КАРОТАЖНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В БУРОВОЙ СКВАЖИНЕ Российский патент 2006 года по МПК E21B47/12 E21B47/01 

Изобретение относится к каротажной системе для использования в буровой скважине, пробуренной в грунтовом образовании, и к способу каротажа этого грунтового образования, при котором полая труба, содержащая массу скважинного раствора, проходит с поверхности в буровую скважину. Полая труба может быть, например, бурильной колонной или обсадной трубой буровой скважины.

Каротажные системы, используемые для каротажа грунтовых образований, включают в себя каротажные устройства, управляемые по проводным линиям связи, и беспроводные каротажные устройства. В целом, каротажные устройства подпитываются от аккумуляторных батарей и снабжены электронной памятью для хранения данных каротажа. После проведения спуска каротажного устройства устройство извлекают на поверхность, где осуществляют считывание данных каротажа из электронной памяти.

Проблема, связанная с использованием беспроводных каротажных устройств, заключается в том, что во время каротажа оператору не поступает информация, связанная с функционированием каротажного устройства. Например, в случае, если каротажное устройство неправильно установлено в буровой скважине во время операции каротажа, оператор заметит неправильное использование только во время считывания данных из электронной памяти после проведения одного или более циклов каротажа. В такой ситуации безрезультатно расходуется значительное время, которое затрачивается буровой системой на бурение и которое в противном случае могло бы быть потрачено на повторный цикл (спуско-подъем) каротажного устройства в том же интервале буровой скважины. Кроме того, повторному циклу каротажного устройства в том же интервале буровой скважины могут воспрепятствовать обстоятельства, что приведет к отсутствию полезных данных каротажа для этого интервала.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованную каротажную систему, которая позволяет решить проблему, присущую обычным беспроводным каротажным системам.

Дополнительная задача изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный способ каротажа.

В соответствии с изобретением предложена каротажная система для использования в буровой скважине, пробуренной в грунтовом образовании, содержащая

- полую трубу, проходящую с поверхности в буровую скважину и содержащую массу скважинного раствора,

- колонну каротажного устройства, выполненную с возможностью перемещения из положения внутри упомянутой трубы в положение снаружи этой трубы у ее нижней концевой части и выполненную с возможностью подвешивания с помощью упомянутой трубы в указанном положении снаружи указанной трубы,

- устройство для формирования импульсов давления, расположенное внутри упомянутой трубы таким образом, что указанное устройство для формирования импульсов давления осуществляет обмен данными с каротажным устройством, при этом устройство для формирования импульсов давления выполнено с возможностью формирования импульсов давления в массе скважинного раствора, а упомянутые импульсы давления отображают данные, передаваемые посредством колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа грунтового образования посредством колонны каротажного устройства, и

- блок управления, находящийся в гидравлическом сообщении с массой скважинного раствора и выполненный с возможностью приема указанных импульсов давления.

Способ каротажа грунтового образования у буровой скважины, пробуренной в этом грунтовом образовании, когда полая труба, содержащая массу скважинного раствора, проходит с поверхности в буровую скважину, согласно настоящему изобретению заключается в том, что

а) перемещают колонну каротажного устройства из положения внутри упомянутой трубы в положение снаружи этой трубы у ее нижней концевой части и подвешивают колонну каротажного устройства из упомянутой трубы в упомянутом положении снаружи трубы,

б) располагают устройство для формирования импульсов давления в упомянутой трубе таким образом, что это устройство для формирования импульсов давления имеет возможность обмена данными с каротажным устройством, при этом устройство для формирования импульсов давления выполнено с возможностью формирования импульсов давления в массе скважинного раствора, а упомянутые импульсы давления характеризуют данные, передаваемые посредством колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа посредством колонны каротажного устройства в буровой скважине,

в) размещают блок управления в гидравлическом сообщении с массой скважинного раствора и с возможностью приема упомянутых импульсов давления, и

г) инициируют каротаж грунтового образования посредством колонны каротажного устройства и инициируют формирование импульсов давления в массе скважинного раствора устройством для формирования импульсов давления, при этом упомянутые импульсы давления характеризуют данные, передаваемые посредством бурильной колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа посредством бурильной колонны каротажного устройства.

Следовательно, поставленная задача решается за счет того, что устройство для формирования импульсов давления формирует в массе скважинного раствора импульсы давления, отображающие операцию каротажа, а блок управления, находящийся на поверхности, детектирует указанные импульсы давления. Вследствие этого, оператор получает возможность оценивать функционирование бурильной колонны каротажного устройства во время операции каротажа и принимать соответствующие действия на ранней стадии при необходимости.

Ниже, в качестве примера и со ссылками на прилагаемые чертежи, приводится более подробное описание изобретения.

На фиг.1 представлен условно первый вариант осуществления каротажной системы согласно изобретению при использовании обсадной колонны, проходящей в буровой скважине,

На фиг.2 - условно изображен второй вариант осуществления каротажной системы согласно изобретению при использовании бурильной колонны, проходящей в буровой скважине,

На фиг.3 - условно изображен вариант осуществления изобретения, согласно фиг.2, на стадии дальнейшей работы.

Одинаковые позиции на чертежах относятся к одинаковым элементам.

Подробное описание

Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что здесь изображена буровая скважина 1, пробуренная в грунтовом образовании 2, причем буровая скважина заполнена буровым раствором. Буровая скважина имеет верхнюю часть, обсаженную обсадной трубой 4, проходящей от буровой установки (не показана), находящейся на поверхности 8, в буровую скважину 1 до башмака 5 обсадной трубы, и открытую нижнюю часть 7, проходящую ниже башмака 5 обсадной трубы. От буровой установки в буровую скважину 1 проходит бурильная колонна 9, содержащая массу бурового раствора 10 и имеющая открытый нижний конец 11, вследствие чего указанный открытый нижний конец 11 расположен в открытой нижней части 7 буровой скважины. В бурильной колонне 9 с помощью соответствующих средств (не показаны) подвешена с возможностью извлечения колонна 12 каротажного устройства, выполненная с возможностью опускания или подъема. Колонна 12 включает в себя устройство 14 для опробования грунтовых пластов многократного действия (ОГПМД), имеющее отводящие рычаги 16, а на верхней стороне устройства 14 для ОГПМД расположено устройство 18 для формирования импульсов давления раствора, при этом устройство 14 для ОГПМД выходит за нижнюю концевую часть 11 бурильной колонны 9, а устройство 18 для формирования импульсов давления расположено внутри бурильной колонны 9. Устройство 14 для ОГПМД подпитывается от аккумуляторной батареи (не показана) и снабжено электронной памятью (не показана) для хранения данных каротажа. Устройство 18 для формирования импульсов давления раствора имеет регулируемое ограничение расхода (это не показано на чертежах), управляемое через электрические сигналы, передаваемые устройством 14 для ОГПМД в устройство 18 для формирования импульсов давления, причем эти сигналы представляют собой часть данных каротажа, формируемых устройством 14 для ОГПМД во время каротажа грунтового образования 2. Верхний конец колонны 12 каротажного устройства снабжен защелкой 20 для скрепления посредством защелкивания каната (не показан) с колонной 12.

Устье 22 скважины соединено с верхним концом обсадной трубы 4 и оснащено выпускной трубой 24, выходящей в резервуар 26 бурового раствора, оснащенный соответствующим средством фильтрации (не показано) для удаления бурового шлама из бурового раствора. Для закачивания бурового раствора из резервуара 26 раствора в верхний конец бурильной колонны 9 предусмотрен насос 28, имеющий впускную трубу 30 и выпускную трубу 32.

С бурильной колонной 9 соединен блок 34 управления, размещенный на поверхности и предназначенный для направления импульсов давления раствора, формируемых массой бурового раствора 10, в устройство 18 для формирования импульсов давления или приема упомянутых импульсов из этого устройства.

Второй вариант осуществления, представленный на фиг.2, в основном, аналогичен первому варианту осуществления, за исключением следующих аспектов. На нижнем конце бурильной колонны предусмотрено буровое долото 40, в нижней концевой части бурильной колонны расположено с возможностью извлечения устройство 42 для скважинных исследований в процессе бурения (СИвПБ), а колонна 12 каротажного устройства показана опущенной через бурильную колонну 9. Буровое долото 40 имеет канал 44, гидравлически сообщающийся с внутренним пространством бурильной колонны 9, причем в этом канале 44 предусмотрен элемент 46 перекрытия, выполненный с возможностью извлечения из канала 44 в направлении наружу и соединенный с устройством 42 для СИвПБ. Нижний конец колонны 12 каротажного устройства и верхний конец устройства 42 для СИвПБ снабжены соответствующими взаимодействующими защелочными элементами 48а, 48b, выполненными с возможностью скрепления посредством защелкивания колонны 12 каротажного устройства с устройством 42 для СИвПБ. Кроме того, колонна 12 каротажного устройства обеспечена насосными манжетами 50 для "прокачивания" колонны 12 каротажного устройства через бурильную колонну в направлении либо вниз, либо вверх.

Элемент 46 перекрытия имеет защелочный механизм (не показан) для скрепления посредством защелкивания элемента 46 перекрытия с буровым долотом 40. Этот защелочный механизм расположен с возможностью взаимодействия с защелочными элементами 48а, 48b таким образом, что элемент 46 перекрытия имеет возможность открепления - посредством устранения защелкивания - от бурового долота 40 при скреплении посредством защелкивания защелочного элемента 48а с защелочным элементом 48b, и таким образом, что элемент 46 перекрытия имеет возможность скрепления посредством защелкивания с буровым долотом 40, а значит - и перекрытия канала 44, при откреплении - посредством устранения защелкивания - защелочного элемента 48а от защелочного элемента 48b.

На фиг.3 вариант осуществления, показанный на фиг.2, изображен на дальнейшей стадии работы, после того, как колонна 12 каротажного устройства была скреплена посредством защелкивания с устройством 42 для СИвПБ, а элемент 46 перекрытия откреплен посредством устранения защелкивания от бурового долота 40. Бурильная колонна 9 поднята на некоторое заданное расстояние в буровой скважине 1 таким образом, что между буровым долотом 40 и забоем буровой скважины остается некоторое пространство 52. Колонна 12 каротажного устройства подвешена с помощью бурильной колонны 9 таким образом, что устройство 14 для ОГПМД выходит через канал 44, располагаясь ниже бурового долота 40, и таким образом, что устройство 18 для формирования импульсов давления располагается внутри бурильной колонны 9. Вследствие этого устройство 14 для ОГПМД и элемент 46 перекрытия оказываются ниже колонны 12 каротажного устройства.

В процессе работы в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.1, бурильную колонну 9 опускают в буровую скважину 1 до тех пор, пока нижний конец колонны 9 не разместится в открытой части 7 буровой скважины. Затем колонну 12 каротажного устройства опускают с поверхности через бурильную колонну 9 посредством каната (не показан), скрепленного посредством защелки 20 с колонной 12 каротажного устройства, и при этом рычаги 16 во время опускания убраны. Опускание продолжается до тех пор, пока устройство 14 для ОГПМД не окажется ниже бурильной колонны 9, а устройство 18 для формирования импульсов давления не расположится при этом внутри бурильной колонны 9; в этом положении колонна 12 каротажного устройства получает необходимую опору. Затем рычаги 16 выдвигаются к стенке буровой скважины, а устройство 14 для ОГПМД переводится в режим каротажа грунтовых пластов 2. Данные каротажа запоминаются в электронной памяти, а часть данных каротажа передается устройством 14 для ОГПМД в виде электрических сигналов в устройство 18 для формирования импульсов давления, причем эти сигналы вносят управляемые изменения в регулируемое ограничение расхода.

Одновременно с эксплуатацией колонны 12 каротажного устройства насос 28 закачивает буровой раствор из резервуара 26 раствора в буровую колонну 9 через впускную трубу 30 и выпускную трубу 32. Управляемые изменения регулируемого ограничения расхода индуцируют соответствующие импульсы давления в массе бурового раствора, находящегося в бурильной колонне 9, а блок 34 управления контролирует указанные импульсы. Таким образом, оператор получает возможность своевременно контролировать операцию каротажа и предпринимать правильное действие, если это потребуется. Например, таким образом можно обнаружить неправильное применение рычагов 16 устройства для ОГПМД уже на ранней стадии.

После завершения цикла каротажа колонну 12 каротажного устройства извлекают через бурильную колонну 9 на поверхность посредством каната, соединенного с защелкой 20. По выбору, можно затем извлечь бурильную колонну 9 из буровой скважины 1.

В процессе работы в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.2 и 3, бурильную колонну 9 используют для бурения нижней части 7 буровой скважины, вследствие чего элемент 46 перекрытия скрепляется посредством защелкивания с буровым долотом 40, образуя его часть. Устройство 42 для СИвПБ индуцирует в массе бурового раствора 10 импульсы давления раствора, характеризующие выбранные параметры бурения, такие как наклон скважины или температура скважины. Использование устройств для СИвПБ известно в области бурения и в этой связи не будет поясняться подробнее, поскольку не является частью изобретения.

При необходимости проведения каротажа грунтовых пластов 2, окружающих открытую часть 7 буровой скважины, колонну 12 каротажного устройства "прокачивают" вниз по бурильной колонне 9 с помощью насоса 28 до тех пор, пока колонна 12 каротажного устройства не окажется скрепленной с устройством 42 для СИвПБ посредством защелочных элементов 48а, 48b. Во время опускания колонны 12 рычаги 16 устройства 42 для СИвПБ убраны. Затем бурильную колонну 9 поднимают на заданное расстояние до тех пор, пока ниже бурильной колонны не окажется достаточно пространства, чтобы устройство 14 для ОГПМД, устройство 42 для СИвПБ и элемент 46 перекрытия могли расположиться ниже бурового долота 40. Непрерывная работа насоса 28 вызывает дальнейшее совместное движение вниз колонны 12 каротажного устройства, устройства 42 для СИвПБ и элемента 46 перекрытия до тех пор, пока колонна 12 каротажного устройства не окажется подвешенной с помощью бурильной колонны. В этом положении (показанном на фиг.3) устройство 14 для ОГПМД выходит через канал 44 в пространство 52 ниже бурового долота 40, и устройство 18 для формирования импульсов давления вместе с элементом 46 перекрытия оказываются ниже устройства для ОГПМД в упомянутом пространстве 52.

Одновременно с эксплуатацией колонны 12 каротажных устройств насос 28 закачивает буровой раствор из резервуара 26 раствора в бурильную колонну 9 через впускную трубу 30 и выпускную трубу 32. Управляемые изменения регулируемого ограничения расхода вносят соответствующие импульсы давления в массу бурового раствора, находящегося в бурильной колонне 9, а блок 34 управления контролирует эти импульсы давления. Таким образом, оператор получает возможность своевременно контролировать операцию каротажа и предпринимать правильные действия, если это потребуется (аналогично тому, как это осуществляется в варианте осуществления, показанном на фиг.1).

После завершения цикла каротажа колонну 12 каротажного устройства извлекают через бурильную колонну 9 на поверхность посредством каната, соединенного с защелкой 20. Во время извлечения элемент 46 перекрытия скреплен посредством защелкивания с буровым долотом 40 (обеспечивая таким образом перекрытие канала 44), а защелочные элементы 48а, 48b откреплены от него посредством устранения защелкивания. В альтернативном варианте колонну 12 каротажного устройства можно извлечь на поверхность посредством перекачивания бурового раствора в обратном направлении, т.е. перекачивания бурового раствора через кольцевое пространство между бурильной колонной 9 и стенкой буровой скважины в нижний конец бурильной колонны 9. По выбору, можно затем пробурить дополнительный участок буровой скважины, или можно извлечь бурильную колонну 9 из буровой скважины 1.

Вместо опускания колонны каротажного устройства с поверхности через бурильную колонну колонну каротажного устройства можно установить посредством защелкивания в нижнюю секцию бурильной колонны во время опускания бурильной колонны в буровую скважину. Затем, на требуемой глубине, колонну каротажного устройства выводят наружу из бурильной колонны, например, "прокачивая" вниз по бурильной колонне шар или шток, чтобы привести в действие механизм устранения защелкивания колонны каротажного устройства.

Изобретение относится к области исследования скважин с одновременной передачей информации на поверхность, и может быть использовано при каротаже буровых скважин, в том числе в процессе бурения. При каротаже грунтового образования в буровой скважине полая труба, содержащая массу скважинного раствора, проходит с поверхности в буровую скважину. Перемещают колонну каротажного устройства из положения внутри упомянутой трубы в положение снаружи указанной трубы у ее нижней концевой части и подвешивают колонну каротажного устройства из указанной трубы в упомянутом положении снаружи трубы. Размещают устройство для формирования импульсов давления в упомянутой трубе таким образом, что указанное устройство для формирования импульсов давления имеет возможность обмена данными с каротажным устройством, и размещают блок управления в гидравлическом сообщении с массой скважинного раствора и с возможностью приема упомянутых импульсов давления. Инициируют каротаж грунтового образования посредством колонны каротажного устройства и инициируют формирование импульсов давления в массе скважинного раствора устройством для формирования импульсов давления, при этом упомянутые импульсы давления характеризуют данные, передаваемые посредством колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа посредством колонны каротажного устройства. Изобретение направлено на повышение оперативности передачи каротажных данных на поверхность скважины. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Каротажная система для использования в буровой скважине, пробуренной в грунтовом образовании, содержащая полую трубу, проходящую с поверхности в буровую скважину и содержащую массу скважинного раствора, колонну каротажного устройства, выполненную с возможностью продвижения из положения внутри упомянутой трубы в положение снаружи этой трубы у ее нижней концевой части и выполненную с возможностью подвешивания с помощью упомянутой трубы в упомянутом положении снаружи этой трубы, устройство для формирования импульсов давления, расположенное внутри упомянутой трубы таким образом, что это устройство для формирования импульсов давления имеет возможность обмена данными с каротажным устройством, при этом устройство для формирования импульсов давления выполнено с возможностью формирования импульсов давления в массе скважинного раствора, а упомянутые импульсы давления характеризуют данные, передаваемые посредством колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа грунтового образования посредством колонны каротажного устройства, и блок управления, находящийся в гидравлическом сообщении с массой скважинного раствора и выполненный с возможностью приема упомянутых импульсов давления.2. Каротажная система по п.1, в которой колонна каротажного устройства выполнена с возможностью продвижения через упомянутую трубу с поверхности в упомянутое положение снаружи этой трубы.3. Каротажная система по п.1 или 2, которая дополнительно содержит устройство для опускания и/или извлечения колонны каротажного устройства через упомянутую трубу.4. Каротажная система по одному из пп.1-3, в которой полая труба представляет собой либо обсадную трубу буровой скважины, либо бурильную колонну.5. Каротажная система по одному из пп.1-4, в которой полая труба представляет собой бурильную колонну для бурения буровой скважины, а колонна каротажного устройства подвешена с помощью бурильной колонны таким образом, что эта колонна каротажного устройства проходит вниз из бурильной колонны и располагается в открытой части буровой скважины.6. Каротажная система по п.5, в которой бурильная колонна включает в себя буровое долото, имеющее канал для прохождения через него колонны каротажного устройства, и в которой колонна каротажного устройства подвешена с помощью бурильной колонны таким образом, что часть колонны каротажного устройства выходит в упомянутый канал.7. Каротажная система по п.5 или 6, в которой колонна каротажного устройства имеет нижнюю концевую часть, скрепленную посредством защелкивания с устройством для скважинных исследований в процессе бурения (СИвПБ), при этом как колонна каротажного устройства, так и устройство для СИвПБ выходит наружу из упомянутой трубы у ее нижней концевой части.8. Способ каротажа грунтового образования в окрестности буровой скважины, пробуренной в этом грунтовом образовании, когда полая труба, содержащая массу скважинного раствора, проходит с поверхности в буровую скважину, при этом а) перемещают колонну каротажного устройства из положения внутри упомянутой трубы в положение снаружи указанной трубы у ее нижней концевой части и подвешивают колонну каротажного устройства из указанной трубы в упомянутом положении снаружи трубы, б) размещают устройство для формирования импульсов давления в упомянутой трубе таким образом, что указанное устройство для формирования импульсов давления имеет возможность обмена данными с каротажным устройством, при этом устройство для формирования импульсов давления выполнено с возможностью формирования импульсов давления в массе скважинного раствора, а упомянутые импульсы давления характеризуют данные, передаваемые посредством колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа посредством колонны каротажного устройства в буровой скважине, в) размещают блок управления в гидравлическом сообщении с массой скважинного раствора и с возможностью приема упомянутых импульсов давления, и г) инициируют каротаж грунтового образования посредством колонны каротажного устройства и инициируют формирование импульсов давления в массе скважинного раствора устройством для формирования импульсов давления, при этом упомянутые импульсы давления характеризуют данные, передаваемые посредством колонны каротажного устройства в устройство для формирования импульсов давления, во время каротажа посредством колонны каротажного устройства.9. Способ по п.8, при котором колонна каротажного устройства и устройство для формирования импульсов давления соединены друг с другом и при котором этапы а) и б) осуществляются одновременно.10. Способ по п.8 или 9, при котором полая труба представляет собой бурильную колонну, а перед этапом а) осуществляют бурение участка буровой скважины указанной бурильной колонной, и при этом внутри бурильной колонны размещают устройство для скважинных исследований в процессе бурения (СИвПБ), причем колонна каротажного устройства имеет нижнюю концевую часть, снабженную защелочными средствами для скрепления посредством защелкивания колонны каротажного устройства с устройством для СИвПБ, и при этом этап а) включает в себя скрепление посредством защелкивания колонны каротажного устройства с устройством для СИвПБ.11. Способ по п.10, при котором этап а) включает в себя подвешивание колонны каротажного устройства из упомянутой трубы таким образом, что и колонна каротажного устройства, и устройство для СИвПБ выступают наружу из упомянутой трубы у ее нижней концевой части.