СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР Российский патент 2016 года по МПК G01V5/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к скважинному прибору, предназначенному для каротажа изменений формации в стволе скважины, причем скважинный прибор имеет продольную ось. Скважинный прибор содержит источник излучения, предназначенный для излучения взаимодействующего сигнала, детектор, предназначенный для детектирования отраженного сигнала, и экран, предназначенный для ограничения объема, исследуемого источником излучения и детектором. Данное изобретение также относится к способу для снятия характеристик геологической формации, окружающей ствол скважины, посредством скважинного прибора в соответствии с данным изобретением.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Характеристики геологических формаций, окружающих ствол скважины, представляют большой интерес при поисково-разведочных работах, добыче и мониторинге состояния грунтовой воды и залежи полезных ископаемых, например нефти и газа. Для измерения и оценки характеристик грунта с целью детектирования конкретных характеристик представляющих интерес геологических формаций были разработаны различные способы.

Эти способы, как правило, подразумевают подземное использование приборов, содержащих источники энергии, обеспечивающие излучение сигнала в формации. Излучаемая энергия взаимодействует с окружающими формациями с формированием сигналов, которые детектируют и измеряют посредством одного или большего количества детекторов, также расположенных на приборе. Детектированные данные обрабатывают, после чего передают на поверхность каротажную диаграмму грунтовых характеристик.

Для оценки находящейся под земной поверхностью формации посредством электромагнитных волн были разработаны различные способы каротажа, например, эмиссия в формацию нейтронов и, например, оценка результатов взаимодействия нейтронов с атомными ядрами формации.

К характеристикам геологических формаций, которые можно определить посредством излучения, относятся плотность формации, ее пористость, пропорция содержания углерода и кислорода, концентрация различных химических элементов, характеристики текучих сред и так далее.

Благодаря дополнительным сведениям об окружающей среде ствола скважины возможна оптимизация бурения и добычи с уменьшением тем самым издержек и увеличением прибыли. Во время бурения и эксплуатации скважины, как правило, дополнительно проводят непрерывное исследование скважины для выявления новых возможных ответвлений скважины, которые можно эксплуатировать. Чем больше подробных сведений об окружающей ствол скважины среде может быть получено при измерениях через обсадную колонну ствола скважины без их разрушения, тем больше можно исследовать скважину в процессе эксплуатации без ограничения времени добычи.

Таким образом, существует необходимость в возможности исследования геологической формации, окружающей стволы скважины, в процессе поисково-разведочных работ, добычи и мониторинга состояния грунтовой воды и залежи полезных ископаемых, например, нефти и газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей данного изобретения является полное или частично устранение вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей данного изобретения является создание улучшенной системы для исследования геологической формации, окружающей стволы скважины, в процессе поисково-разведочных работ, добычи и мониторинга состояния грунтовой воды и залежи полезных ископаемых, например нефти и газа.

Вышеуказанные задачи, а также различные другие задачи, преимущества и свойства, которые очевидны из нижеследующего описания, выполнены согласно данному изобретению посредством скважинного прибора для каротажа изменений формации в стволе скважины, причем скважинный прибор имеет продольную ось и содержит:

- источник излучения, предназначенный для излучения взаимодействующего сигнала,

- детектор, предназначенный для детектирования отраженного сигнала,

- экран, предназначенный для ограничения объема, исследуемого источником излучения и детектором,

причем прибор содержит первую часть и вторую часть, при этом указанная вторая часть выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси относительно первой части в процессе использования, причем вторая часть содержит экран, при этом скорость вращения второй части регулируется вращателем так, чтобы она была пропорциональна выходному сигналу детектора.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, вторая часть выполнена с возможностью вращения посредством вращателя, например электродвигателя.

Вращатель может быть расположен во второй части.

Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения, вращатель может быть расположен в первой части.

Кроме того, скорость вращения второй части может регулироваться вращателем так, чтобы она была пропорциональна выходному сигналу детектора.

Также, источник излучения может быть смещен от центра на расстояние смещения перпендикулярно продольной оси скважинного прибора.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, размер щелевого отверстия второй части может регулироваться по меньшей мере одним коллимирующим элементом так, чтобы размер был пропорционален выходному сигналу детектора.

Помимо этого, скорость перемещения скважинного прибора в направлении, определяемом продольной осью прибора, может регулироваться приводным устройством так, чтобы она была пропорциональна выходному сигналу детектора.

Вторая часть может содержать источник излучения.

Кроме того, вторая часть может содержать детектор.

Дополнительно, экран может ограничивать объем, детектируемый детектором при детектировании отраженного сигнала.

Также, экран может ограничивать облучаемый объем.

Дополнительно, экран может иметь отверстие.

Помимо этого, экран может содержать выступы для коллимирования излучающего или отраженного сигнала.

Кроме того, экран может иметь углубление.

Дополнительно, экран может содержать два закрепленных кольца для коллимирования взаимодействующего сигнала или отраженного сигнала или обоих сигналов в продольном направлении для создания постоянной продольной коллимации.

Помимо этого, экран может содержать наружные кольца, выполненные с возможностью осевого перемещения поперек источника излучения в продольном направлении.

Дополнительно, экран может содержать монохроматор.

Также, экран может содержать оптическое фокусирующее устройство.

Помимо этого, экран может содержать экранирующий элемент и по меньшей мере коллимирующий элемент, причем коллимирующий элемент выполнен с возможностью экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом, при этом размер щелевого отверстия может регулироваться путем изменения положения по меньшей мере одного коллимирующего элемента.

Экран может обеспечивать коллимацию излучения, выходящего или поступающего в указанный прибор в одном направлении.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, экран может содержать экранирующий элемент и по меньшей мере коллимирующий элемент, причем экранирующий элемент и коллимирующий элемент расположены концентрически, при этом размер щелевого отверстия может регулироваться путем вращения экранирующего элемента и по меньшей мере одного коллимирующего элемента относительно друг друга.

Помимо этого, экран может содержать экранирующий элемент, по меньшей мере тангенциальный коллимирующий элемент и по меньшей мере продольный коллимирующий элемент, причем тангенциальный коллимирующий элемент выполнен с возможностью перемещения в тангенциальном направлении для экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом, при этом отверстие экрана имеет продольный размер и тангенциальный размер, причем тангенциальный размер отверстия экрана может регулироваться путем изменения положения по меньшей мере тангенциального коллимирующего элемента, а продольный коллимирующий элемент выполнен с возможностью экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом, при этом продольный размер щелевого отверстия может регулироваться путем изменения положения по меньшей мере продольного коллимирующего элемента.

Кроме того, по меньшей мере тангенциальный коллимирующий элемент и по меньшей мере продольный коллимирующий элемент могут перемещаться одновременно.

Помимо этого, на наружной стороне корпуса прибора может быть расположен цилиндр, причем цилиндр выполнен с возможностью перемещения назад и вперед в продольном направлении.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, скважинный прибор может содержать экранирующий элемент и по меньшей мере один коллимирующий элемент, причем коллимирующий элемент содержит двойное щелевое отверстие с изменяемым размером для коллимирования излучения, выходящего или поступающего в прибор в двух направлениях.

Кроме того, коллимирующий элемент может быть выполнен в виде скользящих панелей, выполненных с возможностью экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом.

Помимо этого, коллимирующие элементы могут быть выполнены в виде цилиндров, выполненных с возможностью перемещения для экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, скважинный прибор может содержать по меньшей мере два экрана, один для источника излучения и один для детектора.

Помимо этого, скважинный прибор может содержать позиционирующее устройство, при этом возможно вычисление положения скважинного прибора внутри ствола скважины, например, посредством обычного локатора муфты обсадной колонны (CCL, ЛМОК).

Дополнительно, скважинный прибор может содержать гироскопическое устройство, расположенное внутри первой части, причем вычисленное положение скважинного прибора может калиброваться посредством гироскопического устройства во время использования.

Кроме того, указанный скважинный прибор может содержать средство обработки данных в скважине, предназначенное для предварительной обработки полученных данных в скважине до передачи информации к средству обработки данных вверху скважины.

Наконец, данное изобретение относится к способу снятия характеристик геологической формации, окружающей ствол скважины, посредством скважинного прибора, описанного выше, содержащему следующие этапы:

a) излучение излучаемого сигнала в направлении геологической формации так, что излучаемый сигнал взаимодействует с формацией в объеме с формированием тем самым отраженного сигнала;

b) детектирование отраженного сигнала детектором;

c) определение условия удовлетворения детектированного отраженного сигнала заданному минимальному числу отсчетов отраженного сигнала;

d) вращение второй части относительно первой части;

e) повторение этапов a-d до тех пор, пока не будет выполнено исследование формации по всей радиальной периферии прибора;

f) перемещение прибора в стволе скважины в продольном направлении;

g) повторение этапов a-f до тех пор, пока не будет снята характеристика геологической формации на требуемой длине в продольном направлении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение и его многочисленные характеристики описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые неограничительные варианты осуществления изобретения и на которых:

на фиг.1 показан вид в разрезе обсадной колонны ствола скважины с введенным в нее скважинным прибором,

на фиг.2 изображена предлагаемая система для анализа характеристик геологических формаций,

на фиг.3 показан вид в разрезе скважинного прибора,

на фиг.4 изображен схематический вид электрических соединений, предназначенных для передачи и приема информации в предлагаемой системе,

на фиг.5a-h изображены восемь возможных вариантов осуществления экрана согласно изобретению,

на фиг.6 в аксонометрии показан вид предлагаемой системы, выполненной с возможностью тангенциальной, а также продольной коллимации излучаемого сигнала,

на фиг.7 показан вид скважинного прибора с вставленным вращающим средством,

на фиг.8 изображена цепочка приборов, содержащая скважинный прибор, расположенный в стволе скважины,

на фиг.9 изображен вид в разрезе скважинного прибора.

Все указанные чертежи являются схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для объяснения данного изобретения, поэтому другие части могут быть не показаны или показаны без объяснения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показан скважинный прибор 1, предназначенный для снятия характеристик геологических формаций 30, окружающих ствол 2 скважины, при этом скважинный прибор 1 расположен в обсадной колонне 3 и погружен в скважину с использованием кабеля 21 с буровой установки или плавучей платформы 20. Скважинный прибор 1 главным образом используют для каротажа изменений формации в стволе 2 скважины для оптимизации добычи углеводородов. Скважинный прибор 1 соединен посредством кабеля 21 со средством 25 сбора данных, расположенным на поверхности. Плавучая платформа 20 содержит опускающее средство 22 в виде крана. Опускающее средство 22 соединено со скважинным прибором 1 посредством кабеля 21 для опускания прибора в обсадную колонну 3 ствола 2 скважины.

Как показано на фиг.2, скважинный прибор 1 содержит источник 4 излучения и детектор 6, расположенные внутри корпуса прибора на заданном расстоянии. Источник 4 излучает излучаемый сигнал S1 в направлении геологической формации 30. Излучаемый сигнал S1 взаимодействует с формацией 30 с формированием тем самым отраженного сигнала S2, который затем детектируется детектором 6 при возвращении отраженного сигнала S2 к скважинному прибору 1. При использовании источника 5 излучения, например нейтронного источника, снятие характеристик формации 30 можно выполнить изнутри обсадной колонны 3, поскольку излучение может проникать через металлическую обсадную колонну, сводя тем самым к минимуму необходимость в разрушающем проникновении в обсадную колонну 3. Обсадная колонна 3 часто состоит из стальных труб, имеющих толщину стенки и, по существу, круглое сечение.

Как показано на фиг.2, источник 5 излучения и детектор 6 экранированы экраном 7, предназначенным для ограничения объема 53 формации 30, исследуемого источником излучения. При облучении лишь ограниченного объема 53 формации 30 улучшается разрешение при анализе любых изменений формации, благодаря чему пользователь скважинного прибора 1 может получить более подробные сведения об изменениях формации. Скважинный прибор 1 содержит первую часть 8 и вторую часть 9, при этом вторая часть выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси A1 относительно первой части. На фиг.2 это вращение обозначено стрелкой. Путем вращения второй части 9 относительно первой части 8 можно выполнить исследование окружающей среды, например, путем сканирования формации 30 на дискретном множестве этапов, разделяющих окружность в 360° вокруг скважинного прибора 1 на дискретное количество объемов 53. При этом в один момент времени выполняют исследование одного объема, а затем поэтапным вращением второй части 9, без перемещения первой части 8 скважинного прибора 1 и, соответственно, без перемещения скважинного прибора 1, выполняют исследование следующего объема и так далее.

Исследуемый скважинным прибором 1 объем 53 является частью облучаемого источником 5 объема, формирующего отраженный сигнал S2, который может быть детектирован детектором 6. Протяженность объема 53 определяется отверстием экрана 7, имеющего продольный размер 51 в продольном направлении, параллельном продольной оси A1 прибора 1, а также тангенциальный размер 52 в тангенциальном направлении, проходящем по окружности скважинного прибора 1. Подобным образом, объем 53, детектируемый детектором 6, определяется продольным и тангенциальным размерами 51, 52 отверстия в экране 8, определяющем часть окружающей среды, доступной для детектирования детектором 6. Объем 53, исследуемый скважинным прибором 1, показан на фиг.2 для понимания концепции данного изобретения, однако форма и протяженность исследуемого объема 53 при снятии характеристик материалов с использованием излучения могут быть значительно более сложными в зависимости от факторов, например, излучаемой энергии, характеристик формации, совокупности условий, касающихся обсадной колонны и так далее. Таким образом, объем 53 определяется как часть объема 53, облучаемая взаимодействующим сигналом S1, генерирующая в результате отраженный сигнал S2, который может быть детектирован детектором 6. Помимо этого, экран 7 расположен так, что он экранирует источник 5 излучения и, соответственно, излучаемый сигнал, или экранирует детектор 6 и, соответственно, отраженный сигнал S2, или экранирует как источник излучения, так и детектор.

Как показано на фиг.8, в процессе эксплуатации ствола 2 скважины в нем может находиться группа других приборов, которые одновременно предоставляют каротажные данные о геологической формации 30, причем эти приборы обычно соединены друг с другом с образованием цепочки 40 приборов. Цепочку 40 приборов можно перемещать в стволе 2 скважины посредством приводного устройства 41, при этом цепочка 40 приборов может содержать крепежное устройство 42, обеспечивающее закрепление цепочки приборов в стволе 2 скважины в нужном положении, или она может содержать другие скважинные приборы, например прибор 43 для исследования флюида внутри ствола 2 скважины. Таким образом, цепочка 40 приборов может быть длинной и содержать различные приборы с разными функциями.

Таким образом, путем вращения только второй части 9 скважинного прибора 1 можно выполнить полное сканирование окружающей среды на 360° без перемещения скважинного прибора 1 или цепочки 40 приборов. За счет ограничения объема 53, исследуемого скважинным прибором, посредством экрана 7 улучшается разрешение при сканировании. Например, вращение на полный оборот второй части 9 выполняют поэтапно с восемью поворотами на 45°, при этом экран 7 ограничивает сектор сканирования в 45°. В таком случае, при необходимости в большем разрешении при сканировании разрешение может быть улучшено, например, путем использования двенадцати поворотных шагов вместо восьми шагов, с сектором сканирования в 30°, ограниченным экраном 7. Данная возможность выполнять сканирование окружающей среды ствола 2 скважины на 360° с заданным разрешением может быть выбрана пользователем независимо от движения скважинного прибора 1 или цепочки 40 приборов.

Для увеличения диапазона, в котором формацию можно исследовать посредством данного изобретения, источник 5 излучения может быть смещен от центра на расстояние смещения перпендикулярно продольной оси скважинного прибора, как показано на фиг.9, чтобы ограничить затухание излучаемого сигнала. В частности, при исследовании очень маленьких объемов формации источник излучения можно поместить ближе к исследуемому объему формации, чтобы получить максимально возможную интенсивность от источника излучения. Кроме того, детектор 6 может быть смещен от центра на расстояние смещения перпендикулярно продольной оси скважинного прибора с тем, чтобы он был расположен ближе к формации для уменьшения затухания отраженного сигнала S2.

Различные скважинные приборы, расположенные в цепочке 40 приборов, также могут быть использованы для получения коррелированных данных путем различных способов исследования, поскольку расстояние между приборами в цепочке является известным. Например, если скважинный прибор, предназначенный для снятия характеристик трещин, выявил относительно большое количество трещин в обсадной колонне, то указанные данные могут быть скоррелированы с данными от предлагаемого скважинного прибора 1, выполняющего снятие характеристик формации 30 за частью обсадной колонны 3 с повышенным количеством трещин. При данном способе коррелированные данные обеспечивают пользователя информацией для принятия мер предосторожности, например укрепления обсадной колонны, чтобы она могла крепить особые типы геологической формации или крепить формацию во время ее изменений, известных из полученных ранее коррелированных данных, которые приводят к увеличению количества трещин в обсадной колонне. Помимо этого, если в цепочке 40 приборов находится конкретный инструмент, предназначенный для выполнения указанных мер предосторожности, то пользователь может предпринять указанные меры, не поднимая цепочку приборов на поверхность.

Как показано на фиг.2, источник 5 излучения излучает взаимодействующий сигнал S1, взаимодействующий с формацией 30. Полученный в результате отраженный сигнал S2, который содержит сведения о формации 30, затем может быть детектирован детектором 6.

На фиг.3 показан вид в разрезе прибора 1 и обсадной колонны 3. Источник 5 излучения расположен в центре прибора 1 и окружен экраном 7, посредством которого источник 5 излучения излучает излучаемый сигнал S1 в ограниченный сектор сканирования, называемый углом W1 раскрытия и показанный на фиг.3 штрихпунктирными линиями, проходящий в радиальном направлении от источника.

На фиг.7 в аксонометрии показан вид скважинного прибора 1. Скважинный прибор 1 содержит первую часть 8 и вторую часть 9, при этом вторая часть выполнена с возможностью вращения относительно первой части посредством вращателя 16, например электродвигателя. Вторая часть 9 может быть приведена во вращение с использованием либо прямой связи между вращателем 16 и второй частью 9, либо с использованием соединительного средства 17. Чтобы пользователь при необходимости мог быстро выполнять сканирование окружающей среды ствола 2 скважины посредством скважинного прибора 1, вращение можно осуществлять посредством устройства 16, например электродвигателя. На фиг.7 показано, что вращатель 16 расположен внутри первой части 8, но равным образом он может быть расположен внутри второй части 9. Из-за наличия весьма ограниченного пространства, которое является общим ограничением для всего скважинного оборудования, вращатель 16 может быть расположен рядом со второй частью 9 при наличии места или он может быть расположен на удалении от частей 8, 9, которые необходимо приводить во вращение, и может быть соединен с ними валом 18. Для создания крутящего момента, необходимого для вращения второй части 9, вторая часть и вращатель могут быть соединены посредством соединительного средства 17, например зубчатого колеса с зубцами различного размера.

На фиг.4 показан схематический вид электрических соединений, предназначенных для передачи и приема информации в предлагаемой системе. Скважинный прибор 1 излучает из источника 5 излучения взаимодействующий сигнал S1, который, взаимодействуя с формацией 30, формирует отраженный сигнал S2, который затем детектирует детектор 6, и передает выходной сигнал S3 к устройству 23 обработки. В зависимости от выходного сигнала S3 устройство 23 обработки управляет вращателем 16, осуществляющим более быстрое или более медленное вращение второй части 9 пропорционально выходному сигналу S3, чтобы постоянно обеспечивать требуемое качество выходного сигнала для извлечения сведений о формации 30, запрашиваемых пользователем скважинного прибора 1. Если качество выходного сигнала S3 не соответствует требуемому, вращение второй части 9 замедляется, создавая возможность для детектирования сигналов детектором 6 из конкретного облучаемого объема 53 окружающей среды в течение более длительного промежутка времени с обеспечением тем самым большего количества отсчетов для улучшения соотношения сигнал-шум.

Во время быстрого или грубого сканирования формации 30 скорость сканирования, то есть скорость вращения второй части 9, может, наоборот, быть увеличена, поэтому очевидно, что при сканировании всегда необходимо находить компромисс между скоростью и качеством сканирования.

Помимо того, что устройство 23 обработки управляет вращением второй части 9 так, чтобы скорость вращения была пропорциональна выходному сигналу S3, устройство 23 обработки также может быть присоединено к приводному устройству 41 для регулирования скорости всей цепочки 40 приборов так, чтобы скорость была пропорциональна выходному сигналу S3. При этом, если качество выходного сигнала S3 не соответствует требуемому, то скорость всей цепочки 40 приборов может быть уменьшена, обеспечивая возможность для детектирования детектором 6 сигналов из конкретного облучаемого объема 53 окружающей среды в течение более длительного промежутка времени, получая тем самым большее количество отсчетов для улучшения соотношения сигнал-шум. Подобным образом скорость всей цепочки может быть увеличена, если пользователю необходимо меньшее разрешение или выходной сигнал S3 больше требуемого.

Пропорциональная зависимость скорости сканирования, то есть скорости вращения второй части 9 или скорости скважинного прибора 1 в продольном направлении ствола 2 скважины, может быть задана или рассчитана в устройстве 23 обработки, или может регулироваться пользователем вверху скважины во время сканирования с использованием средства 25 сбора данных вверху скважины. После обработки детектированного сигнала, обработанные данные либо сохраняются локально в запоминающем устройстве 24 прибора 1, либо передаются на поверхность для дальнейшей обработки или сохранения в средстве 25 сбора данных через канал 26 передачи информации вверх и вниз по стволу скважины. Разрешение сканирования, то есть угол W1 раскрытия, определяемый экранирующим элементом 12 и коллимирующим элементом 13, также может быть пропорционально связано с выходным сигналом S3 детектора 6 с тем, чтобы предотвратить сканирование при разрешении, излишне большом для получения сведений о формации. При этом угол раскрытия увеличивается автоматически или пользователем путем изменения положения коллимирующего элемента 13 для увеличения выходного сигнала S3 от детектора 6 и, аналогично, угол W1 раскрытия уменьшается для увеличения разрешения сканирования, если выходной сигнал S3 является достаточно большим.

Согласно одному из вариантов осуществления скважинного прибора 1, источник 5 излучения расположен во второй части 9, а детектор 6 расположен в первой части 8. При этом детектор 6 детектирует отраженные сигналы S2 во всех направлениях, а объем 53, облучаемый источником 5 излучения, ограничен экраном 7. Согласно другому варианту осуществления скважинного прибора 1, детектор 6 расположен во второй части 9, а источник 5 излучения расположен в первой части 8, при этом источник излучает взаимодействующие сигналы S1 во всех направлениях, а объем 53, «видимый» детектором 6, ограничен экраном 7. В дальнейшем термин «видимый» используется для определения объема, в котором отраженные сигналы S2 могут быть детектированы детектором 6.

Согласно еще одному варианту осуществления скважинного прибора 1, вторая часть 9 содержит источник 5 излучения, а также детектор 6, поэтому как источник, так и детектор вращаются при вращении второй части 9, при этом и объем 53, облучаемый источником 5 излучения, и объем, «видимый» детектором, ограничены экраном 7. В предлагаемом скважинном приборе 1 вторая часть 9 содержит как источник 5 излучения, так и детектор 6, при этом используются два отдельных экрана, один для ограничения объема 53, облучаемого источником 5 излучения, а второй для ограничения объема, «видимого» детектором 6.

На фиг.5a-h показаны различные варианты осуществления экрана 7. Экран 7 показан относительно источника 5 излучения, однако источник также можно заменить детектором 6. На фиг.5a-d экран 7 показан в виде одного элемента 7 с различными углами W1 раскрытия. На фиг.5e показано, что экран 7 содержит два элемента, экранирующий элемент 12, имеющий постоянный угол раскрытия, и коллимирующий элемент 13, используемый для по меньшей мере частичного экранирования взаимодействующего сигнала S1, ограниченного по направлению экранирующим элементом 12. На фиг.5e показано, что коллимирующий элемент 13 представляет собой цилиндрический экран с четко определенной апертурой, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси A1 прибора 1 относительно экранирующего элемента 12 для ограничения угла W1 раскрытия экранирующего элемента 12 в тангенциальном направлении.

На фиг.5f показано, что экран 7 содержит два концентрических цилиндрических элемента. Экранирующий элемент 12 выполнен в виде цилиндра и коллимирующий элемент 13 также выполнен в виде цилиндра, при этом угол W1 раскрытия определяется относительным расположением экранирующего элемента 12 и коллимирующего элемента 13, а регулирование угла W1 раскрытия выполняют путем вращения любого из элементов экрана для регулирования размера отверстия экрана в тангенциальном направлении. На фиг.5h показано, что коллимирующий элемент 13 содержит скользящую панель 14, частично ограничивающую угол W1 раскрытия экранирующего элемента 12, а на фиг.5g показано, что экран 7 содержит две скользящие панели 14, ограничивающие угол W1 раскрытия экранирующего элемента 12 для регулирования размера отверстия экрана в тангенциальном направлении. Коллимирующий элемент 13, предназначенный для коллимирования отверстия экрана 7 в тангенциальном направлении, называется тангенциальным коллимирующим элементом 22, при этом на фиг.6e-h показаны различные варианты осуществления тангенциального коллимирующего элемента.

На фиг.6 показан вариант осуществления экрана 7, содержащего дополнительный набор коллимирующих элементов 13, предназначенных для коллимирования излучаемого сигнала S1 в продольном направлении, параллельном продольной оси A1 прибора 1. Дополнительный набор коллимирующих элементов 13 состоит из двух цилиндров 15, выполненных с возможностью перемещения вдоль продольной оси A1 или закрепления в определенном положении для частичного ограничения отверстия, определяемого экранирующим элементом 12, с тем, чтобы регулировать размер отверстия экрана в продольном направлении. Коллимирующий элемент 13, предназначенный для коллимирования отверстия экрана 7 в продольном направлении, называется продольным коллимирующим элементом 34, а коллимирующий элемент 15, показанный на фиг.6, является вариантом осуществления продольного коллимирующего элемента.

Экран 7 может содержать коллимирующий элемент 13 в виде выступа, или углубления на экранирующем элементе 12, или в виде группы выступов, или углублений на экранирующем элементе 12.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, скважинный прибор 1 содержит одно или два коллимирующих кольца 15, выполненных из экранирующего материала и предназначенных для коллимирования взаимодействующего сигнала S1 в продольном направлении. Согласно альтернативному варианту, одно или два коллимирующих кольца 15 могут быть расположены так, чтобы коллимировать отраженный сигнал S2. Коллимирование как источника 5 излучения, так и детектора 6 можно выполнять в продольном направлении посредством коллимирующих колец 15.

В скважинном приборе 1 коллимирующие кольца 15 могут быть подвижными в продольном направлении, благодаря чему пользователь может осуществлять коллимирование исследуемого объема 53 в продольном направлении.

Для видоизменения излучаемого взаимодействующего сигнала S1 для удобства его использования, излучаемый взаимодействующий сигнал S1 до прохождения в формацию может проходить через монохроматор. Кроме того, можно использовать другие устройства, видоизменяющие взаимодействующий сигнал S1, например устройство фокусировки. Помимо этого, отраженный сигнал S2 может быть отфильтрован посредством устройства фильтрации для повышения удобства его использования.

При работе в скважине с использованием различных приборов, например различных скважинных приборов, для создания коррелированных данных об изменениях формации, характеристиках обсадной колонны, характеристиках потока флюида, важно выполнять корреляцию данных в соответствии с точным положением прибора 1 и цепочки 40 приборов в стволе 2 скважины. Положение прибора 1 можно определить обычным локатором муфты обсадной колонны (CCL), после чего передать полученную информацию о положении к устройству 23 обработки для корреляции данных, полученных от различных приборов, например, данных, касающихся изменений формации в конкретном объеме 53 формации 30. Определение положения цепочки 40 приборов можно улучшить путем использования гироскопического устройства, регистрирующего данные ускорения и передающего эти данные к устройству 23 обработки.

Поскольку передача имеющихся данных между поверхностью и прибором 1 через канал 26 передачи информации вверх и вниз по стволу скважины может быть ограничена, полученные прибором 1 данные могут быть предварительно обработаны посредством устройства 23 обработки перед их передачей к средству 25 сбора данных вверху скважины. Некоторые данные также могут быть сохранены локально в запоминающем устройстве 24 прибора 1 для безопасной передачи сохраненных данных при поднятии цепочки 40 приборов к поверхности, если некоторые данные подходят для последующей обработки.

Экран 7 может быть выполнен из различных поглотителей нейтронов, например, но без ограничения этим, в качестве материалов, экранирующих от нейтронов, можно использовать свинец, кадмий, гафний, материалы с высоким содержанием водорода, воду, пластик, бетон, бор и содержащие бор соединения. Помимо этого, экранирующие от нейтронов элементы могут содержать не обеспечивающий экранирование материал, используемый для формирования оболочки для экранирующего материала или для придания ему жесткости.

Как упомянуто выше, в приборе 1, содержащем источник 5 излучения и детектор 6, можно использовать электромагнитное излучение для снятия характеристик геологической формации 30, окружающей ствол скважины. Предпочтительно, электромагнитное излучение может являться излучением в рентгеновском спектре или спектре гамма-излучения, например, с частотой в диапазоне 10¹⁶-10²¹ Гц.

Под флюидом или скважинным флюидом понимается любой тип флюида, который может присутствовать в нефтяных или газовых скважинах, например природный газ, нефть, буровой раствор на углеводородной основе, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип состава газа, присутствующего в скважине, завершенной или не закрепленной обсадной колонной, а под нефтью понимается любой тип состава нефти, например сырая нефть, флюид, содержащий нефть и т.д. Газ, нефть и содержащий воду флюид могут, соответственно, все содержать другие элементы или вещества, отличные от газа, нефти и/или воды.

Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубопровода, трубчатого элемента, перекрывателя, колонны труб и так далее, которые используют в скважине при добыче нефти или природного газа.

Хотя изобретение описано выше в отношении предпочтительных вариантов осуществления изобретения, специалисту в данной области техники очевидно, что возможно внесение различных модификаций без выхода за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные в нижеследующей формуле изобретения.

Использование: для каротажа изменений формации в стволе скважины. Сущность изобретения заключается в том, что скважинный прибор содержит источник излучения, предназначенный для излучения взаимодействующего сигнала, детектор, предназначенный для детектирования отраженного сигнала, и экран, предназначенный для ограничения объема, исследуемого источником излучения и детектором, причем прибор содержит первую часть и вторую часть, при этом вторая часть выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси относительно первой части в процессе использования, а вторая часть содержит экран, при этом скорость вращения второй части регулируется вращателем так, чтобы она была пропорциональна выходному сигналу детектора. Данное изобретение также относится к способу снятия характеристик геологической формации, окружающей ствол скважины, посредством скважинного прибора согласно данному изобретению. Технический результат: обеспечение возможности исследования геологической формации, окружающей стволы скважины, в процессе поисково-разведочных работ, добычи и мониторинга состояния грунтовой воды и залежи полезных ископаемых. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Скважинный прибор (1) для каротажа изменений формации в стволе (2) скважины, причем скважинный прибор имеет продольную ось (A1) и содержит:
- источник (5) излучения, предназначенный для излучения взаимодействующего сигнала (S1),
- детектор (6), предназначенный для детектирования отраженного сигнала (S2),
- экран (7), предназначенный для ограничения объема (53), исследуемого источником излучения и детектором,
причем прибор содержит первую часть (8) и вторую часть (9), при этом вторая часть выполнена с возможностью вращения вокруг продольной оси (A1) относительно первой части в процессе использования, причем вторая часть содержит экран, при этом скорость вращения второй части регулируется вращателем так, чтобы она была пропорциональна выходному сигналу (S3) детектора.

2. Скважинный прибор по п.1, в котором вторая часть выполнена с возможностью вращения посредством вращателя (16), например электродвигателя.

3. Скважинный прибор по любому из п.1 или 2, в котором источник (5) излучения смещен от центра на расстояние смещения перпендикулярно продольной оси скважинного прибора.

4. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, в котором скорость перемещения скважинного прибора в направлении, определяемом продольной осью прибора, регулируется приводным устройством (41) так, чтобы она была пропорциональна выходному сигналу детектора.
5 Скважинный прибор по любому из пп.1-2, в котором вторая часть содержит источник излучения.

6. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, в котором вторая часть содержит детектор.

7. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, в котором экран ограничивает объем (53), детектируемый детектором при детектировании отраженного сигнала.

8. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, в котором экран ограничивает облучаемый объем (53).

9. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, в котором экран содержит экранирующий элемент (12) и по меньшей мере коллимирующий элемент (13), причем коллимирующий элемент выполнен с возможностью экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом, при этом размер щелевого отверстия может регулироваться путем изменения положения по меньшей мере одного коллимирующего элемента.

10. Скважинный прибор по п.9, в котором экран содержит экранирующий элемент (12) и по меньшей мере коллимирующий элемент (13), причем экранирующий элемент и коллимирующий элемент расположены концентрически, при этом размер щелевого отверстия может регулироваться путем вращения экранирующего элемента и по меньшей мере одного коллимирующего элемента относительно друг друга.

11. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, 10, в котором экран содержит экранирующий элемент, по меньшей мере тангенциальный коллимирующий элемент (33) и по меньшей мере продольный коллимирующий элемент (34), причем тангенциальный коллимирующий элемент выполнен с возможностью перемещения в тангенциальном направлении для экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом, при этом отверстие экрана имеет продольный размер (51) и тангенциальный размер (52), причем тангенциальный размер отверстия экрана может регулироваться путем изменения положения по меньшей мере тангенциального коллимирующего элемента, а продольный коллимирующий элемент выполнен с возможностью экранирования по меньшей мере части окружающей среды, не экранированной экранирующим элементом, при этом продольный размер щелевого отверстия может регулироваться путем изменения положения по меньшей мере продольного коллимирующего элемента.

12. Скважинный прибор по любому из п.10, в котором скважинный прибор содержит по меньшей мере два экрана, один для источника излучения и один для детектора.

13. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, 10, дополнительно содержащий позиционирующее устройство, при этом возможно вычисление положения скважинного прибора внутри ствола скважины.

14. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, 10, дополнительно содержащий гироскопическое устройство, расположенное внутри первой части, причем вычисленное положение скважинного прибора может калиброваться посредством гироскопического устройства во время использования.

15. Скважинный прибор по любому из пп.1-2, 10, содержащий средство обработки данных в скважине, предназначенное для предварительной обработки полученных данных в скважине до передачи информации к средству обработки данных вверху скважины.

16. Способ снятия характеристик геологической формации (30), окружающей ствол (2) скважины, посредством скважинного прибора (1) по любому из пп.1-15, содержащий следующие этапы:
a) излучение излучаемого сигнала (S1) в направлении геологической формации (30) так, что излучаемый сигнал (S1) взаимодействует с формацией (30) в объеме (53) с формированием тем самым отраженного сигнала (82);
b) детектирование отраженного сигнала (S2) детектором (6);
c) определение условия удовлетворения детектированного отраженного сигнала (S2) заданному минимальному числу отсчетов отраженного сигнала (S2);
d) вращение второй части (9) относительно первой части (8);
e) повторение этапов a-d до тех пор, пока не будет выполнено исследование формации по всей радиальной периферии прибора;
f) перемещение прибора в стволе скважины в продольном направлении;
g) повторение этапов a-f до тех пор, пока не будет снята характеристика геологической формации на требуемой длине в продольном направлении.