СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАБОЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИНЫ Российский патент 2006 года по МПК E21B47/12 E21B47/01 

Изобретение относится к области глубокого бурения, в частности к способам контроля забойных параметров скважины, и может быть использовано для оперативного выделения и исследования продуктивных пластов, профилактики осложнений и корректировки режимов бурения.

Известен способ контроля забойных параметров скважины, включающий использование на интервале контроля автономного прибора, выполненного на базе микропроцессорной техники и обеспечивающего регистрацию непосредственно при углублении скважины большого объема геофизических и технологических данных - кривых разноглубинного электрического каротажа, гамма-каротажа, инклинометрии, давления, расхода бурового раствора, оборотов долота, осевого сжатия-растяжения и крутящего момента нижней части бурильной колоны и др. [1, 2].

Недостатком способа является невозможность использования записанной забойной информации до тех пор, пока прибор не будет поднят на устье, что существенно ограничивает область применения способа.

Известен способ контроля забойных параметров скважины, включающий углубление скважины на интервале контроля с наращиванием колонны, содержащей каротажный прибор, выбор интервала измерения, спуск через сальник вертлюга и квадрат кабеля, соединенного вращающейся кабельной головкой с контактором, стыковку кабеля и прибора на забое, измерение забойных параметров с углублением до очередного наращивания, расстыковку кабеля и подъем его с контактором в квадрат на устье [3]. Использование сальника, установленного на вертлюге, и вращающейся кабельной головки позволяет вести измерения непосредственно при углублении как при турбинном, так и при роторном бурении. При этом разовый интервал измерения равен длине наращивания колонны (10-20 м); интервал же контроля составляет намного большую величину (100-500 м) и может находиться на глубине 3000 м и более. Выбор интервала измерения на интервале контроля проводится по устьевым косвенным данным, например, механического каротажа.

Недостатком способа является низкая его эффективность, связанная с необоснованным выбором интервала измерения по устьевым данным и непроизводительными затратами на спуск-подъем кабеля, особенно в глубоких скважинах.

Цель изобретения - повышение эффективности способа в глубоких скважинах путем сокращения непроизводительных затрат на спуск-подъем кабеля при обоснованном выборе интервала измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля забойных параметров скважины, включающему углубление скважины на интервале контроля с наращиванием колонны, содержащей каротажный прибор, выбор интервала измерения, спуск через сальник вертлюга и квадрат верхнего и нижнего отрезков кабеля, соединенных кабельными головками, стыковку кабеля с прибором на забое, измерение забойных параметров с углублением до очередного наращивания, расстыковку кабеля и подъем его в квадрат на устье, кабель в скважину спускают на дополнительном управляемом контакторе, устанавливаемом между его отрезками, и после стыковки с прибором на забое, верхний отрезок кабеля отсоединяют на управляемом контакторе с возможностью закрепления нижнего отрезка на корпусе контактора в колоне, а выбор интервала измерения проводят по данным забойных параметров с использованием беспроводного, например, гидравлического канала связи в ждущем режиме и в очередности, определяемой значимым отклонением измеряемых параметров, при этом параметры нормализуют и сравнивают с порогами, а передачу гидравлических сигналов проводят при условии превышения нормализованного параметра порога с возможностью идентификации этого события на устье, при этом верхний отрезок кабеля состыковывают на управляемом контакторе только после приема на устье гидравлического сигнала, соответствующего значимому отклонению забойного параметра.

Предлагаемый способ, в отличие от известного, основан на более полном использовании забойной информации в процессе проходки всего интервала контроля. При этом беспроводный канал связи работает в экономном ждущем режиме. Кабельный же канал остается максимально развернутым на управляемом контакторе, закрепляемом в первой трубе (после наращивания) колонны. Это позволяет беспрепятственно наращивать колонну при углублении и в то же время оперативно состыковывать кабель на интервалах возможных детальных измерений, выбираемых не по устьевым, а по забойным параметрам. Для этого используется, например, гидравлический канал, передающий при углублении скважины только значимые изменения забойных условий. Значимость и очередность передаваемых сообщений определяются отклонением измеряемых параметров за пороги, задаваемые, в свою очередь, с поверхности при детальных кабельных измерениях. Для повышения достоверности режима ждущего контроля измеряемые параметры предварительно нормализуют за влияние геолого-технологических помех (учет технологических операций, взаимовлияния режимных параметров, зоны проникновения раствора в продуктивный пласт и т.д.), а затем сравнивают с порогами. Значения параметра меньше порога - фоновые значения - не передаются в гидравлический канал. Выход параметра за порог сопровождается созданием короткого частотно-модулированного пакета импульсов давления жидкости с последующим переходом гидравлического канала опять в ждущий режим работы. Каждый параметр имеет свою определенную частоту генерируемых импульсов, которую измеряют на устье с помощью датчика нагнетательного давления. По частоте принятых с привязкой по глубине на устье импульсов давления определяют какой именно забойный параметр достиг значимого отклонения. Это позволяет более обоснованно выбирать интервалы детальных измерений и оперативно переходить с режима ждущего гидравлического контроля в режим кабельных измерений и обратно путем стыковки-расстыковки кабеля на управляемом контакторе.

На фиг.1 дана схема устройства для реализации предлагаемого способа, режим стыковки-расстыковки кабеля с прибором на забойном контакторе; на фиг.2 - то же, режим измерения на кабеле; на фиг.3 - то же, режим стыковки-расстыковки на управляемом контакторе и режим гидравлического контроля; на фиг.4 - схема измерительного блока прибора.

В скважину (фиг.1) на клиньях и буровой лебедке с глубиномером (не показаны), а также вертлюге 1 с датчиком нагнетательного давления (не показан), сальником 2 и квадратом 3 спущена первая труба 4 и колонна для бурения, например, роторным способом, содержащая долото 5 и прибор, включающий электрический разноглубинный зонд 6, тензометрический модуль осевого сжатия-растяжения и крутящего момента колоны 7, внутритрубный расходомер 8, межтрубный расходомер 9, гидравлический клапан 10 с седлом 11 и корпус 12 с контактом 13, аккумулятором 14, модулями гамма-каротажа 15 и иклинометрии 16, датчиком забойного давления 17 и измерительным блоком 18. Через сальник 2 в колонну на управляемом контакторе спущены верхний 19 и нижний 20 отрезки кабеля. Нижний отрезок содержит забойный контактор, представленный утяжеленной контактной (индуктивной) муфтой 21, которая соединяется с кабельной головкой 22. Дополнительный управляемый устьевой контактор выполнен составным в виде утяжеленной контактной муфты 23 и корпуса 24 с контактом 25. Устьевая муфта 23 связана с корпусом 24 замком, например, в виде подпружиненного шара 26, взаимодействующего с канавкой 27. Управляемый контактор вставляется на резьбе между верхней вращающейся 28 и нижней 29 кабельными головками. На барабане каротажной лебедки (не показана) отрезки кабеля 19, 20 соединены между собой головками 28, 29 в расчетном положении, соответствующем глубине залегания кровли интервала контроля. Число отрезков (соединений) кабеля определяется числом интервалов контроля в разрезе скважины. Присоединение управляемого контактора к отрезкам кабеля осуществляют при его спуске в момент прохождения головок 28, 29 квадрата 3 при очередном наращивании колонны. Усилие открытия замка задается регулировкой подпружиненного шара 26. Ниже этой нагрузки, соответствующей примерно весу кабеля в скважине, замок закрыт и позволяет проводить стыковку и расстыковку на забойном контакторе. Перемещение кабеля вниз под действием собственного веса приводит к посадке утяжеленной забойной муфты 21 на корпус 12 с контактом 13. Это отмечается появлением электрического сигнала на устье и указывает на произошедшую стыковку кабеля с прибором. Подъем кабеля каротажной лебедкой ведет к расстыковке (не показана) на забойном контакторе с отключением электропитания прибора по кабелю. Корпус 24 управляемого контактора может закрепляться в колонне с помощью раздвижных опор 30 (фиг.2), управляемых двигателем 31. При подаче положительного напряжения питания двигатель 31 раздвигает опоры 30 и закрепляет корпус 24 и висящий на нем нижний отрезок 20 неподвижно относительно колонны. В этом положении - режиме измерения на кабеле - опускание колонны ведет к сматыванию кабеля с барабана и перемещению его совместно с колонной. Подъем колонны контролируется глубиномером и сопровождается соответствующим выбиранием кабеля каротажной лебедкой. При вращении колонны верхний отрезок 19 кабеля до вращающейся головки 28 остается в покое, а отрезок 20 с контакторами и прибором вращается вместе с колонной. Усилие закрепления корпуса 24 в колонне больше усилия открытия его замка, что позволяет расстыковываться на управляемом контакторе с удержанием отрезка 20 кабеля в развернутом состоянии в колонне. Это достигается путем подъема кабеля каротажной лебедкой при раскрытом положении опор 30 (фиг.3). Отсоединение кабеля на управляемом контакторе отмечается отключением соответствующего электрического сигнала. Стыковка на управляемом контакторе осуществляется путем перемещения отрезка 19 кабеля вниз под действием собственного веса, что приводит к посадке утяжеленной устьевой муфты 23 на корпус 24 с контактом 25. При этом подпружиненный шар 26 (фиг.2) заходит в канавку 27 с закрытием замка и появлением соответствующего электрического сигнала на устье. При подаче отрицательного напряжения питания двигатель 31 закрывает опоры 30, освобождает корпус 24 относительно колонны и дает возможность возвратиться к работе на забойном контакторе (фиг.1).

Измерительный блок (фиг.4) включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 32, блок нормализации 33, блок памяти 34 и блок управления 35 клапаном, соединенный с блоком 33. Блок 33, выполненный на базе программируемого контроллера, содержит выход 36 на кабель через встроенный интерфейс, а также все необходимые элементы для проведения нормализации в составе автономного прибора центральный процессор, память программ и данных, порты ввода-вывода, таймер-счетчик и систему прерываний. При измерении на кабеле сигналы с зондов и датчиков оцифровываются блоком 32 и в цифровом коде передаются на поверхность, где они регистрируются в виде стандартных кривых электрического каротажа большого R₁ и малого R₂ радиуса исследования, гамма-каротажа I, осевого сжатия (нагрузки на долото) и растяжения колонны G, крутящего момента на долоте М, расхода раствора внутри колонны Q₁ и в межтрубном пространстве Q₂, забойного давления Р и инклинометрических углов Y и Z. В ждущем режиме гидравлического контроля сигналы с зондов и датчиков после оцифровки блоком 32 записываются блоком 34 и периодически анализируются блоком нормализации 33. Блок 33 по текущему значению параметра G распознает технологические операции в скважине (углубление при G>G₁, отрыв и проработка при G=0) и вычисляет, например, девять следующих нормализованных параметров:

Здесь

G₁ - уставка осевой нагрузки, соответствующая началу углубления;

R_н - радиальный градиент сопротивления в продуктивном пласте;

I_н - параметр, связанный с глинистостью и проницаемостью пород;

I₁ и I₂ - уставки гамма-каротажа, соответственно максимальное и минимальное значения (по раннее вскрытым отложениям);

М_н - крутящий момент на долоте с учетом осевой нагрузки;

G_н1 - осевая нагрузка на долото при углублении скважины;

G_н2 - величина "затяжки" колонны при отрыве от забоя;

t₁ и t₂ - уставки времени при измерении «затяжки» колонны;

Q_н - расход, указывающий на поглощение или проявление;

Р_н - забойное давление при углублении скважины;

Y_н и Z_н - значения углов Y и Z в состоянии покоя колонны;

t₃ и t₄ - уставки времени при замере углов Y и Z.

Вычисляемые нормализованные параметры (R_н, I_н, М_н, G_н1, G_н2, Q_н, Р_н, Y_н и Z_н) постоянно сравниваются с соответствующими порогами (R₀, I₀, M₀, G₀₁, G₀₂, Q₀, P₀, Y₀ и Z₀), задаваемыми так, чтобы обеспечить выделение значимых событий, но в то же время и защиту от ложных срабатываний в результате помех. Фоновые значения параметров не передаются в гидравлический канал на протяжении проходки всего интервала контроля. В случае превышения порога каким-либо параметром блок 35 по команде блока 33 начинает закрывать-открывать клапан 10 (фиг.3) на определенной частоте, создавая короткий пакет из 3-5 импульсов давления. Эта частота импульсов измеряется и анализируется на устье с помощью датчика нагнетательного давления, подключенного через модем к компьютеру. После излучения пакета импульсов блок 35 переключается в ждущий режим на время до очередного превышения порога другим нормализованным параметром. Электроэнергии аккумулятора 14 хватает на весь период работы прибора в ждущем режиме. Превышение порога указывает на наступление одного из следующих значимых событий на забое: вскрытие продуктивного пласта (R_н>R₀), вскрытие коллектора (I_н>I₀), износ долота (М_н>М₀), перегрузку долота (G_н1>G₀₁), возможность прихвата колоны (G_н2>G₀₂), поглощение или проявление (Q_н>Q₀), возможность выброса (Р_н>Р₀), отклонение траектории ствола от проекта (Y_н>Y₀ или Z_н>Z₀). Каждому из этих значимых событий соответствует своя определенная частота излучения пакета импульсов, что позволяет идентифицировать их на устье и принимать обоснованное решение о необходимости и порядке проведения кабельных измерений.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе углубления скважины на интервале контроля при очередном наращивании (фиг.1) кабель сматывают с лебедки, пропускают через сальник 2 и, после прохождения квадрата 3, соединяют через головку 22 с забойной контактной муфтой 21. Продолжают спуск кабеля в скважину под действием собственного веса. При прохождении квадрата 3 кабельные головки 28, 29 разъединяют, между ними вставляют дополнительный управляемый контактор и продолжают на нем спуск отрезков 19, 20 кабеля до стыковки на забое муфты 21 с контактом 13 корпуса 12 прибора. При этом управляемый контактор оказывается расположенным на устье в первой трубе 4 после наращивания в соответствии с глубиной залегания кровли интервала контроля. Подают положительное напряжение питания на двигатель 31, раздвигают опоры 30 и закрепляют корпус 24 и висящий на нем отрезок 20 кабеля неподвижно относительно колоны (фиг.2). Включают прибор с соответствующими заданиями в работу в режиме гидравлического контроля, и затем отсоединяют кабель на управляемом контакторе путем подъема его лебедкой при раскрытых опорах 30 (фиг.3). Верхний отрезок 19 кабеля с устьевой контактной муфтой 23 поднимают в квадрат 3. Нижний отрезок 20 кабеля остается развернутым в скважине на корпусе 24. Включают промывку и при открытом клапане 10 в ждущем режиме гидравлического контроля продолжают углубление с измерением на устье глубины скважины и давления нагнетания раствора. В процессе проходки интервала контроля сигналы с зондов и датчиков оцифровываются блоком 32, записываются блоком 34 и анализируются блоком 33 (фиг.4). При этом измеряемые параметры нормализуются и сравниваются с порогами. Фоновые значения параметров не передаются в гидравлический канал. В случае превышения порога каким-либо нормализованным параметром, например первым (1), т.е. при получении значимого события, соответствующего условию R_н>R₀, блок 35 по команде блока 33 управляет клапаном 10 (фиг.3), создает короткий пакет импульсов давления на заданной частоте и переключается в ждущий режим. Импульсы давления принимается на устье и идентифицируются с привязкой по глубине как признак начала вскрытия продуктивного пласта на интервале контроля. По этим данным обоснованно выбирают интервал измерения на кабеле и оперативно состыковывают его на управляемом контакторе путем перемещения отрезка 19 вниз под действием собственного веса до посадки устьевой муфты 23 на корпус 24 с закрытием шарового замка (фиг.2). Продолжают углубление скважины уже в режиме кабельных измерений, когда сигналы с зондов и датчиков после оцифровки блоком 32 (фиг.4) передаются через выход 36 в цифровом коде на поверхность с регистрацией в виде стандартных каротажных кривых забойных параметров. При этом в соответствии с предварительно полученным забойным сообщением (R_н>R₀) могут быть проведены дополнительные временные замеры, замеры с воздействием на пласт и другие целенаправленные исследования продуктивного пласта непосредственно при его проходке. Измерения на кабеле продолжают до очередного наращивания колонны. Затем проводят расстыковку кабеля на управляемом контакторе (фиг.3), подъем верхнего отрезка 19 в квадрат 3 и наращивание колонны с последующим возобновлением при углублении режима кабельных измерений (фиг.2) или гидравлического контроля в аналогичной последовательности. Максимальная глубина погружения управляемого контактора в скважину равняется длине интервала контроля, т.е. составляет 100-500 м. По завершении работ на интервале контроля подают отрицательное напряжение питания на двигатель 31, закрывают раздвижные опоры 30 и производят полный подъем кабеля с расстыковкой на забойном контакторе.

Предлагаемый способ позволяет проще и точнее контролировать процесс бурения глубоких скважин на основе более полного использования забойной информации в пределах всего интервала контроля. Геолого-технологическая эффективность способа заключается в более оперативном и достоверном выделении и исследовании перспективных пластов, интервалов АВПД, поглощения, возможных выбросов, прилипания колонны, наклонно направленного бурения и других значимых интервалов. Экономическая эффективность способа достигается за счет сокращения непроизводительных затрат на спуск-подъем кабеля в интервалах фоновых значений забойных параметров.

Изобретение относится к области глубокого бурения и м.б. использовано для оперативного выделения и исследования продуктивных пластов, профилактики осложнений и корректировки режимов бурения. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа в глубоких скважинах путем сокращения затрат на спуск-подъем кабеля при обоснованном выборе интервала измерения. Это достигается тем, что при углублении скважины с наращиванием колонны (НК), содержащей каротажный прибор, кабель в скважину спускают на дополнительном управляемом контакторе (УК), устанавливаемом между его верхним и нижним отрезками. При этом УК выполняется составным в виде устьевой контактной муфты (КМ) с канавкой и корпуса с замком в виде подпружиненного шара, контактом и раздвижными опорами, управляемыми двигателем. После стыковки забойной КМ с контактом прибора верхний отрезок отсоединяют от УК с возможностью удержания на корпусе нижнего отрезка, закрепляемого в колонне с помощью раздвижных опор. Затем включают промывку при открытом клапане и продолжают углубление скважины с выбором интервала измерения не по устьевым, а по забойным параметрам с использованием беспроводного, например, гидравлического канала, работающего в ждущем режиме и передающего при углублении только значимые изменения забойных условий. При этом сигналы с зондов и датчиков поступают в измерительный блок (ИБ) прибора, где они оцифровываются, записываются и анализируются, нормализуются и сравниваются с порогами. Фоновые значения параметров не передаются в гидравлический канал. В случае превышения порога каким-либо параметром ИБ управляет клапаном, создает короткий пакет импульсов давления на заданной частоте и переключается в ждущий режим. Каждому нормализованному параметру соответствует своя определенная частота излучения пакета импульсов, которая измеряется с привязкой по глубине и идентифицируется на устье. По этим данным обоснованно выбирают интервал измерения на кабеле и оперативно состыковывают его на УК путем перемещения отрезка вниз под действием собственного веса до посадки устьевой КМ на корпус с закрытием шарового замка. Продолжают углубление скважины уже в режиме кабельных измерений, когда сигналы с зондов и датчиков после оцифровки БИ передаются через выход в цифровом коде на поверхность с регистрацией в виде стандартных каротажных кривых забойных параметров. Измерения на кабеле продолжают до очередного НК. Затем проводят расстыковку кабеля на УК и НК с последующим возобновлением режима кабельных измерений или гидравлического контроля в аналогичной последовательности. По завершении работ на интервале контроля подают отрицательное напряжение питания на двигатель, закрывают раздвижные опоры и производят полный подъем кабеля на устье с расстыковкой на забойном УК. 4 ил.

Способ контроля забойных параметров скважины, включающий углубление скважины на интервале контроля с наращиванием колонны, содержащей каротажный прибор, выбор интервала измерения, спуск через сальник вертлюга и квадрат верхнего и нижнего отрезков кабеля, соединенных кабельными головками, стыковку кабеля с прибором на забое, измерение параметров с углублением до очередного наращивания, расстыковку кабеля и подъем его в квадрат на устье, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа в глубоких скважинах путем сокращения непроизводительных затрат на спуск-подъем кабеля при обоснованном выборе интервала измерения, кабель в скважину спускают на дополнительном управляемом контакторе, устанавливаемом между его отрезками, и после стыковки с прибором на забое верхний отрезок кабеля отсоединяют на управляемом контакторе с возможностью закрепления нижнего отрезка на корпусе контактора в колонне, а выбор интервала измерения проводят по данным забойных параметров с использованием беспроводного, например, гидравлического канала связи в ждущем режиме и в очередности, определяемой значимым отклонением измеряемых параметров, при этом параметры нормализуют и сравнивают с порогами, а передачу гидравлических сигналов проводят при условии превышения нормализованного параметра заданного порога с возможностью идентификации этого события на устье, при этом верхний отрезок кабеля состыковывают на управляемом контакторе только после приема на устье гидравлического сигнала, соответствующего значимому отклонению забойного параметра.