Скважинный датчик порового давления цифровой Российский патент 2021 года по МПК E21B47/06 E21B49/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения вариаций поровых давлений в грунтовом массиве и преобразования полученных измерений в цифровой код в период изысканий, строительства и эксплуатации сооружений, а также при мониторинге природных оползневых процессов. Скважинный датчик порового давления цифровой (ДПДЦ) может применяться в автоматизированных системах мониторинга опасных геологических процессов с целью раннего предупреждения о начале события, которое может привести к катастрофическим последствиям, и принятия необходимых мер, уменьшающих величину возможного ущерба от таких событий.

Известен скважинный датчик, содержащий полый цилиндрический металлический корпус с расположенным в его полости датчиком термоанемометра, в котором часть его наружной поверхности со стороны открытого окончания выполнена конической и установлена в скважинном приборе через электрический изолятор в виде усеченного конуса из материала с высокой механической прочностью и малой диэлектрической проницаемостью, остальная наружная поверхность корпуса покрыта диэлектрическим слоем, устойчивым к воздействию агрессивной скважинной среды, во внутреннем объеме корпуса дополнительно установлен акустический датчик, в виде полого цилиндрического пьезоэлемента с обеспечением жесткого механического контакта с внутренней поверхностью корпуса и электрической изоляции от него, при этом датчик термоанемометра также электрически изолирован от корпуса, корпус подключен к электрической схеме как один из электродов цилиндрического проточного конденсатора (см. патент RU №2384699, Е21В 47/10, 2008).

Недостатком данного устройства является низкая достоверность измерения порового давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для сбора данных о скважинных характеристиках в процессе выполнения операции бурения посредством скважинного бурового инструмента, расположенного в стволе скважины, имеющем давление в кольцевом пространстве ствола скважины и проходящем через подземный пласт, имеющий поровое давление, при этом скважинный инструмент выполнен с возможностью пропускания бурового раствора, проходящего через него так, что в нем создается внутреннее давление, между внутренним давлением и давлением в кольцевом пространстве создается перепад давлений, причем устройство содержит удлинитель, выполненный с возможностью соединения в рабочем положении с бурильной колонной бурового инструмента и имеющий выполненный в нем промывочный канал для пропускания бурового раствора через него, отверстие, проходящее в напорную камеру, сообщенную по текучей среде с промывочным каналом и/или стволом скважины, поршень, установленный с возможностью смещения в напорной камере, имеющий шток, проходящий от него в отверстие удлинителя, и выполненный с возможностью смещения в закрытое положение под действием увеличения перепада давлений и в открытое положение под действием уменьшения перепада давлений так, что в закрытом положении шток заполняет отверстие, а в открытом положении, по меньшей мере, часть штока втянута в камеру так, что в отверстии образуется полость для приема скважинной текучей среды, и датчик, расположенный в штоке и предназначенный для сбора данных из скважинной текучей среды, находящейся в полости (см. патент RU №2330158, Е21В 47/06, 2004).

Недостатком данного устройства является низкая достоверность измерения порового давления за счет отсутствия учета изменений температуры и сложности использования устройства для измерений в режиме мониторинга.

Техническим результатом является повышение достоверности измерения порового давления среды за счет учета влияния изменения температуры и эффекта запаздывания воздействий вариаций температуры.

Технический результат достигается в скважинном датчике порового давления цифровом, включающем снаряд, внутри которого установлены блок измерения порового давления, блок измерения температуры, блок службы времени, блок памяти, блок температурной коррекции значений давления, блок сравнения с пороговыми значениями, блок оповещения и терминал грозозащиты, при этом входы блока измерения порового давления и блока измерения температуры соединены с выходами блока службы времени, а выходы - с входами блока памяти, выходы которого соединены с входами блока температурной коррекции значений давления, выход которого соединен с входом блока сравнения с пороговыми значениями, выход которого соединен с входом блока оповещения, выход которого соединен с входом терминала грозозащиты.

Блоки измерения температуры 4, службы времени 5, памяти 6, температурной коррекции значений давления 7 и сравнения с пороговыми значениями 8 обеспечивают учет влияния изменений температуры среды и учет времени запаздывания влияний изменений температуры, что повышает достоверность измерения порового давления.

Скважинный датчик порового давления цифровой поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид датчика.

Скважинный датчик порового давления цифровой состоит из расположенного в скважине 1 снаряда 2, внутри которого установлены блок 3 измерения порового давления, блок 4 измерения температуры, блок 5 службы времени, блок 6 памяти, блок 7 температурной коррекции значений давления, блок 8 сравнения с пороговыми значениями, блок 9 оповещения и терминал грозозащиты 10. Входы блока 3 измерения порового давления и блока 4 измерения температуры соединены с выходами блока 5 службы времени, а выходы - с входами блока 6 памяти. Выходы блока 6 памяти соединены с входами блока 7 температурной коррекции значений давления. Выход блока 7 температурной коррекции значений давления соединен с входом блока 8 сравнения с пороговыми значениями. Выход блока 8 сравнения с пороговыми значениями соединен с входом блока 9 оповещения. Выход блока 9 оповещения соединен с входом терминала грозозащиты 10. Выход терминала грозозащиты 10 через расположенную вне скважины 1 систему вспомогательных блоков (коммутационная коробка 11, батарея резервного питания 12, АС/ДС преобразователя 13, датчик несанкционированного доступа 14 и блок сбора и передачи данных 15) соединен с сервером системы мониторинга.

Скважинный датчик порового давления цифровой работает следующим образом.

Блок 3 измеряет поровое давление, привязанное к текущему значению времени с помощью блока 5 службы времени. Блок 4 измеряет температуру, также привязанную к текущему значению времени с помощью блока 5 службы времени. Сигналы об измеренных значениях порового давления и температуры поступают, соответственно, на первый и второй входы блока 6 памяти. Из блока 6 памяти оба сигнала поступают на входы блока 7 температурной коррекции значений давления. В блоке 7 проводится корреляционный анализ изменений порового давления и температуры с учетом времени запаздывания влияний изменений температуры.

Откорректированные значения изменений порового давления поступают затем в блок 8, где они сравниваются с пороговыми значениями порового давления, хранящимися в памяти блока 8. При превышении порового давления порогового значения на блок оповещения 9 поступает сигнал тревоги, который после прохождения блока 10 грозозощиты и расположенную вне скважины 1 систему вспомогательных блоков (коммутационная коробка 11, батарея резервного питания 12, АС/ДС преобразователя 13, датчик несанкционированного доступа 14 и блок сбора и передачи данных 15) вместе со значениями измеренного порового давления поступает на сервер системы мониторинга.

Предложенный скважинный датчик порового давления цифровой повышает достоверность получаемой информации о величине вариаций порового давления, связанных с геофизическими процессами в среде, включая процессы подготовки оползневых эффектов, и уменьшая вероятность прямого влияния изменения температуры среды с учетом эффектов запаздывания воздействий вариаций температуры. Это позволяет уменьшить риск выдачи ложной информации об изменении порового давления, не связанного с геолого-механическими процессами во вмещающей породе.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения вариаций поровых давлений в грунтовом массиве и преобразования полученных измерений в цифровой код в период изысканий, строительства и эксплуатации сооружений, а также при мониторинге природных оползневых процессов. Техническим результатом является повышение достоверности измерения порового давления среды за счет учета влияния изменения температуры и эффекта запаздывания воздействий вариаций температуры. Скважинный датчик порового давления цифровой состоит из расположенного в скважине 1 снаряда 2, внутри которого установлены блок 3 измерения порового давления, блок 4 измерения температуры, блок 5 службы времени, блок 6 памяти, блок 7 температурной коррекции значений давления, блок 8 сравнения с пороговыми значениями, блок 9 оповещения и терминал грозозащиты 10. Входы блока 3 измерения порового давления и блока 4 измерения температуры соединены с выходами блока 5 службы времени, а выходы - с входами блока 6 памяти. Выходы блока 6 памяти соединены с входами блока 7 температурной коррекции значений давления. Выход блока 7 температурной коррекции значений давления соединен с входом блока 8 сравнения с пороговыми значениями. Выход блока 8 сравнения с пороговыми значениями соединен с входом блока 9 оповещения. Выход блока 9 оповещения соединен с входом терминала грозозащиты 10. 1 ил.

Скважинный датчик порового давления цифровой, включающий снаряд, внутри которого установлены блок измерения порового давления, блок измерения температуры, блок службы времени, блок памяти, блок температурной коррекции значений давления, блок сравнения с пороговыми значениями, блок оповещения и терминал грозозащиты, при этом входы блока измерения порового давления и блока измерения температуры соединены с выходами блока службы времени, а выходы - с входами блока памяти, выходы которого соединены с входами блока температурной коррекции значений давления, выход которого соединен с входом блока сравнения с пороговыми значениями, выход которого соединен с входом блока оповещения, выход которого соединен с входом терминала грозозащиты.