СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 2008 года по МПК E21B47/12 H04B5/00 

Изобретения относятся к области исследования скважин методами нефтепромысловой геофизики.

Известны методы исследования скважин, которые можно условно разделить на две группы: гидродинамические и геофизические. С помощью этих методов решаются задачи при исследовании скважин эксплуатируемого месторождения: определение гидродинамических параметров пластов, нахождение профилей потоков, уточнение геометрии распределения запасов и структуры месторождения; изучение в процессе эксплуатации массо- и теплопереноса по пластам; определение эффективности различных технологических мероприятий и ремонтных работ; исследование технического состояния скважин, оборудования и др. Нефтяные и газовые месторождения непрерывно изменяют свои параметры в пространстве и во времени: меняются контуры нефтегазоносности, пористая среда, насыщенная нефтью и газом, заполняется водой, изменяется энергетический баланс залежи. Для наблюдения за этими изменениями, измерения и передачи на поверхность геофизической и технологической информации (ГТИ) применяют главным образом способ (А.Л.Абрукин. Потокометрия скважин. М., "Недра", 1978, с.3, 4), при котором в скважину с поверхности спускают на электрическом кабеле геофизический прибор с датчиками (температуры, давления, расхода и др.), с помощью которых на поверхность передают текущую ГТИ.

Недостатком этого способа и реализующих его устройств является ограниченность снимаемой и передаваемой на поверхность информации (только текущая ГТИ), а при необходимости снять и передать на поверхность накопленную ГТИ требуется продолжительное время (до 2-х и более суток). При этом резко снижается надежность механического и электрического контакта кабельного ввода в прибор, а также теряется эластичность брони кабеля. Следовательно, этот способ требует применения специального кабеля, способного выдерживать длительное пребывание в скважине, см. там же, с.218, 219.

Указанные недостатки, например, свойственны способу (SU 1298361 А1, 05.03.1985) исследования скважин и устройству (SU 1154441 А, 20.12.83) для исследования скважин.

Известен способ в бурении, при котором передача электрических сигналов с устья скважины передается на поверхность с помощью устройств с индуктивной связью, которые представляют собой трансформаторы, состоящие из двух кольцевых катушек, присоединенных к концам соединяемых секций встроенного в бурильные трубы токоподвода (А.А.Молчанов, Э.ЕЛукьянов, В.А.Рапин. Геофизические исследования горизонтальных нефтегазовых скважин. С.-Петербург: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), 2001, с.54).

Недостатки этого способа передачи электрических сигналов и его технической реализации в бурении очевидны: множество соединений между секциями (2 соединения на одну бурильную трубу или свечу), что влечет за собой снижение надежности канала связи и повышает его затухание.

Недостатки эти будут присущи и в случае применения данного способа и его реализации в нефтепромысловой геофизике для исследования скважин, не говоря уже о том, что такой способ является затратным и не технологичным.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому способу является способ, при котором опрашиваемые скважинные приборы с датчиками находятся в скважине, например встроены в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), а ГТИ с них снимают и передают на поверхность с помощью спускаемого в скважину электрического кабеля путем создания механического и электрического контакта кабеля и скважинного прибора (А.Л.Абрукин. Потокометрия скважин. М., "Недра", 1978, с.217).

Недостатком этого способа и реализующего его устройства является также наличие стыковочного узла, создающего механический и электрический контакт между спускаемым кабелем и скважинным прибором. Кроме того, такие контакты требуют точной установки разъемных элементов, которые к тому же чувствительны к механическим повреждениям.

Требуемый технический результат (иначе - цель создания заявляемых объектов) заключается в обеспечении известным техническим решениям более высоких потребительских свойств путем минимизации технологических операций при исследовании скважин и сокращения времени на опрос скважинных приборов.

Требуемый технический результат в заявляемом способе исследования скважин согласно способу-прототипу, при котором питание скважинных приборов (модулей), съем и передачу на поверхность текущей и накопленной в памяти микропроцессоров геофизической и технологической информации осуществляют путем организации трансформаторной связи между индуктивной катушкой спускаемого на кабеле прибора и индуктивными катушками скважинных приборов (модулей), каждый из которых представляет собой коаксиально полую конструкцию для прохождения внутри них спускаемого прибора с индуктивной катушкой, а число опрашиваемых скважинных приборов (модулей), устанавливаемых в скважине, определяется объемом исследований и решаемых задач.

Требуемый технический результат в части устройства для реализации заявляемого способа, как показывают стендовые и промышленные испытания заявляемого устройства и опыт эксплуатации прототипа-устройства, достигается тем, что известное устройство, содержащее наземный источник питания, наземный цифровой регистратор, спускаемый прибор, кабель питания и приема геофизической и технологической информации, соединенный по одной жиле с положительным полюсом источника напряжения, спускаемым прибором, а по второй - с цифровым регистратором, спускаемым прибором и через резистор с отрицательным полюсом источника напряжения, скважинные приборы (модули), а спускаемый прибор функционально представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное, электрически нагруженный на коаксиально полую индуктивную катушку, конструктивно разнесенную с корпусом спускаемого прибора жесткой связью, обеспечивающей прохождение продукции скважины через ее сквозные отверстия и электрическую связь между индуктивной катушкой и спускаемым прибором, причем индуктивная катушка помещена в герметичную оболочку, а каждый из скважинных приборов (модулей) конструктивно представляет собой коаксиально полую вставку с резьбами на концах для их соединения с насосно-компрессорными трубами, причем во вставке организована полость, внутри которой размещены коаксиально полая индуктивная катушка, выпрямитель, модулятор, автономный источник питания, микропроцессор, блок датчиков, причем индуктивная катушка скважинного прибора электрически подключена к входу выпрямителя и к модулятору, а выход выпрямителя соединен с модулятором и микропроцессором, автономный источник питания подключен к блоку датчиков и микропроцессору, который в свою очередь по информационным входам (выходам) подключен к модулятору и блоку датчиков, а по управляющим входам - к блоку датчиков и автономному источнику питания.

Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемый способ и реализующее его устройство для исследования скважин) вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами предполагает соответствие заявляемых объектов критериям изобретения.

На графических материалах представлены общая схема устройства для реализации заявляемого способа исследования скважин (фигура 1) и вариант организации трансформаторной связи между индуктивными катушками спускаемого прибора и скважинного прибора (модуля) в скважинных условиях (фигура 2).

Устройство (фигура 1 и фигура 2) содержит наземный источник питания 1, наземный цифровой регистратор 2, спускаемый прибор 3, кабель питания и приема геофизической и технологической информации 4, который по одной жиле соединен с положительным полюсом источника питания 4, спускаемым прибором 3, а по второй - с цифровым регистратором 2, спускаемым прибором 3 и через резистор 5 с отрицательным полюсом источника питания 1. Спускаемый прибор 3 функционально представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное 7, электрически нагруженный на коаксиально полую индуктивную катушку 8. Индуктивная катушка 8 конструктивно разнесена с корпусом спускаемого прибора 3 жесткой связью 9, обеспечивающей прохождение продукции скважины через ее сквозные отверстия 10 и электрическую связь 11 между индуктивной катушкой 8 и спускаемым прибором. Каждый из скважинных приборов (модулей) 6 конструктивно представляет собой коаксиально полую вставку 13 с резьбами на концах 14 для их соединения с НКТ 15. Во вставке 13 организована полость 16, в которой размещены коаксиально полая индуктивная катушка 17, выпрямитель 18, модулятор 19, автономный источник питания 20, микропроцессор 21 и блок датчиков 22. Индуктивная катушка 17 скважинного прибора 6 электрически подключена к входу выпрямителя 18 и к модулятору 19. Выход выпрямителя 18 соединен с модулятором 19 и микропроцессором 21. Автономный источник питания 20 подключен к блоку датчиков 22 и к микропроцессору 21, который в свою очередь по информационным входам (выходам) 23, 24 подключен к модулятору 19 и блоку датчиков 22, а по управляющим входам 25, 26 к блоку датчиков 22 и автономному источнику питания 20.

Устройство реализует заявляемый способ следующим образом.

В исходном состоянии скважинные приборы (модули) 6, корпусы которых выполнены в виде коаксиально полых вставок 13 с резьбами 14, встроены с помощью этих резьб в насосно-компрессорные трубы 15. Напряжение автономного источника питания 20 каждого из скважинных приборов 6 подано на микропроцессор 21 и блок датчиков 22. Микропроцессор 21 по специальной программе опрашивает датчики, а результаты опроса (измерения и контроля) заносит в память.

В скважину через НКТ 15 спускают на кабеле 4 прибор 3, функционально представляющий собой преобразователь постоянного напряжения в переменное 7, нагруженный электрически на коаксиально полую индуктивную катушку 8. По кабелю 4 с поверхности подают постоянное напряжение от наземного источника питания 1, которое в преобразователе 7 преобразуется в переменное напряжение высокой частоты (до 1000 Гц). При дальнейшем спуске прибора 3 индуктивная катушка 8 спускаемого прибора 3 входит в полость коаксиально полой индуктивной катушки 17 скважинного прибора 6. За счет индуктивной связи между катушками в индуктивной катушке 17 скважинного прибора 6 наводится переменное напряжение высокой частоты (до 1000 Гц), которое, проходя через выпрямитель 18, выпрямляется, стабилизируется и поступает на модулятор 19 и микропроцессор 21. Микропроцессор 21 при необходимости (если автономный источник питания 20 разрядился) дает команду по управляющему входу 26 на его зарядку от выпрямителя 18 и передает текущую и накопленную в памяти микропроцессора ГТИ на модулятор 19, который модулирует ток, потребляемый от выпрямителя 18 и соответственно ток, потребляемый от наземного источника питания 1. Модулированный сигнал в виде напряжения снимается с резистора 5 и подается на наземный цифровой регистратор 2, где он демодулируется и преобразуется в цифру. После опроса 1-го скважинного прибора (модуля) прибор 3 опускается вниз, и алгоритм работы устройства повторяется при входе индуктивной катушки 8 в полость индуктивной катушки 17 очередного скважинного прибора (модуля). Число опрашиваемых скважинных приборов (модулей), устанавливаемых в скважине, определяется объемом исследований и решаемых задач. Скважинные приборы могут и не комплектоваться автономными источниками питания, тогда алгоритм работы устройства несколько изменяется. В этом случае на поверхность по кабелю 4 передается только текущая ГТИ, а питание датчиков 22 (управляющий вход 25), модулятора 19 и микропроцессора 21 осуществляется от выпрямителя 18. При необходимости иметь накопленную ГТИ спускаемый прибор 3 остается в скважине на требуемое время, при этом микропроцессор 21 по заранее заданной программе производит многократный циклический опрос датчиков.

Конструктивно жесткая связь между корпусом спускаемого прибора 3 и индуктивной катушкой 8 выполнена с рядом сквозных отверстий 10, которые технологически необходимы для прохождения через них продукции скважины.

Индуктивная катушка 8 спускаемого прибора 3 помещена в герметичную оболочку 12, которая предохраняет обмотку индуктивной катушки и электрический вывод 11 от нее от воздействия рабочей среды (продукции) скважины.

Совокупность существенных признаков (в том числе и отличительных) заявляемого способа исследования скважин и устройства для реализации этого способа обеспечивают достижение требуемого технического результата, соответствуют критериям "изобретения" и подлежат защите охранным, документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.

Изобретение относится к нефтепромысловой геофизике и предназначено для исследования скважин. Техническим результатом изобретения является обеспечение более высоких потребительских свойств путем минимизации технологических операций при исследовании скважин и сокращения времени на опрос скважинных приборов. Для этого с помощью спускаемого по кабелю в скважину прибора с индуктивной катушкой, используя трансформаторную связь между ней и индуктивными катушками скважинных приборов (модулей), представляющих собой коаксиально полые конструкции, передают с поверхности напряжение питания, а на поверхность - текущую и накопленную в памяти микропроцессоров модулей геофизическую и технологическую информацию. Устройство содержит наземные источник питания и цифровой регистратор, спускаемый прибор с жестко закрепленной по его низу с полой индуктивной катушкой, модули в виде коаксиально полых вставок с резьбами на концах для соединения с насосно-компрессорными трубами. В каждой вставке организована полость для размещения в ней коаксиально полой индуктивной катушки, автономного источника питания, датчиков и электронных устройств. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ исследования скважин, при котором производят поочередный опрос скважинных приборов (модулей), отличающийся тем, что питание скважинных приборов (модулей), съем и передачу на поверхность текущей и накопленной в памяти микропроцессоров геофизической и технологической информации осуществляют путем организации трансформаторной связи между индуктивной катушкой спускаемого на кабеле прибора и индуктивными катушками скважинных приборов (модулей), каждый из которых представляет собой коаксиально полую конструкцию для прохождения внутри них спускаемого прибора с индуктивной катушкой.2. Устройство реализации способа исследования скважин по п.1, содержащее наземный источник питания, наземный цифровой регистратор, спускаемый прибор, кабель питания и приема геофизической и технологической информации, соединенный по одной жиле с положительным полюсом источника питания, спускаемым прибором, а по второй - с цифровым регистратором, спускаемым прибором и через резистор с отрицательным полюсом источника питания, скважинные приборы (модули), отличающееся тем, что спускаемый прибор функционально представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное, электрически нагруженный на коаксиально полую индуктивную катушку, конструктивно разнесенную с корпусом спускаемого прибора жесткой связью, обеспечивающей прохождение продукции скважины через ее сквозные отверстия и электрическую связь между индуктивной катушкой и спускаемым прибором, причем индуктивная катушка помещена в герметичную оболочку, а каждый из скважинных приборов (модулей) конструктивно представляет собой коаксиально полую вставку с резьбами на концах для их соединения с насосно-компрессорными трубами, причем во вставке организована полость, внутри которой размещены коаксиально полая индуктивная катушка, выпрямитель, модулятор, автономный источник питания, микропроцессор, блок датчиков, причем индуктивная катушка скважинного прибора электрически подключена к входу выпрямителя и к модулятору, а выход выпрямителя соединен с модулятором и микропроцессором, автономный источник питания подключен к блоку датчиков и микропроцессору, который, в свою очередь, по информационным входам (выходам) подключен к модулятору и блоку датчиков, а по управляющим входам - к блоку датчиков и автономному источнику питания.3. Устройство реализации способа исследования скважин по п.1, отличающееся тем, что число опрашиваемых скважинных приборов (модулей), устанавливаемых в скважине, определяется объемом исследований и решаемых задач.