СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ С КОНТРОЛЕМ КАЛИБРОВКИ ПРИ СРАБАТЫВАНИИ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНЫХ АППАРАТОВ И АВТОНОМНЫЙ РЕГИСТРАТОР ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК E21B47/06 E21B43/25 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может применяться для регистрации давления в скважине при проведении прострелочно-взрывных работ, в особенности при воздействии на пласт различными генераторами давления с целью интенсификации притоков в нефтегазодобывающих скважинах, а также для регистрации факта и полноты срабатывания кумулятивных перфораторов, применяемых для вскрытия пласта.

Регистрация изменения давления в скважине во времени позволяет получить важную информацию о факте срабатывания прострелочно-взрывного аппарата (ПВА), о времени воздействия на пласт, о разрыве пласта при проведении работ с целью интенсификации притоков, осуществлять надежный контроль за работой ПВА и принимать оперативно решение о проведении дальнейших операций. Эффективность проведения прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах можно существенно повысить при постоянном контроле параметров протекающих в скважине процессов, в особенности давления, а также повысить безопасность работ.

Известен способ газогидравлического воздействия на пласт [1], в котором при быстропротекающих процессах горения регистрируют характеристики режима работы заряда с помощью электронного блока, который электрически соединен с каротажным кабелем и запускается подачей электрического тока по кабелю одновременно с узлом воспламенения заряда.

Недостатком этого способа является невозможность использования его с различными типами ПВА. При интенсификации притоков с применением генераторов давления, жидких горюче-окислительных составов или при применении кумулятивных перфораторов для вскрытия пласта необходимо электронный блок располагать на разных расстояниях от аппарата, которые отличаются на порядок, из-за возможного высокотемпературного воздействия. Времена горения зарядов в различных аппаратах также значительно отличаются и для детальной регистрации быстропротекающего процесса необходимо обеспечить различные скорости записи, которые отличаются на несколько порядков и определяются скоростями термохимического разложения различных топлив и взрывчатых веществ. В данном способе эта возможность отсутствует. Кроме того, при срабатывании ПВА электронный блок подвергается ударным нагрузкам, поэтому необходим оперативный дополнительный контроль его работоспособности в скважинных условиях после каждой проведенной операции, что также не обеспечивается этим способом.

Способ [1] не предназначен для измерения давления в скважине при срабатывании ПВА различных типов при оперативном контроле работоспособности электронного блока в скважинных условиях и по мнению авторов предлагаемое изобретение не имеет аналога.

Задачей настоящего изобретения, относящегося к способу, является обеспечение надежности и точности регистрации быстропротекающего процесса изменения давления в скважине при срабатывании прострелочно-взрывных аппаратов различных типов с оперативным контролем калибровки датчика давления в скважинных условиях.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает программирование режимов работы автономного регистратора давления на различные скорости записи информации в электронную память для регистрации срабатывания ПВА по порогу давления или в заданное время, установку на одном геофизическом кабеле автономного регистратора давления и ПВА, причем расстояние между ними выбирают расчетным путем в зависимости от типа ПВА и массы топлива или заряда взрывчатого вещества в нем, спуск в скважину на геофизическом кабеле в интервал воздействия автономного регистратора давления и ПВА, подачу сигнала на срабатывание ПВА, подъем и извлечение автономного регистратора давления из скважины и обработку записанной информации на компьютере с помощью системного программного обеспечения, при этом для оперативной калибровки датчика давления производят остановку в запланированных точках при спуске и подъеме для записи гидростатического давления, а после обработки записанной информации на компьютере сравнивают записанные значения гидростатического давления между собой и с расчетными значениями гидростатического давления в точках остановки.

При скорости записи быстропротекающего процесса 500-1000 измерений в секунду можно с высоким качеством регистрировать срабатывание генераторов давления различных типов, а при скорости записи 10000 измерений в секунду и более можно регистрировать факт и полноту срабатывания кумулятивных перфораторов или аппаратов с двумя модулями - перфораторным и газогенераторным. Это следует из того, что процесс горения зарядов твердого топлива в скважине происходит за доли секунды, а детонация кумулятивных зарядов - за десятки микросекунд.

При срабатывании ПВА в скважине создается область, занятая продуктами горения топлива, где максимальная температура достигает величин 1500-3000°С (температура горения различных топливных композиций). Верхняя граница этой высокотемпературной области перемещается вверх по скважине на несколько десятков и сотни метров. Нижняя граница газовой области остается неподвижной или перемещается вниз на несколько метров (а при применении жидких горюче-окислительных составов перемещается до забоя) в зависимости от массы сгоревшего топлива и места установки ПВА в скважине. Температура в этой области постепенно убывает по времени от максимальной до нескольких десятков градусов через 1-2 часа.

В случае установки автономного регистратора давления в непосредственной близости от ПВА возникает опасность высокотемпературного (более 200°С) воздействия продуктов горения и выхода автономного регистратора давления из строя, а при большом удалении от него записанное давление может заметно отличаться от давления в интервале обработки. В связи с этим автономный регистратор давления целесообразно устанавливать на минимально возможном безопасном расстоянии от прострелочно-взрывного аппарата. Это расстояние определяют для каждой операции расчетным путем по результатам математического моделирования в зависимости от массы топлива или зарядов взрывчатого вещества. Например, для генераторов давления, в составе которого используется твердое топливо, это расстояние находится в пределах 30-100 м, при использовании таких генераторов в среде жидких горюче-окислительных составов 100-150 м, а для кумулятивных перфораторов - не более 30 м.

При срабатывании прострелочно-взрывных аппаратов в скважине возникают большие ударные перегрузки - около 2000 (при максимальном значении давления 100 МПа и диаметре регистратора 50 мм), которые могут повредить электронный блок и вывести из строя автономный регистратор давления. Проверку работоспособности таких измерительных систем и повторную калибровку проводят только в стационарных лабораторных условиях. Поэтому необходим оперативный контроль калибровки непосредственно после каждой операции для определения достоверности записанной информации. Для этого согласно предложенному способу при спуске автономного регистратора давления в скважину и подъеме его после срабатывания ПВА осуществляют остановку, например, в течение 20-40 секунд, в запланированных точках для получения "полки" давления. Запланированные точки могут быть равномерно распределены по скважине. Измеренные гидростатические давления в точках остановки после обработки сравнивают между собой и с расчетными значениями и делают заключение о работоспособности регистратора и точности всей записанной информации при осуществлении технологического процесса в скважине.

Предложенный способ позволяет исключить нежелательное высокотемпературное воздействие на автономный регистратор давления при срабатывании ПВА и осуществить оперативный контроль калибровки датчика давления.

Известное устройство [2] содержит автономный электронный блок, электрически не соединенный с кабелем, включающий автономное питание и автономное запоминающее устройство, заключенный в контейнер, который закреплен в непосредственной близости от прострелочно-взрывного аппарата.

Недостатком этого устройства является расположение его в непосредственной близости от аппарата, поэтому устройство будет подвержено высокотемпературному воздействию продуктов горения при применении его в операциях по интенсификации притоков с использованием твердотопливных генераторов давления. Другим недостатком является невозможность оперативного контроля работоспособности электронного блока после каждой операции в скважинных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к устройству автономного регистратора давления, является баростойкий модуль для исследования термогазодинамических характеристик скважины в процессе прострелочно-взрывных работ [3], содержащий ударопрочный кожух, размещенные в нем датчики давления, температуры и электронный блок, включающий флэш-память и таймер для управления режимами работы, в том числе режимом регистрации давления при быстропротекающем процессе горения зарядов, разъем для подключения к компьютеру соединительным кабелем и батареи питания.

В этом источнике указана возможность спуска автономного регистратора давления в скважину на кабеле, скребковой проволоке и на трубах, а конструктивно он выполнен в виде переходника между кабельным наконечником и перфоратором. Такая конструкция не позволяет фиксировать автономный регистратор давления на указанных выше различных расстояниях от ПВА.

Целью изобретения, относящегося к устройству автономного регистратора давления для осуществления указанного выше способа, является надежная и быстрая фиксация автономного регистратора давления на кабеле на любом заданном расстоянии от прострелочно-взрывного аппарата при проведении спуско-подъемных операций.

Указанная цель достигается тем, что в автономном регистраторе давления, содержащем размещенные в ударопрочном кожухе датчики давления, температуры и электронный блок, включающий флэш-память и таймер для управления режимами работы, разъем для подключения к компьютеру соединительным кабелем и батареи питания, ударопрочный кожух выполнен с внутренними резьбами на обоих концах под две металлические заглушки, которые имеют наружные резьбы и уплотнительные кольца для герметизации кожуха, внутри ударопрочного кожуха размещено шасси, на котором закреплен электронный блок, а один конец шасси жестко соединен с одной из заглушек, имеющей канал гидравлической связи со скважиной, причем каждая заглушка имеет равный с кожухом диаметр и продольный вырез с пазом для кабеля и отверстия под крепежные элементы, а автономный регистратор давления фиксируется на кабеле прижимными накладными элементами, вставленными в продольные вырезы заглушек и имеющими симметрично с ними отверстия с резьбами под крепежные элементы и пазы для кабеля, проходящего по наружной боковой поверхности кожуха.

Отличительными признаками предлагаемого автономного регистратора давления от указанного выше известного устройства являются крепление электронного блока на шасси, один конец которого жестко соединен с одной из заглушек, имеющей канал гидравлической связи со скважиной, герметизация ударопрочного кожуха с размещенным внутри него шасси двумя металлическими заглушками с помощью резьбового соединения и уплотнительных резиновых колец, а также возможность фиксации автономного регистратора давления к кабелю с помощью прижимных накладных элементов, вставленными в продольные вырезы заглушек и имеющими симметрично с ними отверстия с резьбами под крепежные элементы и пазы для геофизического кабеля, проходящего по наружной боковой поверхности кожуха.

Предложенная конструкция автономного регистратора давления позволяет быстро и надежно зафиксировать его на кабеле на любом заданном расстоянии от ПВА, не нарушая технологический режим при проведении спуско-подъемных операций.

На фиг.1 показан автономный регистратор давления, закрепленный на геофизическом кабеле, на фиг.2 - шасси с заглушкой, на фиг.3 - прижимной накладной элемент.

Автономный регистратор давления содержит ударопрочный цилиндрический кожух 1, размещенные в нем шасси 6 с заглушкой 2, заглушку 3 и прижимные накладные элементы 4 для фиксации регистратора на геофизическом кабеле 5, проходящем по наружной боковой поверхности кожуха. Обе заглушки соединяются с кожухом с помощью резьбового соединения и снабжены резиновыми кольцами 11 для герметизации кожуха.

Корытообразное шасси 6 жестко соединяется с заглушкой 2, имеющей гидравлический канал 10 связи со скважиной. На шасси установлены батареи питания 7, электронный блок 8, датчики давления и температуры 9.

Каждая из заглушек 2 и 3 имеет продольный вырез с пазом 12 для кабеля и отверстия 13 под крепежные элементы (болты). Прижимные накладные элементы 4 имеют, симметрично с заглушками, отверстия 14 с резьбами для крепежных элементов (болтов) и пазы 15 для кабеля.

Пример. Требуется провести измерение давления в скважине при обработке продуктивного пласта в интервале 2900 - 2905 м с плотностью перфорации 24 отв/м генератором ПГД.БК-100М в скважине глубиной 3000 м.

1. Программируют автономный регистратор давления со следующими режимами работы:

- задержка включения автономного регистратора давления в режим измерений в течение 30 минут на время проведения подготовительных

операции до спуска;

- запись давления и температуры с малой скоростью - 1 измерение в секунду в течение 1 часа 30 минут (при спуске);

- запись давления с высокой скоростью - 1000 измерений в секунду по порогу давления 40 МПа в течение 5 минут (для регистрации быстропротекающего процесса при срабатывании генератора данного типа);

- запись давления и температуры с малой скоростью - 1 измерение в секунду в течение 1 часа (при подъеме).

2. По данным расчетов необходимая масса топлива для разрыва пласта и создания трещин составила 60 кг, а автономный регистратор давления должен быть удален от генератора на расстояние 70 м. Спускают на кабеле генератор в скважину на расчетное расстояние 70 м, делают остановку и фиксируют автономный регистратор давления на кабеле с помощью прижимных накладных элементов.

3. Спускают генератор с автономным регистратором давления, делая остановки на глубинах 500 м, 1000 м, 1500 м, 2000 м, 2500 м продолжительностью 30-40 секунд каждая.

4. Подают сигнал на срабатывание генератора при достижения интервала обработки.

5. Поднимают автономный регистратор давления, делая остановки на тех же глубинах и с той же продолжительностью, что и при спуске, и извлекают его из скважины.

6. Отсоединяют от герметичного кожуха шасси с электронным блоком, подсоединяют его к компьютеру соединительным кабелем, считывают записанную информацию в компьютер и обрабатывают с помощью системного программного обеспечения. Документируют результаты измерений давления и температуры с выводом на принтер. Сравнивают давления в точках остановки при спуске и подъеме и делают заключение о работоспособности автономного регистратора давления и точности записи давления при срабатывании генератора.

При проведении прострелочно-взрывных работ в скважине могут быть отказы срабатывания воспламенительной или детонационной цепи.

Получение своевременной информации об отказе позволяет принять необходимые меры безопасности при извлечении прострелочно-взрывного аппарата из скважины. Это можно обеспечить автономным регистратором давления, снабженным телеметрической системой для передачи данных на поверхность и наземной аппаратурой для регистрации показаний в реальном масштабе времени. В таком исполнении автономный регистратор давления размещается в разрыве геофизического кабеля на расчетном расстоянии от прострелочно-взрывного аппарата и соединяется с геофизическим кабелем при помощи двух стандартных разъемов под геофизическую головку.

Таким образом, предлагаемые изобретения позволяют надежно регистрировать давление в скважине при проведении работ с прострелочно-взрывными аппаратами и осуществлять оперативный контроль калибровки автономного регистратора давления в скважине.

Предложенный способ измерения давления в скважине с контролем калибровки и автономный регистратор давления опробованы при проведении работ по интенсификации притоков в нефтяных скважинах различными генераторами давления на твердом топливе в скважинной жидкости и в среде с жидким горюче-окислительным составом, а также при проведении работ с устройствами, содержащими кумулятивный перфоратор и твердотопливный генератор давления, применяемыми для совместной перфорации обсадной колонны скважины и образования трещин в пласте.

Источники информации

1. Патент RU 2183741 C1, E 21 В 43/263. Способ газогидравлического воздействия на пласт.

2. Полезная модель RU 30832 U1, Е 21 В 43/263. Устройство для контроля и учета операций, проводимых прострелочно-взрывными аппаратами.

3. Микин М.Л., Тер-Саакян В.Г. Технологический комплекс "Каисса" для геофизических и газогидродинамических исследований скважин на базе автономной аппаратуры с электронной энергонезависимой памятью. // НТВ "Каротажник". Тверь: Изд. АИС. 1998. Вып.43. C.116-120.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может применяться для регистрации изменения во времени давления в скважине при проведении прострелочно-взрывных работ. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности регистрации быстропротекающего процесса срабатывания прострелочно-взрывных аппаратов (ПВА) различных типов, скорости которых отличаются на несколько порядков, и связанного с этим изменения давления в скважине с оперативным контролем калибровки датчика давления в скважинных условиях. Для этого устанавливают автономный регистратор давления (АРД) на геофизическом кабеле на расстоянии, безопасном от зоны высокотемпературного воздействия, которое для каждого типа ПВА определяют расчетным путем с учетом массы топлива или заряда взрывчатого вещества в нем. Для оперативной калибровки датчика давления производят остановку АРД для записи гидростатического давления в запланированных точках при спуске, а также при подъеме АРД после срабатывания ПВА. После обработки записанной информации с помощью системного программного обеспечения сравнивают значения гидростатического давления в точках остановки с расчетными значениями и делают заключение о работоспособности АРД и точности записанной информации при срабатывании ПВА. Конструкция автономного регистратора давления позволяет быстро и надежно зафиксировать регистратор на геофизическом кабеле на любом заданном расстоянии от прострелочно-взрывного аппарата. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ измерения давления в скважине с контролем калибровки при срабатывании прострелочно-взрывных аппаратов, характеризующийся тем, что программируют режимы работы автономного регистратора давления на различные скорости записи информации в электронную память для регистрации срабатывания прострелочно-взрывного аппарата по порогу давления или в заданное время, устанавливают на одном геофизическом кабеле автономный регистратор давления и прострелочно-взрывной аппарат, причем расстояние между ними выбирают расчетным путем, в зависимости от типа прострелочно-взрывного аппарата и массы топлива или заряда взрывчатого вещества в нем, спускают в скважину на геофизическом кабеле в интервал воздействия прострелочно-взрывной аппарат и автономный регистратор давления, подают сигнал на срабатывание прострелочно-взрывного аппарата, поднимают к устью и извлекают автономный регистратор давления из скважины и обрабатывают записанную информацию на компьютере с помощью системного программного обеспечения, при этом при спуске и подъеме автономного регистратора давления производят его остановку в запланированных точках для записи гидростатического давления, а после обработки записанной информации сравнивают эти значения между собой и с расчетными значениями гидростатического давления в точках остановки и делают заключение о работоспособности и точности записи автономного регистратора давления.2. Автономный регистратор давления, содержащий размещенные в ударопрочном кожухе датчики давления, температуры и электронный блок, включающий флэш-память и таймер для управления режимами работы, разъем для подключения к компьютеру соединительным кабелем и батареи питания, отличающийся тем, что ударопрочный кожух выполнен с внутренними резьбами на обоих концах под две металлические заглушки, которые имеют наружные резьбы и уплотнительные резиновые кольца для герметизации кожуха, внутри ударопрочного кожуха размещено шасси, на котором закреплен электронный блок, а один конец шасси жестко соединен с одной из заглушек, имеющей канал гидравлической связи со скважиной, причем каждая заглушка имеет равный с кожухом диаметр и продольный вырез с пазом для кабеля и отверстия под крепежные элементы, а автономный регистратор давления фиксируется на кабеле прижимными накладными элементами, вставленными в продольные вырезы заглушек и имеющими симметрично с ними отверстия с резьбами под крепежные элементы и пазы для кабеля, проходящего по наружной боковой поверхности кожуха.3. Автономный регистратор давления по п.2, отличающийся тем, что при работе автономного регистратора давления в режиме реального времени он снабжен телеметрической системой для передачи информации на поверхность по геофизическому кабелю и двумя стандартными разъемами под геофизическую головку для крепления к кабелю.