ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ОБЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК E21B47/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам и устройству каротажа и, в частности, к способам радиоактивного каротажа с целью определения присутствия нежелательного потока воды в пустотах в цементе или каналах за стальной обсадной трубой в обсаженной скважине, а также потока в стволе скважины и граничащей с ним трубе.

Уровень техники

Нежелательное проникновение жидкости между продуктивными пластами вдоль обсаженной части скважины в течение долгого времени остается проблемой нефтяной отрасли. Проникновение чистой или соленой воды из прилегающий водоносных песков в нефтеносный песок может загрязнять нефть, выдаваемую скважиной, до такой степени, что добыча нефти из этой скважины может стать коммерчески нецелесообразной из-за "обводненности". Аналогично, в неглубоких водяных скважинах, служащих для получения чистой питьевой воды с целью снабжения населенных пунктов или для других подобных целей, загрязнение чистой питьевой воды за счет миграции из соседних песков соленой воды также может ухудшить качество питьевой воды до такой степени, что она станет непригодной для использования населением без очистки от загрязнения.

Для обоих этих примеров в течение многих лет было экспериментально установлено, что загрязнение чистой питьевой воды или продуктивных нефтеносных песков может происходить неоднократно из-за нежелательного проникновения воды из прилежащих песков по затрубному пространству между стальной обсадной трубой, используемой для закрепления стенок скважины, и самой стенкой скважины. Как правило, стальная обсадная труба, используемая для этой цели, цементируется на месте. Если при заканчивании скважины работы по цементированию проведены с хорошим качеством, проблемы передачи жидкости между продуктивными слоями не возникает. Однако в некоторых районах, где неплотные, высокопроницаемые пески типичны для добычи нефти, этот песок может впоследствии осесть вблизи ствола скважины, даже при высоком качестве цементирования. При этом может возникнуть миграция воды вдоль наружной поверхности цементной оболочки из близлежащего водоносного песка в продуктивный пласт. Кроме того, проблема нежелательной передачи жидкости возникает, когда первично проведенное цементирование разрушается из-за проходящих поблизости потоков жидкости. Аналогично, несмотря на цементирование, проведенное с хорошим качеством, могут присутствовать продольные каналы или полости, распределенные по длине, что допускает нежелательную передачу жидкости между близлежащими водоносными песками и продуктивным пластом.

Другая проблема, которая может привести к нежелательной передаче жидкости вдоль ствола скважины между продуктивными нефтеносными слоями и близлежащими водоносными песками, связана с так называемыми "микрозазорами" между обсадной трубой и цементным камнем. Это явление возникает из-за того, что, когда цемент продавливают с низа обсадной колонны вверх в затрубное пространство между обсадной трубой и породой (или через перфорации в обсадной трубе), на трубу обычно воздействует высокий перепад давления, необходимый для продавливания цемента в затрубное пространство. Высокий перепад давления может привести к расширению обсадной трубы. Когда в дальнейшем для начала эксплуатации скважины это давление снимается, первоначально находившаяся в расширенном состоянии обсадная труба может сжаться и отойти от цементной оболочки, сформированной вокруг нее в затрубном пространстве между обсадной трубой и породой. При таком сжатии между обсадной трубой и цементной оболочкой может остаться пустое пространство, которое иногда называют микрозазором. В некоторых случаях, если при первичном цементировании расширение обсадной трубы было значительным (как это имеет место для глубоких скважин, когда требуется высокое гидростатическое давление), обсадная труба может при сжатии отойти от цементной оболочки, оставляя микрозазоры достаточной ширины, чтобы жидкость проникала из близлежащих водоносных песков по микрозазорам в эксплуатационные перфорационные каналы, приводя к нежелательной обводненности.

В патенте US 4032780, выданном на имя Раар и др., описан способ определения объемного расхода и линейной скорости потока воды, который нежелателен и проходит за обсадной трубой. В нем осуществляют непрерывное облучение толщи пород за обсадной трубой с использованием скважинного прибора с нейтронным источником с энергией 14 МэВ. При непрерывном нейтронном облучении в подлежащем обнаружению нежелательном потоке воды активируются ядра элементарного О¹⁶. Спаренные разнесенные друг от друг детекторы, расположенные выше или ниже нейтронного источника, регистрируют распад нестабильного изотопа N¹⁶ и по нему определяют линейную скорость нежелательного потока воды. С использованием вычисления расстояния R до области нежелательного потока можно вывести объемный расход V.

В патенте US 5461909, выданном на имя Arnold, раскрыта модификация описанного выше способа, в которой линейная скорость потока, полуширина распределения по времени и общий счет определяются непосредственно по результирующей кривой скорости счета. Радиальное положение и расход определяются с использованием заданного соотношения между полушириной распределения по времени, радиальным положением и линейной скоростью потока и заданного соотношения между линейной скоростью потока, радиальным положением и отношением расхода к общему счету для каротажного прибора. Направление потока определяется по наличию или отсутствию перемещающегося N¹⁶ выше или ниже источника.

В рассмотренных выше ссылках не затрагивается проблема жидкостей более чем одного вида, протекающих в стволе скважины. В патенте US 5404752, выданном на имя Chace и др., раскрыт способ измерения скоростей потоков воды, движущихся в одном направлении в разных каналах, расположенных в скважинах нагнетания или эксплуатационных скважинах. Способ позволяет по активации кислорода проводить измерение скорости потока воды в кольцевом промежутке за обсадной трубой в присутствии воды, протекающей в насосно-компрессорной колонне в том же направлении. Способ позволяет проводить каротаж при постоянной или переменной скорости кабеля, а также каротаж в стационарных условиях. На основании способа измерения скорости в данном способе выделяется сигнал от потока в затрубном пространстве и может быть получена диаграмма непрерывного каротажа по глубине объемного расхода и линейной скорости в затрубном пространстве.

Рассмотренные способы основаны на измерениях общего счета в выделенном энергетическом окне. Как было отмечено, в способе, предложенном Раар, требуется непрерывное облучение. В способе, предложенном Arnold, используется нейтронный источник, и требуется коррекция на фоновый сигнал. В обоих способах импульсы выдаются с относительно высокой частотой. В способе, предложенном в патенте US 5404752, при применении его для двойного потока сначала определяется внутренний расход, и затем этот определенный внутренний расход используется для определения наружного расхода. Было бы желательно иметь способ, в котором отсутствует необходимость в такой коррекции на фоновые сигналы и в последующем определении расхода.

Настоящее изобретение направлено на решение этой задачи.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении представлены способ и устройство определения скорости потока первой жидкости в скважине, проходящей через толщу пород. Толщу пород облучают импульсным источником излучения. Первый временной сигнал отображает приведение источника в действие, а второй временной сигнал получают в месте, расположенном на расстоянии от источника. Первый временной сигнал может быть получен или в промежуточном местоположении от рассеянного гамма-излучения, испускаемого в результате процесса активации кислорода (при распаде ядер N¹⁶ обратно в ядра О¹⁶), или в том же местоположении от гамма-излучения неупругого взаимодействия. В первом случае расстояние между первым и вторым временными сигналами эквивалентно расстоянию между первым и вторым детекторами, а во втором случае расстояние между первым и вторым временными сигналами эквивалентно расстоянию между источником и детектором. Источник излучения может быть импульсным нейтронным источником, активирующим ядра О¹⁶ жидкости, переводя их в ядра N¹⁶. При последующем распаде N¹⁶ образуется гамма-излучение, которое может быть изменено двумя детекторами. В одном из вариантов выполнения изобретения оба детектора реагируют на возникающее гамма-излучение, и тогда расстояние между двумя детекторами используют при определении скорости.

Определение скорости может быть основано на корреляции первого и второго временных сигналов. Для определения скорости может быть использован расположенный на поверхности или в скважине процессор. Может быть выполнено масштабирование временных сигналов. В альтернативном варианте определение скорости может быть основано на корреляции производных по времени первого и второго временных сигналов. Первый и второй временные сигналы заключают в себе число импульсов, регистрируемых детекторами и накопленное за временной интервал дискретизации. Использование третьего детектора делает возможным определение скоростей двух жидкостей в скважине. Жидкости в скважине могут находиться внутри трубы (колонны) или в указанной скважине в кольцевом промежутке за обсадной трубой. По выбору для анализа временных сигналов могут быть использованы методы подобия.

При соответствующей калибровке может быть определен объемный расход жидкостей. При известных объемном расходе и скорости потока может быть определена эффективная площадь потока. В дополнительном варианте выполнения изобретения для подсчета разницы между передними и задними фронтами временных сигналов вместо действительных расстояний могут использоваться эффективные расстояния. Для установления значений эффективных расстояний необходима калибровка.

Обычно источник излучения выдает импульсы с постоянными интервалами. Чтобы обойти проблему наложения сигналов, могут быть использованы стохастически распределенные импульсы. В альтернативном варианте выполнения изобретения, чтобы избежать наложения сигналов, изменяют на заданную величину длительность интервала подачи импульсов.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятно из ниже следующего описания со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым элементам, и на которых:

на фиг.1 (уровень техники) в качестве примера схематически представлено устройство, в котором можно использовать способ в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2 (уровень техники) в увеличенном виде показана часть фиг.1, включающая каротажный прибор;

на фиг.3 схематически показаны временные сигналы (после нормализации), измеренные у двух разнесенных друг от друга детекторов;

на фиг.4 показана ситуация, в которой ближний детектор обладает немедленным откликом на приведение в действие источника;

на фиг.5 иллюстрируется вариант выполнения изобретения, в котором проводится дифференцирование сигналов;

на фиг.6 показана схема регистрации при движении потока жидкости в двух различных направлениях;

фиг.7а-7в иллюстрируют вариант выполнения изобретения, воспроизводящий способ измерения в стационарном состоянии, известный из уровня техники; и

фиг.8 иллюстрирует способ определения объема жидкости.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения

На фиг.1 и 2 представлено поперечное сечение части нагнетательной скважины, проходящей через толщу прод 10 к области, связанной с зоной 12 нагнетания. В обсадной трубе 14 против проницаемой зоны 12 нагнетания имеется группа перфорационных отверстий 16. В нагнетательной трубе 18, вставленной в обсадную трубу 14, выполнены отверстия 19, так что нагнетаемая жидкость проходит под давлением в межтрубное пространство 20 между внутренним напорным трубопроводом или нагнетательной трубой 18 и наружным трубопроводом или обсадной трубой 14, а из межтрубного пространства 20 через перфорационные отверстия 16 в толщу пород, увлекая нефть в направлении эксплуатационной скважины (не показана). Пакеры 13 и 15 ограничивают распространение нагнетаемой воды в обсадной трубе 14 до размеров продуктивного пласта 12. Потоки воды в межтрубном пространстве и в нагнетательном трубопроводе имеют одно и то же направление, что показано стрелками V1 и V2, соответственно (однако, это не является отличительным признаком способа в соответствии с настоящим изобретением). Скорость каротажного прибора 22 обозначена стрелкой Vc (скорость кабеля).

Каротажный прибор 22 представляет собой модификацию известного прибора нейтронного каротажа. Он содержит удлиненную оправку 24 из соответствующего материала, подвешенную на кабеле 26, соединенном с буровой лебедкой 27 на поверхности для перемещения через внутренний напорный трубопровод или нагнетательную трубу 18. Скорость прибора 22 при его перемещении по напорному трубопроводу 18 измеряется спидометром/измерителем скорости 29 любого известного типа, который может быть связан с блоком, через который проходит несущий кабель 26.

Импульсный нейтронный источник 28 закреплен в одной из концевых частей прибора 22 и отделен от закрепленных внутри ближнего и дальнего детекторов 30 и 32 гамма-излучения защитой 34. Может быть также предусмотрен третий детектор 36 гамма-излучения. Должно быть понятно, что детекторы могут быть установлены ниже указанного источника, как показано на фиг.1, или выше источника, или в любой комбинации этих положений, то есть по меньшей мере один детектор ниже и по меньшей мере один детектор выше. Выбор конфигурации зависит от направления измеряемого потока воды. С нижней частью прибора 22 соединен механический измеритель 40 скорости потока, предназначенный для измерения скорости жидкости во внутреннем напорном трубопроводе относительно прибора. Электронный блок обработки сигнала установлен в одном из отсеков прибора и предназначен для дискриминации сигналов низкоэнергетического гамма-излучения на фоне высокоэнергетического наведенного излучения, испускаемого кислородом. Значения скоростей счета в скважинном приборе преобразуются в цифровую форму и телеметрически передаются на поверхность через соответствующие жилы в несущем кабеле 26 в блок 31 обработки и накопления (архивного хранения), находящийся там. В качестве варианта может быть предусмотрена вспомогательная линия связи (не показана), по которой данные передаются к удаленному пункту. В одном из вариантов выполнения изобретения могут быть введены четыре детектора, расположенные на расстояниях в 1, 2, 4 и 12 футов (0,3, 0,6, 1,2 и 3,6 м). В альтернативном варианте выполнения изобретения процессор может находиться в скважине.

В известных из уровня техники способах, например в способе, предложенном в патенте US 5404752, нейтронный источник выдает импульсы с частотой 1 кГц в течение 28 миллисекунд (мс) и затем отключается на 8 мс, в течение которых проводится измерение скорости счета. В настоящем изобретении напротив интенсивность нейтронного источника может возрастать до максимального уровня в течение десяти секунд, сохраняться, в основном, постоянной от двадцати до тридцати секунд или около того и затем спадать в течение десятисекундного интервала. В альтернативном варианте включение и выключение источника могут быть, в основном, мгновенными. Каждый из детекторов измеряет скорости счета или сигналы. Значения скоростей счета с каждого из детекторов, снятые с соответствующим интервалом дискретизации, накапливаются в процессоре, причем интервал дискретизации составляет, например, 0,5 секунды. Значения скорости счета снимаются для соответствующего уровня энергии. В одном из вариантов выполнения изобретения ведется подсчет для зарегистрированных гамма-квантов, имеющих энергию выше 3,5 МэВ. Верхняя граница энергетического окна может составлять 8 МэВ или около того. Из накопленных значений скорости счета формируется временной сигнал.

Фиг.3 иллюстрирует основной принцип способа в соответствии с настоящим изобретением. Показанные кривые 101 и 103 отображают временные сигналы, полученный для двух детекторов. По оси абсцисс отложено время, а по оси ординат - накопленные за интервал дискретизации значения скорости счета. Как указывалось выше, как правило, интервал дискретизации составляет каждые 0,5 секунды, и общее время измерения может меняться в зависимости от скорости потока и расстояния источник-детектор или детектор-детектор. Для случая, когда имеется только одна скорость потока, сигнал 101 соответствует измерениям, сделанным детектором, находящимся ближе к источнику, чем детектор, измеряющий сигнал 103. Так как возникновение сигналов является результатом радиоактивного распада N¹⁶ с периодом полураспада около 7,13 секунд, абсолютный уровень сигнала, измеренного находящимся дальше детектором, будет меньше, чем абсолютный уровень сигнала, измеренного находящимся ближе к источнику детектором. На графике, представленном на фиг.3, проведена соответствующая нормализация сигналов, так что они выглядят имеющими сопоставимые амплитуды. Расстояние Δd между ближним и дальним детекторами известно. Следовательно, измеряя время задержки Δt между сигналом 101 и сигналом 103, можно определить скорость ν_r:

Эта подсчитанная скорость ν_r представляет собой измеренную скорость жидкости относительно скорости каротажного прибора ν_r. При неподвижном каротажном приборе скорость ν_r будет такой же, как действительная скорость жидкости. При движущемся каротажном приборе действительная скорость жидкости v_f определяется, как:

причем понятно, что имеется ввиду векторное суммирование. При дальнейшем рассмотрении способа в соответствии с настоящим изобретением сделано предположение, что каротажный прибор неподвижен, и что может быть сделана соответствующая коррекция на скорость движения прибора.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения время задержки Δt получается путем взаимной корреляции сигналов 101 и 103. Если ближний детектор находится достаточно далеко от источника, сигнал 101 соответствует активационному переходу О¹⁶ в N¹⁶, и возникающее гамма-излучение обусловлено распадом N¹⁶. Однако если ближний детектор находится достаточно близко к источнику, он может немедленно реагировать на приведение в действие источника благодаря неупругому взаимодействию и захвату. Это отражено на фиг.4, на которой видно, что, если ближний детектор D₁' находится в ограниченной линией 121 области, в которой имеют место акты неупругого взаимодействия и захвата, то он немедленно реагирует на приведение источника в действие. Дальний источник реагирует на возникновение N¹⁶ через некоторое время задержки, связанное со скоростью прохождения жидкости от места расположения источника до детектора D₂ и соответствующим расстоянием Δd'.

Время задержки может быть также получено путем определения точек перегиба кривой сигналов на восходящих и падающих участках графиков 101 и 103. Это показано на фиг.5, на которой, как и ранее, кривые 101 и 103 соответствуют сигналам с двух детекторов. Кривые 151 и 153 являются первыми производными по отношению к временным кривым 101 и 103. Временная задержка может быть затем получена из Δτ₁ то есть из временной задержки между максимумами кривых 151 и 153, или из Δτ₂, то есть временной задержки между минимумами кривых 151 и 153.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения можно измерять поток жидкости, перемещающейся в любом направлении. Это требует наличия по меньшей мере двух детекторов гамма-излучения, расположенных по противоположные стороны от источника и предназначенных для регистрации сигналов, обусловленных распадом N¹⁶. Они обозначены как D₂ и D₃, как показано на фиг.6а. Кроме того, для создания временной точки отсчета необходим отдельный детектор, обозначенный как D₁' и реагирующий на сигналы неупругого взаимодействия, возникающие при приведении в действие источника. В качестве альтернативы отдельному детектору D₁' по схеме, представленной на фиг.6b, можно использовать два детектора, регистрирующие сигналы, обусловленные распадом N¹⁶ и расположенные по обеим сторонам от источника.

Для специалистов в данной области техники будет понятно, что в некотором смысле сигналы, регистрируемые в данном случае, аналогичны акустическим сигналам, распространяющимся в стволе скважины. Существует хорошо разработанная методика анализа таких акустических сигналов, основанная на анализе подобия. Также хорошо разработано так называемое τ-р преобразование, при котором сигналы во временных координатах преобразуются в координаты временной задержки (задержка является обратной величиной скорости). Анализ подобия или упаковка преобразованных сигналов в τ-р координатах вдоль линий постоянной задержки (или скорости) это широко известный метод идентификации сигналов, имеющих линейное приращение времени поступления во временных координатах. Эти методы особенно эффективны при разделении сигналов с различными скоростями распространения. Такие методы хорошо известны в области обработки акустических сигналов и в данном случае не рассматриваются. Пример такой обработки приведен в патенте US 6023443 на имя Dubinsky и др., правообладатель которого тот же, что и у настоящего изобретения и который полностью включен в данную заявку в качестве ссылки. В контексте настоящего изобретения эти методы преобразования полезны при обработке сигналов с нескольких детекторов и для разделения потоков жидкости, распространяющихся в различных направлениях и/или с различными скоростями.

Может быть использован смешанный способ, в котором данные, полученные описанным образом, могут быть обработаны несколько по-иному и применены в известном из предшествующего уровня техники способе измерения скорости при отсутствии перемещения прибора. Если проинтегрировать значения скоростей счета с каждого из детекторов в течение времени наличия сигнала от активированной воды, сделав поправку на присутствие фона, можно использовать эти данные в следующей стандартной формуле:

где А и В представляют собой скорости счета с детекторов, определенные интегрированием, Δd - расстояние между детекторами, ν_t - скорость каротажа и λ - постоянная распада активированного кислорода. Обозначения D соответствуют фоновым значениям для соответствующих детекторов. Это схематически показано на фиг.7а-7в. На фиг.7а представлены сигналы 101 и 103 с двух разных детекторов. На фиг.7б представлен сигнал 101' с площадью А, соответствующей общим скоростям счета для ближнего детектора. На фиг.7в представлен сигнал 103' и скорости счета для дальнего детектора.

Испускающий нейтроны источник не работает как точечный, то есть активированная им вода имеет некоторую "протяженность". При задействованном источнике вода активируется на некотором небольшом расстоянии впереди источника и взаимодействует с детектором немного раньше, чем его достигнет вода с места расположения источника. Наоборот, когда источник перекрыт, вода позади источника все же немного активируется и достигает детектора немного позже, чем прогнозируется. В одном из вариантов выполнения изобретения для возрастающего края вводится эффективная длина, которая меньше, чем действительная длина. Для заднего участка эффективная длина наоборот больше, чем действительная длина. Калибровка проводится путем регистрации данных при стабильных условиях водозаполнения (в пласте), когда прибор движется с известной постоянной скоростью. Скорость прибора может быть затем использована как эффективная скорость воды, и обработка данных при решении уравнения проводится для эффективных расстояний от источника до детектора для возрастающего и спадающего краев (фронтов).

В одном из вариантов выполнения изобретения калибровка используется для определения объема движущейся воды. Калибровка может проводиться на площади ствола скважины известного диаметра, который, в основном, заполнен водой. Скорость воды известна, и может быть получена скорость счета интегрированием данных для этой скорости. Следовательно, может быть определена функция отклика, описывающая отклик скорости счета детектора при изменении скорости воды и изменяющаяся только в зависимости от одной неизвестной переменной, а именно от выхода источника. Данные, полученные в результате калибровки, определяют скорость счета при известных скорости и объеме воды для постоянного значения выхода источника. Это делает возможным сопоставить теоретический отклик с полученными данными, так что для любой скорости, подсчитанной при проведении каротажа, можно по скорости счета определить соотношение присутствующего объема воды и объема воды, присутствовавшего при проведении калибровки. Объем представляет собой отношение скоростей счета, скорректированных на скорость.

Это схематически показано на фиг.8. Кривая 151 это калибровочная кривая, отображающая скорость счета как функцию от скорости потока, на 100% состоящего из воды. Можно рассмотреть следующий пример. Если в результате измерений получена скорость потока 30 футов/мин (0,15 м/с), то, если бы поток на 100% состоял из воды, ожидаемая скорость счета была бы N2. Если в результате измерений получена скорость счета N1, то объем воды определяется просто отношением N1/N2. Зная объем воды и скорость потока, можно определить эффективную площадь потока.

Потенциальный источник ошибки может иметь место, когда активированный кислород достигает детектора за время большее, чем время между периодами "включения" источника. Это может приводить к неправильному определению скорости за счет корреляции импульсов детектора с ошибочным периодом включения источника. Такое явление в обработке сигнала называется "наложением сигналов". Для предотвращения возникновения такого несоответствия в одном из вариантов выполнения изобретения для каждых N циклов включения источника приведение в действие источника отмечается специальным сигналом синхронизации. Значение N может быть любым целым числом, большим, чем, скажем, 5 или тому подобное. Примерами таких сигналов синхронизации может служить: увеличение времени "включения" источника на заданную величину, уменьшение времени "включения" источника на заданную величину и пропуск "включения" источника. В другом варианте выполнения изобретения момент времени приведения в действие источника есть случайная величина, и действительный момент его включения может передаваться в процессор.

В альтернативном варианте выполнения изобретения может быть использован отдельный детектор, расположенный на некотором расстоянии от источника. Отклик этого детектора на неупругое взаимодействие и захватное гамма-излучение, возникающие при приведении источника в действие, в основном, мгновенный. Соответственно, отклик этого детектора может быть использован для обозначения момента времени приведения источника в действие. Отклик детектора на рассеянное гамма-излучение, испускаемое в результате активации кислорода (при распаде ядер N¹⁶ обратно в О¹⁶), представляет собой, как было описано для приведенного выше варианта выполнения, отклик на поток жидкости. Эффективное расстояние для подсчета скорости равно расстоянию между источником и детектором. Этот способ является усовершенствованием способа, описанного у Симпсона (Simpson) и др., в котором момент времени включения берется по электронному импульсу, используемому для приведения в действие нейтронного источника. В этом альтернативном варианте используется момент включения, отсчет которого основывается на регистрации выхода нейтронного источника, что более корректно, так как существует некоторая задержка во времени, свойственная процессу приведения в действие нейтронного источника.

С использованием варианта выполнения с одним детектором можно также определить скорости потоков двух различных жидкостей. Например, можно рассмотреть два одновременных потока, перемещающихся в одном и том же направлении, но один поток проходит внутри напорного трубопровода, а другой в пространстве между напорной трубой и наружной обсадной колонной (или в кольцевом промежутке между ними). Детектор гамма-излучения, например, может регистрировать сигнал, имеющий две разнесенные точки перегиба кривой, так время прихода сигнала активации по трубе и по кольцевому промежутку разное. Способы выделения точек перегиба, описанные выше, могут быть распространены на определение двух точек перегиба по втором временном сигнале (то есть в отклике детектора гамма-излучения), и для определения двух скоростей может быть проведена корреляция с первым временным сигналом.

Описанный выше способ с проведением калибровки может быть распространен на определение объемов двух (или более) потоков воды, регистрируемых и измеряемых описанным в предшествующем абзаце способом или любым другим способом измерения одновременных потоков воды, описанным выше.

Специалисты в данной области техники смогут предложить другие варианты выполнения изобретения, которые не выходят за рамки настоящего изобретения. Соответственно, объем притязаний изобретения определяется только приведенной формулой изобретения.

Использование: для определения скорости потока жидкости в стволе скважины методом импульсного облучения. Сущность: заключается в том, что облучают толщу пород импульсным источником излучения, получают первый временной сигнал, возникающий в результате облучения и отображающий момент времени приведения в действие источника, получают один второй временной сигнал, возникающий в результате облучения одного детектора, расположенного на расстоянии от источника и отображающего скорость потока первой жидкости, и осуществляют определение скорости потока на основе анализа первого временного сигнала, одного второго временного сигнала и расстояния между местом, где измеряется первый временной сигнал и одним детектором или между источником излучения и одним детектором. Технический результат: повышение точности определения скорости потока жидкости в стволе скважины. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ определения скорости потока первой жидкости в стволе скважины, проходящей через толщу пород, в котором
а) облучают толщу пород импульсным источником излучения,
б) получают первый временной сигнал, возникающий в результате облучения и отображающий момент времени приведения в действие
источника,
в) получают по меньшей мере один второй временной сигнал, возникающий в результате облучения по меньшей мере одного детектора, расположенного на расстоянии от источника, и отображающего скорость потока первой жидкости, и
г) осуществляют определение скорости потока на основе анализа первого временного сигнала, по меньшей мере одного второго временного сигнала и расстояния между местом, где измеряется первый временной сигнал, и по меньшей мере одним детектором или между источником излучения и по меньшей мере одним детектором.

2. Способ по п.1, в котором указанный импульсный источник излучения включает импульсный нейтронный источник.

3. Способ по п.1, в котором указанное облучение преобразует ядра О¹⁶ в указанной первой жидкости в ядра N¹⁶, испускающие гамма-излучение.

4. Способ по п.1, в котором первый временной сигнал включает гамма-излучение неупругого взаимодействия, измеренное по меньшей мере одним детектором, и второй временной сигнал включает рассеянное гамма-излучение, измеренное по меньшей мере одним детектором.

5. Способ по п.1, в котором первый временной сигнал включает рассеянное гамма-излучение, измеренное у дополнительного детектора, расположенного между источником и указанным по меньшей мере одним детектором, а второй временной сигнал включает рассеянное гамма-излучение, измеренное у по меньшей мере одного детектора.

6. Способ по п.1, в котором определение скорости потока основано на корреляции между первым временным сигналом и по меньшей мере одним вторым временным сигналом.

7. Способ по п.1, в котором осуществляют масштабирование первого временного сигнала и указанного по меньшей мере одного второго временного сигнала.

8. Способ по п.1, в котором определение скорости потока основано на дифференцировании по времени первого временного сигнала и по меньшей мере одного второго временного сигнала с целью получения первого дифференцированного по времени сигнала и по меньшей мере одного второго дифференцированного по времени сигнала.

9. Способ по п.8, в котором осуществляют корреляцию первого дифференцированного по времени сигнала и по меньшей мере одного второго дифференцированного по времени сигнала.

10. Способ по п.8, в котором перед указанным дифференцированием по времени осуществляют масштабирование первого временного сигнала и по меньшей мере одного второго временного сигнала.

11. Способ по п.1, в котором дополнительно осуществляют определение скорости потока второй жидкости в стволе скважины.

12. Способ по п.11, в котором первая жидкость и вторая жидкость находятся в по меньшей мере одной трубе в стволе скважины или в затрубном пространстве снаружи обсадной трубы в стволе скважины.

13. Способ по п.1, в котором скорости потока определяют на основе подобия между первым временным сигналом и по меньшей мере одним вторым временным сигналом.

14. Способ по п.1, в котором осуществляют использование калибровочных измерений для определения объемного расхода первой жидкости.

15. Способ по п.14, в котором дополнительно осуществляют определение по скорости потока и объемному расходу эффективной площади потока первой жидкости.

16. Способ по п.1, в котором упомянутые расстояния на шаге (в) представляют собой эффективные расстояния, определяемые по действительному расстоянию путем калибровки.

17. Способ по п.1, в котором источник излучения выдает импульсы с постоянным интервалом или случайным интервалом.

18. Способ по п.17, в котором осуществляют изменение продолжительности импульса источника на заданный интервал.

19. Способ по п.1, в котором первый временной сигнал включает накопление импульсов первого детектора за время интервала дискретизации.

20. Устройство для определения скорости потока первой жидкости в стволе скважины, проходящей через толщу пород, содержащее
импульсный источник излучения, облучающий толщу пород,
по меньшей мере один детектор, расположенный на расстоянии от источника излучения и выдающий в ответ на указанное облучение временной сигнал, отображающий скорость потока первой жидкости, и
процессор, определяющий скорость потока первой жидкости с использованием временного сигнала и дополнительного временного сигнала, отображающего приведение в действие источника излучения, и расстояния между детектором, выдающим дополнительный временной сигнал, и указанным по меньшей мере одним детектором, или между источником и указанным по меньшей мере одним детектором.

21. Устройство по п.20, в котором импульсный источник излучения включает импульсный нейтронный источник.

22. Устройство по п.20, в котором указанное облучение преобразует ядра О¹⁶ в первой жидкости в ядра N¹⁶, испускающие гамма-излучение.

23. Устройство по п.20, в котором один детектор выдает временной сигнал и дополнительные временные сигналы, причем временной сигнал включает гамма-излучение неупругого взаимодействия, а дополнительный временной сигнал включает рассеянное гамма-излучение.

24. Устройство по п.20, в котором дополнительный временной сигнал обусловлен рассеянным гамма-излучением, измеренным у детектора, расположенного между источником и по меньшей мере одним детектором, а временной сигнал включает рассеянное гамма-излучение, измеренное у по меньшей мере одного детектора.

25. Устройство по п.20, в котором указанный процессор определяет скорость потока на основе корреляции между указанным временным сигналом и дополнительным временным сигналом.

26. Устройство по п.20, в котором процессор определяет скорость потока на основе дифференцирования по времени временного сигнала и дополнительного временного сигнала для получения первого дифференцированного по времени сигнала и по меньшей мере одного второго дифференцированного по времени сигнала.

27. Устройство по п.20, содержащее по меньшей мере два расположенных на расстоянии от источника детектора.

28. Устройство по п.20, в котором процессор дополнительно определяет скорость потока второй жидкости в указанном стволе скважины.

29. Устройство по п.28, в котором первая и вторая жидкости находятся в по меньшей мере одной трубе в стволе скважины или в затрубном пространстве снаружи обсадной трубы в стволе скважины.

30. Устройство по п.20, в котором в процессоре используется калибровочное измерение для определения объемного расхода первой жидкости.

31. Устройство по п.30, в котором в процессоре дополнительно определяется эффективная площадь потока первой жидкости на основе скорости потока и объемного расхода.

32. Устройство по п.20, в котором по меньшей мере одно из расстояний включает эффективное расстояние, определяемое по действительному расстоянию путем калибровки.

33. Устройство по п.20, в котором источник излучения выдает импульсы с постоянным интервалом или случайным интервалом.

34. Устройство по п.20, в котором в процессоре изменяется продолжительность импульса указанного источника на заданный интервал.

35. Устройство по п.20, в котором процессор находится на поверхности или в скважине.

36. Устройство по п.20, в котором в процессоре производится интегрирование первого и по меньшей мере одного второго временного сигнала.