ПРИБОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01V3/28 

Описание патента на изобретение RU2231091C1

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах, а именно к приборам электромагнитного каротажа в процессе бурения, и может быть использовано для измерения электрических характеристик горных пород, находящихся вокруг скважин, бурящихся на нефть и газ.

В процессе строительства скважин в настоящее время существует практика получения информации, касающейся пород, через которые бурится скважина, путем использования приборов каротажа в процессе бурения, известных за рубежом как LWD системы.

Обычно приборы электромагнитного каротажа во время бурения включают корпус, который является частью буровой колонны, передающие (генераторные) и приемные катушки, закрепленные на корпусе. Электромагнитные волны распространяются от передающей катушки в горные породы, окружающие скважину, и принимаются после прохождения приемными катушками. Принятые сигналы используются для расчетов электрического сопротивления окружающих скважину пород.

Применение приборов электромагнитного каротажа в процессе бурения осложнено жесткими условиями эксплуатации связанными с процессом бурения скважины (высокая температура, давление, абразивное воздействие стенок скважины, механические нагрузки).

Для обеспечения механической прочности требуется, чтобы каротажный прибор был интегрирован в бурильную трубу из стали или иного прочного материала. Электронная часть прибора должна быть стабильна при воздействии ударов, вибрации, высоких температур и быть надежно защищена от воздействия высокого давления в среде бурового раствора. Как правило, электронные узлы размещены в герметичном, цилиндрическом, стальном корпусе, расположенном по оси бурильной трубы, а генераторные и приемные катушки закреплены на поверхности бурильной трубы и защищены специальными накладками из пластика (см. например патент US 5402068, G 01 V 3/30, опубл. 1995 г.).

Подобные конструкции обладают высокой механической прочностью, но имеют и существенный недостаток - внутри генераторной и приемных катушек размещена металлическая труба. Несущая металлическая труба представляет собой короткозамкнутый виток, расположенный в непосредственной близости от генераторной и приемной катушек, что существенно уменьшает амплитуду принятого электромагнитного сигнала, используемого при измерениях и, как следствие, снижает чувствительность и точность измерений.

Известен прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения по патенту US 6084052, Е 21 В 47/01, опубл. 1999 г, в котором передающие (генераторные) и приемные катушки размещены в нижней части буровой колонны на внешней стороне металлической бурильной трубы в специальных камерах и полностью закрыты монолитным наружным кожухом, изготовленным из высокопрочного композита на основе полиарилэфиркетона. Кожух является радиопрозрачным, окружает трубу и защищает катушки от буровой жидкости, катушки могут быть запрессованы в стенку композитного кожуха. При этом достигается высокая степень защиты катушек, но сохраняется недостаток, вызванный наличием стальной трубы (уменьшение амплитуды принятого электромагнитного сигнала, используемого при измерениях, и уменьшение чувствительности и точности измерений). Кроме того, данная конструкция имеет низкую ремонтопригодность, так как катушки запрессованы в кожух из термопластика.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является техническое решение по патенту US 5944124, G 01 V 3/18, опубл. 1999 и патенту US 5988300, G 01 V 3/18, опубл. 1999, где часть стальной бурильной колонны, предназначенная для размещения каротажных приборов, в процессе бурения замещается участком трубы, выполненным из высокопрочного композиционного материала. Композитный материал представляет собой стеклопластик на основе эпоксидной смолы и стекловолокна, является прозрачным для прохождения электромагнитных волн и достаточно прочным. Соединительные элементы, изготовленные из стали или немагнитных материалов, дают возможность встроить композитную трубу в бурильную колонну. Внутри трубы размещается прибор электромагнитного каротажа.

Недостатком данной конструкции является то, что установленный внутри трубы каротажный прибор препятствует потоку буровой жидкости и создает значительное гидравлическое сопротивление. Поэтому внутри силовой композитной трубы может быть установлен прибор электромагнитного каротажа относительно малого диаметра с генераторными и приемными катушками в несколько раз меньшего размера, чем в приборах, у которых катушки размещены на поверхности металлической трубы как в рассмотренных выше патентах-аналогах. Малые размеры катушек значительно снижают чувствительность прибора, так как магнитное поле, излучаемое генераторной катушкой, и амплитуда сигнала в приемных катушках при прочих равных условиях пропорциональны их площадям.

Целью данного изобретения является повышение чувствительности прибора электромагнитного каротажа в процессе бурения, а также увеличение ресурса и ремонтопригодности.

Поставленная цель является актуальной, так как повышение чувствительности прибора приводит к более точному измерению параметров горных пород, окружающих скважину. Повышение ремонтопригодности имеет значение, поскольку существующие жесткие условия бурения часто приводят к разрушению элементов дорогостоящего прибора, замена которых позволяет увеличить ресурс работы прибора в целом и сэкономить значительные средства.

Поставленная цель достигается тем, что прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения, встраиваемый в колонну бурильных труб и содержащий генераторные и приемные катушки и электронные узлы, закрепленные на корпусе, выполнен в виде конструкции, состоящей из двух коаксиально расположенных композитных труб, наружная силовая труба выполнена съемной и соединена с внутренней трубой двумя герметизирующими соединительными элементами, один из которых выполнен подвижным, генераторные и приемные катушки и электронные узлы размещены в образующейся герметичной кольцевой полости между трубами и закреплены на внутренней трубе.

В предлагаемом приборе электромагнитного каротажа чувствительность повышается за счет изготовления элементов конструкции из радиопрозрачного композитного материала и возможности размещения в герметичной кольцевой полости на внутренней композитной трубе катушек увеличенного диаметра. Выполнение наружной силовой трубы съемной позволяет осуществлять замену наружной трубы по мере ее износа, что продлевает ресурс прибора в целом. Кроме того, разъемная конструкция корпуса прибора обеспечивает ремонтопригодность в отношении электронных узлов, катушек и линий связи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена конструкция прибора электромагнитного каротажа в процессе бурения.

Конструкция прибора включает внутреннюю композитную трубу 1, на которой закреплены генераторные катушки 2, приемные катушки 3 и электронные узлы 4, наружную композитную трубу 7, металлические концевые элементы 6 и 9, герметизирующие соединительные элементы 5 и 8.

В качестве материала для изготовления труб может быть использован композитный материал из термостойкой эпоксидной смолы, армированной высокопрочным стекловолокном.

Прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения работает следующим образом.

При помощи металлических концевых элементов 6 и 9 прибор присоединяется к колонне бурильных труб. Поскольку прибор является составной частью бурильной колонны, он воспринимает все механические нагрузки, в частности вращающий момент гидравлического забойного двигателя, нагрузку на долото и т.п. Основным силовым элементом корпуса, соединяющим концевые элементы 6 и 9, является наружная композитная труба 7, через которую передаются все усилия, связанные с процессом бурения. При этом внутренняя композитная труба 1 служит каналом для пропуска бурового раствора к забойному двигателю или долоту, не создавая при этом гидравлического сопротивления. За счет подвижного соединения 5 внутренняя труба 1 испытывает лишь нагрузки, вызванные давлением жидкости в трубе, и не воспринимает механические нагрузки, сопровождающие процесс бурения. Герметизирующие соединения 5, 8 обеспечивают герметичность внутреннего кольцевого пространства между трубами. Размещенные в герметичном кольцевом пространстве между трубами 1 и 7 генераторные катушки 2, приемные катушки 3 и электронные узлы 4 закреплены на внутренней трубе 1, защищены от абразивного воздействия стенок скважины и не подвергаются агрессивному воздействию бурового раствора. Электромагнитные волны распространяются от генераторных катушек в горные породы, окружающие скважину, и принимаются после прохождения приемными катушками. Известно, что электромагнитное поле, излучаемое генераторной катушкой, пропорционально площади витка катушки и при увеличении диаметра витка ее момент возрастает пропорционально квадрату диаметра витка. Амплитуда сигнала в приемных катушках также возрастает пропорционально квадрату диаметра их витка. Поскольку предлагаемая конструкция прибора позволяет разместить в кольцевом зазоре катушки большого диаметра, это дает возможность увеличить величину электромагнитного сигнала как в генераторных, так и приемных катушках, что приводит к увеличению чувствительности прибора по сравнению с прототипом. При этом композитные радиопрозрачные трубы 1 и 7 не препятствуют прохождению электромагнитных волн и в отличие от металлического корпуса не ослабляют генерируемые и принимаемые сигналы. Принятые приемными катушками 3 сигналы обрабатываются электронными узлами 4 и используются для расчетов электрического сопротивления окружающих скважину пород.

Работа прибора электромагнитного каротажа в процессе бурения в составе буровой колонны осложнена жесткими условиями эксплуатации, связанными с процессом бурения скважины (высокая температура, давление, абразивное воздействие стенок скважины, механические нагрузки). Это приводит к ускоренному износу наружного слоя композитного корпуса. За счет использования разъемной конструкции возможна быстрая замена изношенной наружной трубы 7 непосредственно на месте бурения.

В предлагаемом приборе электромагнитного каротажа чувствительность повышается за счет изготовления элементов конструкции из радиопрозрачного композитного материала и возможности размещения в герметичной кольцевой полости на внутренней композитной трубе катушек увеличенного диаметра. Выполнение наружной силовой трубы съемной позволяет осуществлять замену наружной трубы по мере ее износа, что продлевает ресурс прибора в целом. Кроме того, разъемная конструкция корпуса прибора обеспечивает ремонтопригодность в отношении электронных узлов, катушек и линий связи.

Похожие патенты RU2231091C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ 2011
  • Потапов Александр Петрович
  • Судничников Виталий Григорьевич
  • Чупров Василий Прокопьевич
  • Бельков Алексей Викторович
  • Судничков Андрей Витальевич
RU2466431C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ОТ ЗАБОЙНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Лукьянов Эдуард Евгеньевич
  • Еремин Виктор Николаевич
  • Каюров Константин Николаевич
RU2270919C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА И КАРОТАЖА С ФОРМИРОВАНИЕМ ИЗОБРАЖЕНИЙ 2007
  • Станислав Форганг У.
  • Голд Ранди
  • Фанини Отто Н.
  • Кросскно Майкл С.
RU2447465C2
СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ПАРАЗИТНОГО ВЛИЯНИЯ ПРОВОДЯЩИХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ 2005
  • Итскович Грегори Б.
RU2377607C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАКРОАНИЗОТРОПИИ ГОРНЫХ ПОРОД 2013
  • Эпов Михаил Иванович
  • Еремин Виктор Николаевич
  • Манштейн Александр Константинович
  • Петров Андрей Николаевич
  • Глинских Вячеслав Николаевич
RU2528276C1
КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПРИБОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН МАЛОГО ДИАМЕТРА 2009
  • Беляков Николай Викторович
  • Пестов Анатолий Николаевич
  • Бурсак Александр Васильевич
  • Шкадин Михаил Вениаминович
  • Яконовский Павел Александрович
RU2392644C1
КОМПЛЕКСНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА НА БУРИЛЬНЫХ ТРУБАХ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Королев Владимир Алексеевич
  • Сугак Владимир Михайлович
RU2401944C1
ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА С ВЫБОРОМ ОТВОДОВ 2006
  • Чессер Скотт С.
  • Уорд Ричард Д.
  • Финчи Булент
  • Давыдычев Андрей И.
  • Вандермеер Вилльям Б.
  • Ханка Джон Ф.
RU2395104C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОРОИДАЛЬНЫХ КАТУШЕК 2015
  • Эпов Михаил Иванович
  • Еремин Виктор Николаевич
  • Петров Андрей Николаевич
  • Глинских Вячеслав Николаевич
  • Суродина Ирина Владимировна
  • Киселёв Владимир Викторович
  • Никитенко Марина Николаевна
RU2578774C1
КОМПЛЕКСНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ 2015
  • Денисов Владимир Искандерович
  • Разумов Илья Александрович
  • Сергеев Олег Николаевич
  • Макушев Владимир Ильич
  • Ефимова Елена Андреевна
  • Котенков Юрий Алексеевич
  • Шкадин Михаил Вениаминович
RU2595278C1

Реферат патента 2004 года ПРИБОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Использование: для измерения электрических характеристик горных пород, находящихся вокруг скважин, бурящихся на нефть и газ. Технический результат: повышение чувствительности, увеличение ресурса и ремонтопригодности. Сущность изобретения: прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения, встраиваемый в колонну бурильных труб, содержит генераторные и приемные катушки и электронные узлы. Прибор выполнен в виде конструкции, состоящей из двух коаксиально расположенных композитных радиопрозрачных труб. Наружная силовая труба выполнена съемной и соединена с внутренней трубой двумя герметизирующими соединительными элементами, один из которых выполнен подвижным. Генераторные и приемные катушки и электронные узлы размещены в образующейся герметичной кольцевой полости между трубами и закреплены на внутренней трубе. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 231 091 C1

Прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения, встраиваемый в колонну бурильных труб и содержащий генераторные и приемные катушки и электронные узлы, отличающийся тем, что выполнен в виде конструкции, состоящей из двух коаксиально расположенных композитных радиопрозрачных труб, наружная силовая труба выполнена съемной и соединена с внутренней трубой двумя герметизирующими соединительными элементами, один из которых выполнен подвижным, генераторные и приемные катушки и электронные узлы размещены в образующейся герметичной кольцевой полости между трубами и закреплены на внутренней трубе.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2231091C1

СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2000
  • Григашкин Г.А.
  • Стеблев Ю.И.
  • Кульчицкий В.В.
  • Скоробогатов Е.Г.
RU2199008C2
СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТЛЖЛ 0
SU347716A1
US 5944124 A, 31.08.1999
US 5988300 A, 23.11.1999
Манипулятор для извлечения отливок из пресс-формы машины литья под давлением 1978
  • Лавентман Вильям Ефимович
  • Думай Михаил Леонидович
  • Кепин Павел Тимофеевич
  • Рывкис Яков Михайлович
  • Антонов Владимир Александрович
  • Навроцкий Николай Викторович
SU704717A1

RU 2 231 091 C1

Авторы

Еремин В.Н.

Каюров К.Н.

Даты

2004-06-20Публикация

2003-04-15Подача