СКВАЖИННЫЙ ЗОНД ТЕРМОМЕТРА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к термометрии скважин и может быть использовано для геотермических исследований и решения различных промыслово-геофизических задач.

Известен скважинный зонд, содержащий один датчик температуры, установленный в верхней части зонда, и второй датчик температуры, установленный в нижней части зонда (см. SU 1479633 А1, кл. Е21В 47/06, 15.05.89). Верхняя и нижняя части выполнены из одинакового теплопроводного или теплоизолирующего материала.

Недостатком этого зонда при выполнении этих частей из теплоизолирующего материала является то, что измерение температуры с заданной точностью надо проводить при остановке прибора вследствие большой величины постоянной времени термометра, а это ограничивает применение термометрии при решении многих промыслово-геофизических задач в условиях переходных температурных полей в скважине. Также ограничено применение этого зонда при выполнении концевых частей из теплопроводного материала, так как, с одной стороны, влияние колонны будет зафиксировано датчиком температуры практически мгновенно при переходных режимах в скважине, что не позволит разделить температурные сигналы, связанные с нарушением герметичности насосно-компрессорных труб (НКТ) или эксплуатационной колонны, с другой стороны, аномальное изменение эпюры скоростей по сечению в потоке, а соответственно и изменение температуры в интервале нарушения герметичности НКТ (эксплуатационной колонны), расположенном в противоположной относительно прибора стороне, не будет зарегистрировано такими термометрами, а следовательно, задача об определении места нарушения герметичности НКТ (эксплуатационной колонны) не будет решена.

Известен также комплексный прибор ГЕО-1 (см. Адиев Я.Р., Прытков А.Н., Волощук В.П. и др. "ГЕО-1 - уникальный автономный прибор для исследования нагнетательных скважин" // НТВ "Каротажник". - Тверь: ГЕРС. - 1999. - Вып.64. - С.99-104), у которого датчик температуры располагается вдоль оси в выфрезерованной полости, расположенной в средней его части.

Недостатком этого прибора является то, что при непрерывном измерении температуры вдоль ствола скважины жидкость вытекает из выфрезерованной полости в противоположную сторону относительно направления движения зонда, а с другой стороны - втекает. В результате в области расположения датчика температуры происходит калориметрическое перемешивание жидкости.

Это приводит к ошибочным заключениям, сделанным по результатам измерений температуры, если в методике исследований предполагается, что от стенки эксплуатационной колонны или НКТ до датчика температуры теплоперенос в радиальном направлении осуществляется за счет кондуктивной, а не конвективной составляющей теплопроводности жидкости.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности признаков и назначению является скважинный зонд, содержащий датчики температуры, распределенные по поверхности каждого опорного элемента, в том числе находящиеся в верхней части опорного элемента (см. GB 2301675 А, Кл. Е21В 47/10, опубл. 11.12.1996, 23 с.).

Недостатком этого скважинного зонда является его большой диаметр, вследствие чего невозможно провести исследования в НКТ. Кроме того, для определения места нарушения герметичности эксплуатационной колонны в интервале, перекрытом НКТ, датчики температуры надо располагать на расстоянии 12 мм<r'<(R-12) мм от оси НКТ или эксплуатационной колонны, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности непрерывного измерения температуры вдоль линии, по которой перемещается датчик температуры, за счет исключения эффекта перемешивания жидкости перед датчиком температуры, вследствие чего увеличивается однозначность заключений, выдаваемых по результатам измерений температуры при переходных тепловых полях в скважине.

Технический результат достигается тем, что в известном скважинном зонде, содержащем датчик температуры, для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при подъеме зонда датчик температуры установлен в верхней части зонда, при этом зонд снабжен охранным фонарем, представляющим собой трубу со скошенным концом и отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, и прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях таким образом, что охранный фонарь прижат к стенке эксплуатационной колонны или НКТ короткой своей образующей, а датчик температуры находится на расстоянии 1-2 мм ниже плоскости скошенного конца трубы (вариант 1).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при спуске зонда датчик температуры установлен в нижней части зонда, при этом зонд снабжен охранным фонарем, представляющим собой трубу со скошенным концом и отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, и прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях таким образом, что охранный фонарь прижат к стенке эксплуатационной колонны или НКТ короткой своей образующей, а датчик температуры находится на расстоянии 1-2 мм выше плоскости скошенного конца трубы (вариант 2).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда датчики температуры установлены в верхней части зонда и равномерно размещены вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда, и радиусом r>R₃/2, где R₃ - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы (вариант 3).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда датчики температуры установлены в верхней части зонда и равномерно размещены вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда, и радиусом r>R₃/2, где R₃ - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы, причем зонд снабжен двумя центраторами, расположенными в верхней и нижней его частях (вариант 4).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда датчики температуры установлены в нижней части зонда и равномерно размещены вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда, и радиусом r>R₃/2, где R₃ - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы (вариант 5).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда датчики температуры установлены в нижней части зонда и равномерно размещены вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда, и радиусом r>R₃/2, где R₃ - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы, причем зонд снабжен двумя центраторами, расположенными в верхней и нижней его частях (вариант 6).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем на каждой рессоре верхнего центратора в верхней его части установлено по одному датчику температуры, при этом датчики расположены от оси НКТ или эксплуатационной колонны на расстоянии 12 мм<r'<(R-12) мм, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно (вариант 7).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем на каждой рессоре нижнего центратора в нижней его части установлено по одному датчику температуры, при этом датчики расположены от оси НКТ или эксплуатационной колонны на расстоянии 12 мм<r'<(R-12) мм, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно (вариант 8).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем датчики температуры установлены на подложке, изготовленной из упругого материала, в верхней части зонда между рессорами верхнего центратора, а на каждой рессоре верхнего центратора установлена планка для ограничения отклонения подложки с датчиком температуры относительно оси зонда (вариант 9).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем датчики температуры установлены на подложке, изготовленной из упругого материала, в нижней части зонда между рессорами нижнего центратора, а на каждой рессоре нижнего центратора установлена планка для ограничения отклонения подложки с датчиком температуры относительно оси зонда (вариант 10).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при подъеме зонда зонд снабжен прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях, и охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, причем датчик температуры и охранный фонарь расположены в верхней части зонда, а датчик температуры расположен на расстоянии 1-2 мм ниже плоскости конца трубы (вариант 11).

Технический результат достигается также тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при спуске зонда зонд снабжен прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях, и охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, причем датчик температуры и охранный фонарь расположены в нижней части зонда, а датчик температуры расположен на расстоянии 1-2 мм выше плоскости конца трубы (вариант 12).

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что при непрерывном измерении температуры в процессе движения прибора не происходит перемешивания жидкости в скважине непосредственно перед датчиком температуры. Это позволяет измерять температуру в скважине вдоль линии, по которой перемещается датчик температуры (в отличие от использования современных скважинных зондов, которые измеряют среднеинтегральную температуру жидкости, обтекающей зонд). По результатам измерений такими зондами, проведенных по специальным методикам (см. патент РФ №2154161, МКИ Е21В 47/00, 05.01.99, 10.08.2000, патент РФ №2151866, МКИ Е21В 47/00, 23.11.98, 27.06.2000), можно разделить температурные сигналы, сформировавшиеся в НКТ, в колонне и в породе, а это дает основание сделать однозначное заключение о герметичности НКТ, колонны или о нарушении температуры пород.

Из научно-технической литературы и патентной документации не известен скважинный зонд, содержащий датчик температуры в концевой части зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу со скошенным концом и отверстиями в его теле, и прижимным устройством таким, что охранный фонарь прижат к стенке эксплуатационной колонны или НКТ короткой своей образующей. Также не известен скважинный зонд, снабженный центраторами, содержащий датчики температуры, расположенные на небольшом удалении от образующей зонда в верхней или нижней его части и охранным фонарем в виде трубы с отверстиями в его теле. Кроме того, не известен скважинный зонд, содержащий датчики температуры, расположенные по одному на каждой рессоре в верхней части верхнего центратора или в нижней части нижнего центратора на расстоянии 12 мм<r'<(R-12) мм от оси НКТ или эксплуатационной колонны, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно.

Однако известно устройство для измерения градиента температуры в скважинах (см. SU 1479633 А1, Е21В 47/06, 15.05.89), содержащее датчики температуры в середине концевых частей, разделенных центральной частью, концевые части выполнены из теплопроводного или из теплоизолирующего материала, а центральная часть - из теплоизолирующего или из теплопроводного материала соответственно. Погрешность измерения температуры этими датчиками в однородной среде одна и та же как по знаку, так и по величине. Поэтому градиент температуры определяется с большой точностью. Далее, этим устройством проводится измерение температуры непосредственно самой стенки НКТ. Поэтому его невозможно использовать при разделении случаев нарушения герметичности НКТ от нарушения герметичности колонны.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" как новая совокупность существенных признаков, проявляющая новое техническое свойство.

При проведении исследований при подъеме зонда измерение температуры вдоль ствола проводится верхними датчиками температуры. В этом случае остается не исследованной призабойная часть скважины на расстоянии, равном длине зонда, считая от забоя. При проведении исследований при спуске зонда измерение температуры вдоль ствола проводится нижними датчиками температуры. В этом случае остается не исследованной приустьевая часть скважины на расстоянии, равном длине зонда, считая от устья.

На фиг.1-5 изображены различные варианты скважинных зондов, содержащие один или несколько датчиков температуры. Здесь изображены: на фиг.1а) - зонд с прижимным устройством, в верхней части зонда установлен датчик температуры и охранный фонарь (вариант 1); на фиг.1б) - верхняя часть зонда с датчиком температуры, а также охранный фонарь отдельно друг от друга, изготовленные согласно варианту 1; на фиг.1в) - зонд с прижимным устройством, в нижней части зонда установлен датчик температуры и охранный фонарь (вариант 2); на фиг.1г) - нижняя часть зонда с датчиком температуры, а также охранный фонарь отдельно друг от друга, изготовленные согласно варианту 2; на фиг.2а) - зонд с центраторами, в верхней части зонда установлены датчики температуры и охранный фонарь (вариант 4); на фиг.2б) - верхняя часть зонда с датчиками температуры и скребковая проволока, а также охранный фонарь отдельно друг от друга, изготовленные согласно варианту 3 или 4; на фиг.2в) - зонд с центраторами, в нижней части зонда установлены датчики температуры и охранный фонарь (вариант 6); на фиг.2г) - нижняя часть зонда с датчиками температуры, а также охранный фонарь отдельно друг от друга, изготовленные согласно варианту 5 или 6; на фиг.3а) - зонд с центраторами, у которого на каждой рессоре верхнего центратора в верхней ее части установлено по одному датчику температуры (вариант 7); на фиг.3б) - зонд с центраторами, у которого на каждой рессоре нижнего центратора в нижней ее части установлено по одному датчику температуры (вариант 8); на фиг.4а) - зонд с центраторами, у которого датчики температуры установлены на подложке в верхней части зонда между рессорами верхнего центраотра (вариант 9); на фиг.4б) - зонд с центраторами, у которого датчики температуры установлены на подложке в нижней части зонда между рессорами нижнего центратора (вариант 10). на фиг.5а) - зонд с прижимным устройством, в верхней части зонда установлен датчик температуры и охранный фонарь (вариант 11); на фиг.5б) - верхняя часть зонда с датчиком температуры, а также охранный фонарь отдельно друг от друга, изготовленные согласно варианту 11; на фиг.5в) - зонд с прижимным устройством, в нижней части зонда установлен датчик температуры и охранный фонарь (вариант 12); на фиг.5г) - нижняя часть зонда с датчиком температуры, а также охранный фонарь отдельно друг от друга, изготовленные согласно варианту 12. На фиг.6 приведены результаты измерения температуры вдоль ствола скважины одновременно двумя датчиками температуры, один из них находится в нижней, другой - в средней части зонда. Измерения температуры проведены при спуске зонда. На фиг.7 приведены результаты измерения температуры вдоль ствола скважины одновременно двумя датчиками температуры, один из них находится в верхней, другой - в средней части зонда. Измерения температуры проведены при подъеме зонда.

На фиг.1а) приведен скважинный зонд 1 с прижимным устройством 2, охранным фонарем 3 и датчиком температуры 4, расположенным вдоль оси в верхней части зонда. Зонд перемещается в колонне 5 с помощью скребковой проволоки 6. На фиг.1б) приведено отдельно верхнее окончание скважинного зонда 7 с датчиком температуры 8 и охранный фонарь 9, изображенные на фиг.1а). На фиг.1в) приведен скважинный зонд 10 с прижимным устройством 11, датчиком температуры 12, расположенным вдоль оси в нижней части зонда, и охранным фонарем 13. Зонд перемещается в колонне 14 с помощью скребковой проволоки или кабеля 15. На фиг.1г) приведено отдельно нижнее окончание скважинного зонда 16 с датчиком температуры 18 и охранный фонарь 17, изображенные на фиг.1в).

На фиг.2а) приведен скважинный зонд 19 с центраторами 20, датчиками температуры 21, расположенными вдоль окружности на расстоянии r>R₃/2 в верхней части зонда, охранным фонарем 22. Зонд перемещается в колонне 23 с помощью скребковой проволоки 24. На фиг.2б) приведены отдельно верхнее окончание скважинного зонда 26 с датчиками температуры 25 и охранный фонарь 27, изображенные на фиг.2а). На фиг.2в) приведен скважинный зонд 28 с центраторами 29, датчиками температуры 30, расположенными вдоль окружности на расстоянии r>R₃/2 в нижней части зонда, охранным фонарем 31. Зонд перемещается в колонне 32 с помощью скребковой проволоки или кабеля 33. На фиг.2г) приведены отдельно нижнее окончание скважинного зонда 36 с датчиками температуры 34 и охранный фонарь 35, изображенные на рис.2в).

На фиг.3а) приведен скважинный зонд 37 с центраторами 38, датчиками температуры 39, установленные на верхней части каждой рессоры верхнего центратора на расстоянии 12 мм<r'<(R-12) мм от оси НКТ или эксплуатационной колонны, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно. Зонд перемещается в колонне 40 с помощью скребковой проволоки или кабеля 41. На фиг.3б) приведен скважинный зонд 42 с центраторами 43, датчиками температуры 44, установленными на нижней части каждой рессоры нижнего центратора на расстоянии 12 мм<r'<(R-12) мм от оси НКТ или колонны, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно. Зонд перемещается в колонне 45 с помощью скребковой проволоки или кабеля 46.

На фиг.4а) приведен скважинный зонд 47 с центраторами 48, датчиками температуры 49, установленными на подложке 50 между рессорами верхнего центратора, 51 - ограничительная планка, 52 - геофизический кабель или скребковая проволока для спуска или подъема зонда. На фиг.4б) приведен скважинный зонд 53 с центраторами 54, датчиками температуры 55, установленными на подложке 56 между рессорами нижнего центратора, 57 - ограничительная планка, 58 - геофизический кабель или скребковая проволока для спуска или подъема зонда.

На фиг.5а) приведен скважинный зонд 59 с прижимным устройством 60, охранным фонарем 61 и датчиком температуры 62, расположенным вдоль оси в верхней части зонда. Зонд перемещается в колонне 63 с помощью скребковой проволоки 64. На фиг.5б) приведено отдельно верхнее окончание скважинного зонда 65 с датчиком температуры 66 и охранный фонарь 67, изображенные на фиг.5а). На фиг.5в) приведен скважинный зонд 68 с прижимным устройством 69, датчиком температуры 70, расположенным вдоль оси в нижней части зонда, и охранным фонарем 71. Зонд перемещается в колонне 72 с помощью скребковой проволоки или кабеля 73. На фиг.5 г) приведено отдельно нижнее окончание скважинного зонда 74 с датчиком температуры 76 и охранный фонарь 75, изображенные на фиг.5в).

При измерении температуры в скважине зондами, приведенными на фиг.4, датчики температуры могут изменять свое местоположение относительно оси зонда. Удаление датчика температуры, установленного на подложке, изготовленной из упругого материала, сдерживается ограничительной планкой. В рабочем состоянии, т.е. в процессе измерения с помощью ограничительной планки устанавливают одно и то же расстояние от датчиков температуры до оси зонда в пределах 12 мм<r'<(R-12) мм, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно.

При извлечении зонда из скважины, т.е. при перемещении зонда из колонны с большим диаметром в колонну с меньшим диаметром, рессоры "складываются", а соответственно с этим, ограничительная планка прижимает подложку с датчиком к корпусу зонда.

При измерении температуры в процессе подъема необходимо использовать зонды, изображенные на фиг.1а), 2а), 3а), 4а), 5а), а при измерении при спуске необходимо использовать зонды, изображенные на фиг.1в), 2в), 3б), 4б), 5б). При измерении температуры в скважине в процессе такого направления движения зонда жидкость перед датчиком температуры не перемешивается. В этих случаях будет измерена температура покоящейся или движущейся жидкости в НКТ (эксплуатационной колонне) вдоль линии, отстоящей от ее стенки на расстоянии r"=r₃-r_д, где r₃ и r_д - радиусы зонда и датчика температуры соответственно. По результатам таких измерений, проведенных по специальным методикам (см. патенты РФ №№2121571, 2121572, 2151866 и др.), можно получить однозначное заключение о техническом состоянии эксплуатационной колонны и НКТ.

Из методических соображений для определения нарушения герметичности НКТ и/или эксплуатационной колонны и выявления интервалов нарушения температуры пород, связанных, например, с закачкой воды в неперфорированные пласты в соседней нагнетательной скважине, датчик температуры не должен располагаться на стенке НКТ или на стенке эксплуатационной колонны. Это связано с тем, что в первом случае невозможно разделить нарушение герметичности НКТ от нарушения герметичности эксплуатационной колонны, а во втором случае невозможно разделить нарушение герметичности эксплуатационной колонны от перетока жидкости за эксплуатационной колонной, так как влияние межтрубного или заколонного пространства будет зарегистрировано через металлическую стенку НКТ или эксплуатационной колонны практически мгновенно.

Датчик температуры также не должен располагаться на оси НКТ (эксплуатационной колонны), так как в этом случае на измерение температуры в кратковременно остановленной скважине в верхних интервалах нарушения герметичности НКТ (эксплуатационной колонны) изменения градиента температуры не будет, так как в потоке жидкости в осевой части скважины градиент температуры вдоль радиуса практически равен нулю. Поэтому задача определения места нарушения герметичности НКТ (эксплуатационной колонны) не будет решена по измерениям температуры при закачке или в кратковременно остановленной скважине.

Далее, датчик температуры надо располагать на расстоянии более 12 мм как от стенки, так и от оси НКТ (эксплуатационной колонны). Первое из этих расстояний определяется тем, что на измеряемую в НКТ (эксплуатационной колонне) температуру влияние труб на расстоянии 12 мм от ее стенки сказывается через 2,5-3 мин. За это время можно измерить температуру вдоль ствола на участке 150-180 м при постоянной времени термометра τ<1 с. На таком по протяженности участке термограммы, по отношению к короткому участку, уже можно идентифицировать: имеется аномалия температуры здесь или нет.

Второе расстояние определяется градиентом температуры вдоль радиуса в потоке жидкости в НКТ (эксплуатационной колонне). Расчеты показывают, что при ламинарном режиме потока жидкости в НКТ на расстоянии первых 10-12 мм, считая от оси НКТ, изменение температуры в жидкости вдоль радиуса составляет ΔТ<0,01°С. Эта величина соответствует порогу чувствительности современных термометров.

Кроме указанных конструктивных особенностей скважинного зонда, датчики температуры должны располагаться равномерно вдоль окружности, радиус которой отвечает неравенству 12 мм<r'<(R-12) мм, где R - это радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно. Это связано с тем, что при точечном нарушении герметичности эксплуатационной колонны жидкость будет перетекать через место нарушения из конечного по величине телесного угла сектора в эксплуатационной колонне. Для определения этого места нарушения герметичности эксплуатационной колонны необходимо, чтобы датчик зарегистрировал температуру жидкости в этом секторе. Если скважинный зонд прошел вдоль линии, расположенной в диаметрально противоположной стороне относительно места нарушения герметичности эксплуатационной колонны, то аномального изменения температуры в этом случае не будет на термограмме. Поэтому измерения скважинным зондом, отвечающим п.1, п.2, п.11 и п.12 формулы изобретения, будут выявлять кольцевые интервалы нарушения герметичности эксплуатационной колонны (НКТ), например, когда муфта неплотно закручена на эксплуатационной колонне (НКТ).

Для однозначного определения технического состояния эксплуатационной колонны или НКТ в скважине при использовании зондов с одним датчиком температуры, расположенным на оси в верхней или нижней его части, предполагается, что движение жидкости через место нарушения герметичности эксплуатационной колонны или НКТ имеет место вдоль всего его периметра. При использовании зондов со многими датчиками температуры, расположенными в нижней или в верхней его частях или на центраторах, можно однозначно определить не только кольцевое, но и локальное место нарушения герметичности эксплуатационной колонны или НКТ, через которое имеется движение жидкости при переходных режимах в скважине.

На фиг.6 приведены результаты одновременного измерения температуры вдоль ствола скважины двумя датчиками температуры. Здесь представлено: в левой колонке - глубина в скважине; в средней колонке - результаты измерений датчиком температуры (средним), который расположен вдоль оси не в концевой части зонда; в правой колонке - результаты измерений датчиком температуры (нижним), который расположен в концевой - нижней части зонда так, что при движении зонда вниз перед датчиком температуры не происходит перемешивания жидкости. Измерения проведены при спуске в эксплуатационной колонне. Диаметр эксплуатационной колонны d_к=146 мм, диаметр зонда d₃=36 мм. Оба датчика располагаются вдоль оси зонда на расстоянии 17 мм от его образующей. Измерения 78 и 79 проведены одновременно средним и нижним датчиками температуры соответственно в простаивающей в течение трех дней скважине, измерения 77 и 80 - через 6 мин после прекращения закачки одновременно средним и нижним датчиками температуры соответственно.

Как видно из фиг.6, форма термограмм, зарегистрированных через 6 мин после прекращения закачки нижним и средним датчиками, существенно отличаются между собой. Если средний датчик регистрирует практически монотонное распределение температуры в интервалах глубин: 600-160 м; 160-35 м; 35-5 м, то при регистрации нижним датчиком монотонное распределение температуры можно выделить только в интервале глубин: 600-362 м; 35-7 м, а в интервалах глубин: 362-35 м отмечаются более 8 аномальных участков изменения температуры.

Такое отличие термограмм объясняется тем, что при движении скважинного зонда вдоль ствола эксплуатационной колонны вниз жидкость вытекает вверх из выфрезерованной полости, где располагается средний датчик температуры, а снизу втекает. При этом происходит перемешивание жидкости вблизи датчика температуры. Поэтому средний датчик регистрирует среднеинтегральную температуру жидкости в скважине, которая обтекает зонд. В то же время нижний датчик измеряет температуру жидкости без искажений на расстоянии r"=r₃-r_д от стенки эксплуатационной колонны, так как перемешивания жидкости перед датчиком не происходит.

Аномалии температуры, зарегистрированные нижним датчиком, связаны с утечкой жидкости через резьбовое соединение на муфтах. После доворота эксплуатационной колонны, а сделали 60 оборотов, при опрессовке скважины, наблюдавшееся ранее повышение давления между эксплуатационной колонной и кондуктором отсутствует.

Термограммы, зарегистрированные средним и нижним датчиками температуры в простаивающей в течение трех дней скважине (см. кр. 78 и 79), практически повторяют друг друга как по форме, так и по температуре. Это связано с тем, что радиальный градиент температуры очень маленький. Эти распределения температуры отражают влияние прискважинной части пород.

В отличие от этого на термограммы, зарегистрированные через 6 мин после прекращения закачки, влияние пород практически не сказывается. Радиальный градиент температуры в этом случае очень большой. Поэтому термограммы, зарегистрированные средним и нижним датчиками температуры (см. кр. 77 и 80) при неустановившихся переходных тепловых полях в скважине, будут существенно отличаться между собой.

На фиг.7 приведены результаты одновременного измерения температуры вдоль ствола в нагнетательной скважине зондом с двумя датчиками температуры. Здесь представлено: в левой колонке - глубина в скважине; в средней колонке - результаты измерений датчиком температуры (средним), который расположен не в концевой части зонда; в правой колонке - результаты измерений датчиком температуры (верхним), который расположен в концевой - верхней части зонда. Измерения проведены при подъеме зонда в НКТ. Внутренний диаметр НКТ d_НКТ=63 мм, диаметр автономного комплексного зонда d₃=36 мм. Оба датчика - верхний и средний - располагаются вдоль оси зонда на расстоянии 17 мм от его образующей. Перемещение зонда в скважине осуществляется с помощью скребковой проволоки. Диаметр проволоки d_пр=1,8 мм. Измерения 82 и 84 проведены одновременно средним и верхним датчиками температуры соответственно в процессе закачки, измерения 81 и 83 - сразу после прекращения закачки одновременно средним и верхним датчиками температуры соответственно.

Из фиг.7 видно, что температура при закачке, зарегистрированная средним (кр. 82) и верхним (кр. 84) датчиками температуры, уменьшается при увеличении глубины скважины. Аномального изменения температуры на этих кривых нет. Это и понятно, так как в процессе закачки, при большой величине приемистости скважины распределение температуры вдоль ствола в потоке жидкости отражает величину скорости потока. Аномальные изменения температуры в межтрубном пространстве (это пространство между НКТ и эксплуатационной колонной) не оказывают влияние на температуру в НКТ.

Кроме того, при больших скоростях потока жидкости в НКТ в процессе закачки не оказывают влияние на регистрируемую температуру утечки жидкости через НКТ, так как жидкость вытекает в межтрубное пространство только из очень узкой пристеночной области НКТ.

Совершенно иная форма термограмм отмечается при одновременном измерении температуры верхним и средним датчиками температуры в процессе подъема зонда сразу после прекращения закачки воды в скважину. На термограмме, зарегистрированной средним датчиком температуры (см. кр. 81), нет аномалии, а на термограмме, зарегистрированной верхним датчиком температуры (см. кр. 83), ниже глубины 475 м имеются аномалии температуры. Отсутствие аномалии на термограмме, зарегистрированной средним датчиком, объясняется перемешиванием жидкости в области расположения среднего датчика и измерением среднеинтегральной по сечению зонда температуры в скважине.

Аномалии на термограмме, зарегистрированной верхним датчиком, объясняются следующими причинами. После прекращения закачки вследствие высокого забойного давления движение жидкости вниз будет продолжаться до тех пор, пока забойное давление не сравняется с пластовым. При этом скорость движения жидкости в скважине составляет первые десятки - единицы метров в час. При такой маленькой скорости потока жидкость будет вытекать в межтрубное пространство не только из пристеночной, но и из более удаленной от стенки области НКТ. В результате в интервале нарушения герметичности НКТ будет измерена температура на расстоянии R_НКТ>r'''>r₃-r_д от стенки НКТ, а выше и ниже - на расстоянии r"=r₃-r_д, где R_HKT - радиус НКТ. Расчеты показывают, что радиальный градиент температуры в потоке жидкости перед прекращением закачки достигает величины Г=67°С/м. Поэтому места нарушения герметичности НКТ будут отмечаться «пикообразными» аномалиями температуры.

Изобретение относится к области исследования скважин и может быть использовано для геотермических исследований. Раскрыты варианты зонда, содержащего датчики температуры, установленные в верхней или нижней части зонда и равномерно размещенные вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда, и радиусом г>R_З/2, где R_З - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы. При этом зонд может быть снабжен двумя центраторами, расположенными в верхней и нижней его частях. В некоторых вариантах вдоль оси зонда в верхней или в нижней его частях размещен датчик температуры, зонд снабжен охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, и прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в нижней и верхней частях зонда, при этом датчик температуры расположен на 1-2 мм соответственно ниже или выше плоскости конца охранного фонаря. В некоторых вариантах конец охранного фонаря выполнен скошенным и охранный фонарь прижат к стенке колонны труб короткой своей образующей. Также раскрыты варианты зонда, содержащего датчики температуры и два центратора в верхней и нижней частях. Датчики температуры расположены на каждой рессоре верхнего центратора в верхней его части или на каждой рессоре нижнего центратора в нижней его части расположено по одному датчику температуры на расстоянии от оси НКТ или эксплуатационной колонны, определяемом математическим выражением. В некоторых вариантах зонд имеет два центратора в верхней и нижней его частях и датчики температуры, установленные на подложке, изготовленной из упругого материала, в нижней части зонда между рессорами нижнего центратора или в верхней части зонда между рессорами верхнего центратора, а на каждой рессоре соответствующего центратора установлена планка для ограничения отклонения подложки с датчиком температуры относительно оси зонда. Датчики температуры в верхней или нижней части зонда расположены в зависимости от направления перемещения скважинного прибора при проведении исследований. Изобретения направлены на повышение точности непрерывного измерения температуры вдоль образующей, по которой перемещается датчик температуры, за счет исключения эффекта перемешивания жидкости перед датчиком температуры. 10 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Скважинный зонд, содержащий расположенный вдоль его оси датчик температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при подъеме зонда датчик температуры установлен в верхней части зонда, при этом зонд снабжен охранным фонарем, представляющим собой трубу со скошенным концом и отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, и прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях таким образом, что охранный фонарь прижат к стенке эксплуатационной колонны или насосно-компрессорных труб (НКТ) короткой своей образующей, а датчик температуры находится на расстоянии 1÷2 мм ниже плоскости скошенного конца трубы.2. Скважинный зонд, содержащий расположенный вдоль его оси датчик температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при спуске зонда датчик температуры установлен в нижней части зонда, при этом зонд снабжен охранным фонарем, представляющим собой трубу со скошенным концом и отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, и прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях таким образом, что охранный фонарь прижат к стенке эксплуатационной колонны или НКТ короткой своей образующей, а датчик температуры находится на расстоянии 1÷2 мм выше плоскости скошенного конца трубы.3. Скважинный зонд, содержащий датчики температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда датчики температуры установлены в верхней части зонда и равномерно размещены вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда и радиусом r>R_З/2, где R_З - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы.4. Скважинный зонд по п.3, отличающийся тем, что зонд снабжен двумя центраторами, расположенными в верхней и нижней его частях.5. Скважинный зонд, содержащий датчики температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда датчики температуры установлены в нижней части зонда и равномерно размещены вдоль окружности с центром, совпадающим с осью зонда, и радиусом r>R_З/2, где R_З - радиус зонда, с охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше площади поперечного сечения трубы.6. Скважинный зонд по п.5, отличающийся тем, что зонд снабжен двумя центраторами, расположенными в верхней и нижней его частях.7. Скважинный зонд, содержащий датчики температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем на каждой рессоре верхнего центратора в верхней его части установлено по одному датчику температуры, при этом датчики расположены от оси НКТ или эксплуатационной колонны на расстоянии 12 мм <r'<(R-12) мм, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно.8. Скважинный зонд, содержащий датчики температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем на каждой рессоре нижнего центратора в нижней его части установлено по одному датчику температуры, при этом датчики расположены от оси НКТ или эксплуатационной колонны на расстоянии 12 мм <r'<(R-12) мм, где R - радиус НКТ или эксплуатационной колонны при измерении в НКТ или эксплуатационной колонне соответственно.9. Скважинный зонд, содержащий датчики температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при подъеме зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем датчики температуры установлены на подложке, изготовленной из упругого материала, в верхней части зонда между рессорами верхнего центратора, а на каждой рессоре установлена планка для ограничения отклонения подложки с датчиком температуры относительно оси зонда.10. Скважинный зонд, содержащий датчики температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиками температуры при спуске зонда зонд снабжен двумя центраторами в верхней и нижней его частях, причем датчики температуры установлены на подложке, изготовленной из упругого материала, в нижней части зонда между рессорами нижнего центратора, а на каждой рессоре установлена планка для ограничения отклонения подложки с датчиком температуры относительно оси зонда.11. Скважинный зонд, содержащий расположенный вдоль его оси датчик температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при подъеме зонда зонд снабжен прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях, и охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, причем датчик температуры и охранный фонарь расположены в верхней части зонда, а датчик температуры расположен на расстоянии 1-2 мм ниже плоскости конца трубы.12. Скважинный зонд, содержащий расположенный вдоль его оси датчик температуры, отличающийся тем, что для проведения исследований без перемешивания жидкости перед датчиком температуры при спуске зонда зонд снабжен прижимным устройством в виде двух рессор, установленных в верхней и нижней его частях, и охранным фонарем, представляющим собой трубу с отверстиями в его теле, суммарная площадь которых не меньше внутреннего поперечного сечения трубы, причем датчик температуры и охранный фонарь расположены в нижней части зонда, а датчик температуры расположен на расстоянии 1÷2 мм выше плоскости конца трубы.