УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО БУРЕНИЯ И КАРОТАЖА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО БУРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК E21B7/15 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к бурению и каротажу, в частности для разработки углеводородов в подземных пластах.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к установке и способу для электроимпульсного бурения и каротажа и устройству для электроимпульсного бурения, в частности пригодному для применения в данном способе.

Предпосылки создания изобретения и предшествующий уровень техники

Большинство залежей газа и/или жидких углеводородов расположены под землей внутри слоев отложений горных пород. Подземное бурение для добычи углеводородных текучих сред из пластов, содержащих углеводороды, является весьма дорогостоящим. Для увеличения вероятности попадания скважины в коллектор, содержащий углеводороды, подземное пространство картируется настолько, насколько возможно перед бурением. Сейсмические методики, и, в меньшей степени, электромагнитные методики используют для упомянутого картирования. Но также во время бурения большой интерес представляет наличие геологической информации для лучшего планирования и управления буровыми работами, для осуществления добычи из предполагаемых или идентифицированных углеводородных коллекторов. Предпочтительно, упомянутая информация является подробной и корректной, насколько возможно для усовершенствованного планирования и управления буровыми работами. Бурение выполняют бурильной колонной, вращаемой с поверхности. В альтернативном способе используют забойный двигатель, расположенный вблизи бурового долота для вращения последнего. Забойный двигатель, например, можно приводить в действие циркуляцией бурового раствора.

Третьим способом бурения является, так называемое, электроимпульсное бурение. В электроимпульсном бурении используют мощные электрические импульсы для разрушения пласта вместо чисто механической обработки, используемой в традиционной технологии бурения. Более конкретно, используют, по меньшей мере, два электрода, разделенных изоляционным материалом, при этом один электрод заряжается до высокого электрического потенциала, а другой электрод заземлен. При достаточно высокой зарядке мощный искровой разряд должен создаваться при закорачивании электродов током, проходящим путь наименьшего сопротивления от заряженного электрода до заземленного электрода. Буровое долото для электроимпульсного бурения содержит, по меньшей мере, два типа электродов в различных конфигурациях и может также содержать один или несколько дополнительных электродов, которые во время работы должны получать потенциал между упомянутыми электродами, так называемые, плавающие электроды. Существует требование для высокого напряжения, обычно несколько киловольт и высокой величины тока для подачи энергии, достаточной для разрушения пласта впереди бурового долота, где расположены электроды. Для достаточной действенности требуется мощное оборудование электропитания, обычно содержащее ряд элементов для зарядки и последующей разрядки электроэнергии, обычно имеющих форму конденсаторов. В зависимости от пласта и рабочих параметров электрический искровой разряд должен создать продольную волну сжатия в буровом растворе впереди бурового долота или создать плазменный канал в пласте или на его поверхности, в обоих случаях приводящие к разрушению пласта.

Электроимпульсное бурение описано в нескольких патентах, три из которых описаны ниже.

В патенте США 4741405 раскрыто устройство для сфокусированного электроимпульсного бурения, содержащее несколько электродов. Буровое долото включает в себя, по меньшей мере, первый электрод, соединенный с линией формирования импульсов, второй электрод, соединенный с потенциалом земли, и ряд третьих электродов, расположенных вблизи первого и второго электродов и являющихся плавающими электродами. После зарядки первого электрода в надлежащих условиях искровой разряд должен создаваться между первым электродом и одним из третьих электродов, далее со следующим из третьих электродов, пока искровой разряд не дойдет к заземленному второму электроду. Буровое долото расположено напротив пласта, окруженное рабочей текучей средой, и искровые разряды создают волну сжатия в рабочей текучей среде, направленную на материал, подлежащий выбуриванию. Считается, что в рабочей текучей среде образуются плазменные каналы, результатом чего являются волны сжатия, в свою очередь имеющие достаточную энергию для разрушения материала, подлежащего выбуриванию. Посредством сложного переключения соединений линий формирования импульса между блоком электропитания и выбранными первыми электродами в буровом долоте можно получить фокусирование волны сжатия для регулирования и направления бурения. Электропитание высокого напряжения можно подавать в линию формирования импульса на забое скважины или с поверхности. Описан ряд средств для этой цели, среди них, использование генератора Маркса в качестве источника высокого напряжения. Дополнительно описано, например, в колонке 4, строках 32-46, что электроимпульсный бур, сам по себе, можно использовать в качестве источника сейсмических импульсов для определения положения бурового долота и, тем самым, положения ствола скважины. Более конкретно, волны сжатия, создаваемые буровым долотом, используют в качестве сейсмических импульсов, которые может принимать сеть блоков сейсмоприемников, установленных на поверхности вблизи ствола скважины. Сейсмические данные годографа можно обрабатывать в режиме реального времени и постоянное представление положения ствола скважины и отклонений от нормали можно проецировать с использованием выделенного блока. Отклонения затем можно использовать для коррекции и направления устройства бурения посредством генерирования управляющих сигналов с поверхности. В патенте имеется только короткое описание анализа сейсмического годографа для определения положения, ничего не сказано о выполнении картирования параметров пласта на основании принятых сейсмических или других данных.

В патенте РФ 2167991 С2 электроимпульсное бурение описано в форме вращательного бурения с механическим инструментом, с прохождением высоковольтных электрических импульсов по забою ствола скважины для уменьшения прочности пласта. Это обеспечивает более эффективное бурение.

В публикации WO 03/069110 A1 описано электроимпульсное бурение в виде бурения плазменным каналом. Более конкретно, описаны устройство и способ, использующие генератор высокого импульсного напряжения, соединенный с электродной установкой, размещенной на блоке удаления материала устройства, в стволе скважины, при этом устройство выполнено с возможностью создания электрических импульсов для создания плазменных каналов, одного за другим в течение секунды в материале или на его поверхности, чтобы материал удалялся посредством быстрого расширения плазменного канала, разрывающего и раскалывающего массив материала. Используют частоту 1-100 импульсов в секунду, обычно 5-25 импульсов в секунду, продолжительностью 1-50 микросекунд, и время накачки менее 150, обычно - менее 100 наносекунд, с высоким напряжением в пределах 10-50 кВ и полезным эффектом 1-100 МВт. Напряжение ограничено величиной около 50 кВ для исключения трудновыполнимых требований к изоляции. Можно бурить стволы с диаметром до 100 мм. Бурение в «сухом» стволе скважины также возможно, смотри страницу 6, строка 22, но предпочтительно использование бурового раствора низкой электропроводности, такого как вода, что является предпочтительным для удаления обломков. Электроды расположены концентрично. Публикация раскрывает физические параметры, связанные с электроимпульсным бурением. Важность диэлектрических свойств текучей среды и пласта впереди бурового долота описаны относительно различных рабочих параметров. Кроме прочего, описано, что при относительно высоком напряжении, электрический пробой должен происходить в пласте, а не в текучей среде, окружающей буровое долото. На фигурах 6 и 7 показан пробой изоляционного диэлектрика (либо материала выбуренного пласта или текучей среды, окружающей буровое долото) как функции напряжения или напряженности поля и времени разрядки. Аналогично описана и показана важность расстояния между электродами. На странице 16 в строках 7-21, для параметров работы, в результате которой происходит электрический пробой в пласте вместо текучей среды, объясняется, как плазменные каналы должны постепенно разрушать пласт по всей площади бурового долота в направлении бурения, поскольку плазменный канал стремится проходить по пути наименьшего сопротивления, которым в данном случае должен являться пласт. Образование плазменного канала должно с течением времени поворачиваться на 360° вокруг передней грани бурового долота, при этом материал впереди всего бурового долота разрушается и нет необходимости вращения самого бурового долота с электродами. Дополнительно описано, что генератор импульсов предпочтительно может генерировать импульс высокого напряжения в форме волны вблизи критического задемпфированного ответа от цепи, образованной при выработке плазменного канала. Результатом образования плазменного канала является разрушение диэлектрического сопротивления, поэтому для образования плазменного канала следует ждать повторного установления диэлектрического сопротивления. В публикации нет рассмотрения электроимпульсного бурения и проведения одновременно какого-либо каротажа.

Измерения в процессе бурения (ИПБ) означают сбор данных давления, температуры и траектории бурения в трех измерениях во время бурения или связанные бурением. Измерения во время бурения для картирования самого пласта обычно называют каротажом в процессе бурения (КПБ), который включает в себя измерение таких параметров, как удельное сопротивление, пористость, скорость звука и гамма-излучение. В патенте США 5881310 раскрыто измерение и каротаж в процессе бурения. В упомянутом патенте описано, что бурильную колонну и буровое долото можно использовать, как источники акустических сигналов, но электроимпульсное бурение не упомянуто.

В публикации WO 2004/083898 A1 описаны способ и устройство для определения свойств подземных коллекторов посредством использования передатчиков электромагнитных и сейсмических колебаний, имеющих по существу идентичное размещение на земле или морском дне и создающих сигналы, принимаемые электромагнитным приемником и сейсмическим приемником, при этом приемники имеют по существу идентичное размещение на земле или морском дне и отделены от передатчиков. Предпочтительно используют низкие частоты акустических и электромагнитных колебаний, в диапазоне 0,1-20 Гц, чтобы иметь зону досягаемости. Посредством анализа и сравнения различных составляющих электромагнитного поля и акустического отражения, особенно преломленных составляющих, данные, указывающие на присутствие углеводородного коллектора, можно идентифицировать и анализировать. В публикации WO 02/14906 A1 описаны способ и устройство для определения свойств подземных коллекторов. Электромагнитное поле наводится с морского дна с использованием дипольной антенны-передатчика, данное поле регистрируют с использованием дипольной антенны-приемника. Измерения снимаются с антенны-приемника как в режиме реального времени, так и параллельно и разница между двумя комплектами измерений дает индикацию объекта, представляющего интерес. В зависимости от угла падения и состояния поляризации и падающей электромагнитной волны на слое высокого удельного сопротивления можно возбудить канализированный или волноводный типы прохождения волны в слое. Такой слой высокого удельного сопротивления может являться слоем, содержащим углеводороды. Волна канализированного типа распространяется поперечно вдоль слоя и выпускает энергию обратно в кровлю и приемники, установленные на морском дне. Волна канализированного типа возбуждается только для падающей волны с поперечной магнитной поляризацией, означающей магнитное поле, перпендикулярное плоскости падения, и с углами падения вблизи угла Брюстера и критического угла (угла полного отражения). Для электромагнитных волн с поперечной электрической поляризацией канализированный тип не должен возбуждаться. С передатчиком, генерирующим волны обоих указанных типов, но с изменяющейся ориентацией передатчика, при необходимости, с использованием ортогонально ориентированных антенн приемника, можно принимать оба типа волн с различной чувствительностью.

Вышеупомянутые способы подземного картирования являются всеобъемлющими и дорогостоящими. Часто сигналы имеют помехи, вследствие интерференции и взаимодействия, помимо прочего, с другими источниками длинного пути прохождения сигнала, и проблем слабого контакта с морским дном и эффектами возмущения в окружающей морской воде.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа электроимпульсного бурения и каротажа и, в частности, для сбора всеобъемлющих, предпочтительно, независимых данных и устройства для электроимпульсного бурения, наиболее подходящего для одновременного электроимпульсного бурения и создания сигналов для каротажа.

Согласно изобретению создана установка для электроимпульсного бурения и каротажа, содержащая устройство для электроимпульсного бурения, по меньшей мере, один приемник акустических сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения, и, по меньшей мере, один приемник электромагнитных сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения.

Вышеуказанные акустические сигналы означают любой тип упругого или сейсмического сигнала, создаваемого устройством для электроимпульсного бурения. Электромагнитные сигналы означают любой тип электрических, электромагнитных и магнитных сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения

Приемники акустических и электромагнитных сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения, являются приемниками любого известного типа и размещения, годные для приема упомянутых сигналов.

Приемники акустических сигналов могут быть приспособлен измерять три вектора перемещения и одну составляющую давления и расположены в одном или нескольких положениях, выбранных из следующих положений: на морском дне, на земной поверхности, в воде над морским дном, в одном или нескольких отдельных стволах скважин, в стволе скважины, в котором используется устройство для электроимпульсного бурения. Таким образом можно определить составляющие сдвига и давления акустических волн. Целесообразно использовать, пьезоэлектрические приемники с измерением по трем осям, гидрофоны и сейсмографы.

Приемники электромагнитных сигналов могут быть расположены в одном или нескольких положениях, выбранных из следующих положений: на морском дне, на земной поверхности, в воде над морским дном, в одном или нескольких отдельных стволах скважин, в стволе скважины, в котором используется устройство для электроимпульсного бурения.

Термином «приемник электромагнитных сигналов» обозначены приемники напряженности электрического поля, электромагнитные приемники и приемники напряженности магнитного поля. Приемники напряженности электрического поля содержат, например, антенны с электродами различного типа, такими как серебро-серебро-хлорид, электроды с графитовым наполнением, оптоволоконные датчики, симметричные вибраторные антенны и антенны с диэлектрическими пластинами. Электромагнитные приемники содержат, например, кольцевые антенны и катушки с ферромагнитным сердечником или без него и магнетометры с индукционной катушкой. Приемники напряженности магнитного поля можно разделить на две основные группы: магнитометры для Н<1 мТ (миллитесла) и измерители магнитной индукции для Н>1 мТ (миллитесла). Магнитометры можно разделить на две подгруппы: векторные, например индукционные, феррозондовые, квантовые, магниторезистивные и оптоволоконные магнитометры, и скалярные, например магнитометры с оптической накачкой и протонной точностью. Измерителями магнитной индукции, например, являются флюксметры с магнитосопротивлением эффекта Холла, магнитодиодные и магнитотранзисторные. Приемники можно предпочтительно располагать парами и тройками для измерения всех составляющих электромагнитного поля. Наиболее предпочтительными являются дипольные электроды серебро-серебро-хлорид или катушки с ферромагнитным сердечником для измерения напряженности и электрического и магнитного поля на поверхности, соответственно, по причине простоты в изготовлении, низкой стоимости и хорошего качества измерений. В стволе скважины кольцевые антенны, такие как рамочные антенны или круговые антенны являются наиболее предпочтительными для электромагнитных измерений по совпадающим причинам. Вышеупомянутые приемники предпочтительно размещать вместе группами для выполнения нескольких типов измерений с одного места, что упрощает анализ измеренных данных. Дополнительно, многие группы приемников предпочтительно располагать, в частности, на морском дне, для создания нескольких комплектов измерений и хорошей точности установки. Приемники создают предпочтительно электрические, акустические, радио, электромагнитные или оптические сигналы, которые передаются в форме необработанных данных или обработанных данных по кабелю или другому средству на площадку на поверхности, предпочтительно с возможностью считывания и обработки в режиме реального времени. В стволе скважины, где используют устройство для электроимпульсного бурения, приемники предпочтительно располагают парами, например, вблизи друг друга вдоль бурильной колонны и, кроме того, диаметрально противоположно вокруг бурильной колонны, для более простой идентификации и удаления нежелательных сигналов и определения положения отраженных сигналов или сигналов, представляющих интерес. Измерительные устройства измеряют цепочки данных во времени с частотой измерения, адаптированной к частоте генерируемых волн.

Установка может дополнительно содержать дипольные электроды серебро-серебро-хлорид и катушки с ферромагнитным сердечником для измерения электрических и магнитных сигналов, соответственно, на поверхности или морском дне.

Установка может дополнительно содержать рамочные антенны для измерения электромагнитных сигналов в стволе скважины.

Установка может содержать устройство, соединенное с приемниками акустических колебаний и приемниками электромагнитных колебаний, записывающее, сохраняющее и обрабатывающее данные из приемников, соединенное с устройством для электроимпульсного бурения или обеспечивающее возможность считывания данных оператору устройства для электроимпульсного бурения для управления электроимпульсным бурением на основании измерений и/или обработанных данных вручную или автоматически.

Устройство для электроимпульсного бурения может быть выполнено с возможностью регулирования параметров работы для образования плазмы в буровом растворе впереди бурового долота или в пласте или на поверхности забоя пласта впереди бурового долота.

Это является важным не только для процесса бурения и управления им, но также для создания данных различного типа. Существуют причины для прогнозирования, что образование плазменного канала в пласте или на его поверхности должно давать электромагнитные и акустические сигнатуры плазменного канала, отличающиеся от сигнатур образования плазменного канала в буровом растворе. Образование плазменного канала в буровом растворе создает волну сжатия и электромагнитную волну, которые по причине отражения на стыке пласта считаются имеющими меньшее проникновение в пласт, и отличающееся содержание сдвиговых и поперечных составляющих для генерируемых волновых полей, чем образование плазменного канала в пласте (и возможно на его поверхности). Дополнительно, выходной эффект образования плазменного канала в буровом растворе должен быть слабее, и физический механизм способа раскалывания пласта должен быть отличающимся.

Устройство для электроимпульсного бурения может содержать, по меньшей мере, три зарядных электрода для зарядки высокого напряжения и последующей разрядки, расположенных в разделенных, угловых секторах по окружности, и, по меньшей мере, один заземляющий электрод, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены на передней бурильной грани бурового долота с изоляцией между электродами и с индивидуальным соединением с возможностью включения зарядных электродов с источником питания высокого напряжения регулируемого действия.

Согласно изобретению создан способ электроимпульсного бурения и каротажа, содержащий спуск устройства для электроимпульсного бурения в ствол скважин на конце бурильной колонны или на конце каротажного кабеля или гибкой насосно-компрессорной трубы, электроимпульсное бурение пласта с одновременным созданием электромагнитных и акустических сигналов, прием акустических сигналов, по меньшей мере, одним приемником таких сигналов, прием электромагнитных сигналов, по меньшей мере, одним приемником таких сигналов, и использование принятых данных непосредственно или в обработанной форме для управления электроимпульсным бурением.

Согласно изобретению создано устройство для электроимпульсного бурения, содержащее, по меньшей мере, три зарядных электрода для зарядки до высокого напряжения и последовательной разрядки, расположенных в разделенных угловых секторах по окружности, и по меньшей мере, один заземляющий электрод, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены на передней бурильной грани бурового долота с изоляцией между электродами и соединены с источником питания высокого напряжения для обеспечения регулируемого зарядного напряжения для последующей разрядки через электроды.

Источником питания высокого напряжения можно управлять для создания плазменного канала как в пласте, так и на его поверхности, или в буровом растворе, с улучшенным управлением устройством как для электроимпульсного бурения, так и для создания акустических и электромагнитных сигналов различного типа. Частоту созданного волнового поля можно контролировать переключением.

Зарядные электроды могут быть выполнены с возможностью индивидуального включения соединением с источником питания высокого напряжения регулируемого действия.

Зарядное напряжение может быть регулируемым от 0 до 300 кВ.

Согласно другому варианту выполнения устройство для электроимпульсного бурения содержит зарядный электрод электрода для зарядки до высокого напряжения и последовательной разрядки и заземляющий электрод, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены на, по меньшей мере, части бурового долота и соединены с источником питания высокого напряжения для обеспечения регулируемого зарядного напряжения для последующей разрядки через электроды.

Настоящее изобретение имеет преимущества в том, что источник сигналов для каротажа одновременно является устройством для бурения, и генерируемые сигналы проходят более короткий путь, чем при генерировании на поверхности, что обеспечивает меньшее глушение и меньшее присутствие возмущающих сигналов. Дополнительно, из одного источника можно создавать независимые сигналы в форме акустических и электромагнитных сигналов, и электромагнитные и акустические сигналы можно создавать различными рабочими параметрами и создавать независимые комплекты измерений. Таким образом, при относительно низкой стоимости можно получить множество данных, идентичных и/или независимых измерений, что обеспечивает данные хорошей статистической важности. Возможной является работа изобретения с использованием только уже известного оборудования.

Описание чертежей

Настоящее изобретение проиллюстрировано чертежами, на которых показано следующее:

фигура 1 изображает установку согласно изобретению;

фигуры 2А и 2В показывают устройство для электроимпульсного бурения согласно изобретению;

фигура 3 показывает сечение, иллюстрирующее расположение приемников и устройства для электроимпульсного бурения установки и способа согласно изобретению.

Подробное описание

На фигуре 1 показана установка 1 согласно изобретению, содержащая устройство 2 для электроимпульсного бурения, по меньшей мере, один приемник 3 акустических сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения, и, по меньшей мере, один приемник 4 электромагнитных сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения. Приемники 3 и 4 функционально соединены с блоком 2а, принимающим и обрабатывающим сигналы, для использования в ручном или автоматическом управлении электроимпульсным бурением на основании данных измерений. Таким образом, электроимпульсным бурением можно управлять для проникновения в углеводородный коллектор и его проходки, поскольку данные измерений могут давать информацию о месторасположении долота относительно упомянутого коллектора. Для достижения наилучших функциональных возможностей от устройства для электроимпульсного бурения требуется способность обеспечения данных измерений достаточного качества для оконтуривания и определения параметров углеводородного коллектора. Такое устройство для электроимпульсного бурения создано изобретением и показано на фигурах 2А и 2В.

Более конкретно, на фигуре 2А показано устройство 2 для электроимпульсного бурения, содержащее три зарядных электрода 2b для зарядки высокого напряжения и последующей разрядки, расположенных в разделенных угловых секторах по окружности и, по меньшей мере, один заземляющий электрод 2с, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены в передней бурильной грани 2d бурового долота с изоляцией между электродами и с индивидуальным с возможностью включения соединением зарядных электродов с источником 2е высокого напряжения регулируемого действия. На чертеже показаны три зарядных электрода 2b, расположенных с разделением в секторах в 120° по окружности бурильной грани 2d. Этого достаточно для возможности фокусирования электроимпульсного бурения в любом направлении посредством переменной зарядки зарядных электродов 2b для отклонения электроимпульсного бура на необходимый угол. Вместе с тем, для увеличения диаметра ствола скважины и площади передней бурильной грани и возможностей наведения предпочтительно использовать четыре или более зарядных электрода, расположенных по окружности на передней грани бурового долота, как показано на фигуре 2В. Буровое долото для электроимпульсного бурения, показанное на фигуре 2В, содержит восемь зарядных электродов 2b и два концентричных заземляющих электрода 2с. Передняя бурильная грань бурового долота также содержит изоляцию 2f между электродами 2b и отверстия 2g для циркуляции бурового раствора. Электроды соединены линиями 2h образования импульса с блоком 2е электропитания, который, в свою очередь, соединен с блоком 2а приема и обработки данных от приемников электромагнитных и акустических сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения, как показано на фигуре 2А. Для ясности, фигуры начерчены без масштаба и без всех позиций ссылки. Блок 2е электропитания может осуществлять зарядку, обеспечивающую создание плазменного канала только в пласте или на его поверхности, и зарядку, обеспечивающую создание плазменного канала только в буровом растворе впереди бурового долота, и регулируется для прицельного фокусирования действия бурения.

Упомянутое фокусирование достигается посредством выбора заряжающихся электродов, или секций, или групп заряжающихся электродов, чтобы фокусировать действие бурения под углом в необходимом направлении, чтобы электроимпульсный бур не осуществлял бурения с одинаковой производительностью по всей передней бурильной грани. Например, при бурении в песчанике, и с интервалом 5 см между электродами, требуется зарядное напряжение до, по меньшей мере, 250 кВ для создания плазменного канала в песчанике или на его поверхности вместо образования в буровом растворе из воды согласно фигуре 6 публикации WO 03/069110. Для сфокусированного бурения в песчанике поэтому выбирается зарядное напряжение ниже 250 кВ и электроды, создающие необходимое отклонение направления бурения. В описанной во введении публикации WO 03/069110 дополнительное управление осуществляется надлежащими параметрами работы, как показано, в частности, на фигурах 6-8 и описании к ним. Блок электропитания обычно может представлять собой адаптированный генератор Маркса. Линия формирования импульса обычно может представлять собой линию формирования импульса Блумлейна. Зарядное напряжение может предпочтительно быть регулируемым, по меньшей мере, от 0 до 300 кВ, наиболее предпочтительно, таким, чтобы образование плазменного канала могло происходить в пласте любого типа, через который ведется бурение, при фактическом расстоянии между электродами. Обычная изоляция между электродами имеет форму керамического материала. Дополнительную информацию по линии формирования импульса, блоку электропитания, зарядному напряжению и действию разделения электродов можно найти в публикации WO 03/069110 и патенте США 4741405.

На фигуре 3 показано сечение, иллюстрирующее расположение приемников и устройства для электроимпульсного бурения установки и способа согласно изобретению. Показано множество приемников 3, 4 акустических и электромагнитных сигналов. Приемники 3, 4 расположены в море 5 над морским дном 6, на морском дне 6, в геологических слоях 7, 8 и 9 вглубь от морского дна в отдельных стволах скважин и в стволе 13 скважины, где используется устройство для электроимпульсного бурения. Под кровлей 10 обнаружены газ 11 и нефть 12. Устройством для электроимпульсного бурения 2 ствол 13 скважины 13 бурят дополнительно для вскрытия стволом 13 скважины упомянутые залежи газа и нефти для последующей добычи газа и нефти через ствол скважины.

Устройство для электроимпульсного бурения должно во время работы создавать акустические и электромагнитные волны с частотой, определенной частотой включения и разрядки, и содержанием энергии и составляющими, зависящими от действия разрядки и способа образования плазменного канала в буровом растворе, или в пласте, или на его поверхности. Более конкретно, акустические волны должны содержать составляющие как волны сжатия, так и поперечной волны, и электромагнитные волны должны содержать составляющие волны с поперечной электрической поляризацией и волны с поперечной магнитной поляризацией. Устройство для электроимпульсного бурения должно первоначально отсылать короткий ответ неправильной формы, ограниченный во времени и постоянной частотой спектра акустических и электромагнитных волн, результатом которого являются данные во временной области. Передача длинных периодических сигналов в определенное время с устройства для электроимпульсного бурения имеет результатом, в принципе, в спектре непостоянной частоты данные в частотной области. В принципе, задачей является использование всех типов данных, которые может генерировать устройство для электроимпульсного бурения как данных во временной области, так и данных в частотной области.

Приемники акустических и электромагнитных сигналов должны принимать всеобъемлющий набор сигналов с прямыми, отраженными, преломленными, отклоненными и излученными составляющими. Среди сигналов должны быть особенно востребованными составляющие, дающие информацию для оконтуривания и определения параметров зон, представляющих интерес, в коллекторе. Составляющие акустических поперечных волн, сформированных напрямую устройством для электроимпульсного бурения или отражениями, должны до ограниченного уровня распространяться через коллекторы, содержащие текучую среду, поскольку текучие среды не передают поперечные волны. Зоны, содержащие текучую среду, в частности, зоны, содержащие нефть и газ, должны обычно иметь удельное электрическое сопротивление, отклоняющееся от окружающих сред и кровли пласта. Электромагнитные составляющие волн с поперечной магнитной поляризацией, в зависимости от угла падения, могут создавать волну канализированного типа в слое высокого удельного электрического сопротивления, как описано в публикации WO 02/14906 A1. Предпочтительно, используют много приемников, с различным размещением для обеспечения высокой точности определения месторасположения по анализу годографа. Передатчик устройство для электроимпульсного бурения и приемники должны быть синхронизированы в режиме реального времени, например, с системой глобального позиционирования, и передающая функция передатчика и приемников должны измеряться или рассчитываться. Для приемников, сохраняющих сигналы предварительно, время должно регистрироваться вместе с принимаемыми данными для корректировки любого отклонения времени. Дополнительно, измерения можно предпочтительно выполнять на интервале бурения для образования составляющих, пригодных для определения свойств, представляющих интерес. Предпочтительно, можно выполнить множество измерений для получения данных, которые можно обработать усреднением и отфильтровыванием помех и нежелательных составляющих сигнала. Анализ и обработка данных измерений является комплексной и проблемной операцией. Данные можно анализировать с использованием существующих технологий, таких, например, как описанные в публикациях WO 02/14906 A3 и WO 2004/083898 A1, и разрабатываемых технологий.

При бурении скважин можно предпочтительно использовать обычную технологию бурения для верхних частей ствола скважины, имеющей больший диаметр, чем можно получить электроимпульсным бурением, но с переключением на электроимпульсное бурение, когда ствол скважины находится близко к идентифицированному коллектору. Для восприятия усилий, генерируемых устройством для электроимпульсного бурения, и обеспечения успешного доступа вглубь стволов наклонно-направленных скважин, устройство для электроимпульсного бурения можно выполнить в виде установки низа бурильной колонны.

Предложенная группа изобретений относится к бурению скважин электроимпульсным методом. Техническим результатом является обеспечение эффективного электроимпульсного бурения с одновременным каротажем скважины. Предложенная установка для бурения и каротажа содержит устройство электроимпульсного бурения и, по меньшей мере, один приемник акустических сигналов, и, по меньшей мере, один приемник электромагнитных сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения. При этом приемники акустических сигналов приспособлены измерять три вектора перемещения и одну составляющую давления. Кроме того установка содержит дипольные электроды серебро-серебро-хлорид и катушки с ферромагнитным сердечником для измерения электрических и магнитных сигналов, на поверхности или морском дне, и рамочные антенны для измерения электромагнитных сигналов в стволе скважины. Предложены также способ бурения и каротажа и устройство для электроимпульсного бурения. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для электроимпульсного бурения и каротажа, содержащая устройство для электроимпульсного бурения, по меньшей мере, один приемник акустических сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения, и, по меньшей мере, один приемник электромагнитных сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения.

2. Установка по п.1, в которой приемники акустических сигналов приспособлены измерять три вектора перемещения и одну составляющую давления и расположены в одном или нескольких положениях, выбранных из следующих положений: на морском дне, на земной поверхности, в воде над морским дном, в одном или нескольких отдельных стволах скважин, в стволе скважины, в котором используется устройство для электроимпульсного бурения.

3. Установка по п.1, в которой приемники электромагнитных сигналов расположены в одном или нескольких положениях, выбранных из следующих положений: на морском дне, на земной поверхности, в воде над морским дном, в одном или нескольких отдельных стволах скважин, в стволе скважины, в котором используется устройство для электроимпульсного бурения.

4. Установка по п.1, которая содержит дипольные электроды серебро-серебро-хлорид и катушки с ферромагнитным сердечником для измерения электрических и магнитных сигналов соответственно на поверхности или морском дне.

5. Установка по п.1, которая содержит рамочные антенны для измерения электромагнитных сигналов в стволе скважины.

6. Установка по п.1, которая содержит устройство, соединенное с приемниками акустических колебаний и приемниками электромагнитных колебаний, записывающее, сохраняющее и обрабатывающее данные из указанных приемников, соединенное с устройством для электроимпульсного бурения или обеспечивающее возможность считывания данных оператору устройства для электроимпульсного бурения для управления электроимпульсным бурением на основании измерений и/или обработанных данных вручную или автоматически.

7. Установка по п.1, в которой устройство для электроимпульсного бурения выполнено с возможностью регулирования параметров работы для образования плазмы в буровом растворе впереди бурового долота, или в пласте, или на поверхности забоя пласта впереди бурового долота.

8. Установка по п.1, в которой устройство для электроимпульсного бурения содержит, по меньшей мере, три зарядных электрода для зарядки высокого напряжения и последующей разрядки, расположенные в разделенных угловых секторах по окружности, и, по меньшей мере, один заземляющий электрод, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены на передней бурильной грани бурового долота с изоляцией между электродами и с индивидуальным соединением с возможностью включения зарядных электродов с источником питания высокого напряжения регулируемого действия.

9. Способ электроимпульсного бурения и каротажа, содержащий спуск устройства для электроимпульсного бурения в ствол скважин на конце бурильной колонны, или на конце каротажного кабеля, или гибкой насосно-компрессорной трубы, электроимпульсное бурение пласта с одновременным созданием электромагнитных и акустических сигналов, прием акустических сигналов, по меньшей мере, одним приемником таких сигналов, прием электромагнитных сигналов, по меньшей мере, одним приемником таких сигналов и использование принятых данных непосредственно или в обработанной форме для управления электроимпульсным бурением.

10. Устройство для электроимпульсного бурения, содержащее, по меньшей мере, три зарядные электрода для зарядки до высокого напряжения и последовательной разрядки, расположенные в разделенных угловых секторах по окружности, и, по меньшей мере, один заземляющий электрод, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены на передней бурильной грани бурового долота с изоляцией между электродами и соединены с источником питания высокого напряжения для обеспечения регулируемого зарядного напряжения для последующей разрядки через электроды.

11. Устройство по п.10, в котором зарядные электроды выполнены с возможностью индивидуального включения соединением с источником питания высокого напряжения регулируемого действия.

12. Устройство по п.10, в котором зарядное напряжение является регулируемым от 0 до 300 кВ.

13. Устройство для электроимпульсного бурения, содержащее зарядный электрод электрода для зарядки до высокого напряжения и последовательной разрядки, и заземляющий электрод, соединенный с землей, при этом зарядный электрод расположен на, по меньшей мере, части бурового долота и соединен с источником питания высокого напряжения для обеспечения регулируемого зарядного напряжения для последующей разрядки через электрод.