками эксплуатационной колонны. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит не менее двух электрических разделителей, установленных в эксплуатационной колонне, и втулки между корпусом телеметрической системы и разделителем для обеспечения электрической связи с верхней частью эксплуатационной колонны при спуске корпуса телеметрической системы на нижний разделитель.