ИЗВЛЕКАЕМЫЙ МОДУЛЬ СКВАЖИННОГО РЕЗИСТИВИМЕТРА Российский патент 2024 года по МПК G01V3/28 E21B49/00 

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах, а именно - к приборам электромагнитного каротажа в процессе бурения, и может быть использовано для измерения электрических характеристик горных пород, находящихся вокруг скважин, бурящихся на нефть и газ.

В настоящее время существует практика получения информации, касающейся пород, через которые бурится скважина, путем использования приборов каротажа в процессе бурения, известных за рубежом как LWD системы.

Конструкция известных приборов электромагнитного каротажа в процессе бурения включает корпус, являющийся частью буровой колонны, и передающие (генераторные) и приемные катушки, закрепленные на корпусе. Электромагнитные волны распространяются от передающей катушки в горные породы, окружающие скважину, и принимаются после прохождения приемными катушками. Принятые сигналы используются для расчетов электрического сопротивления окружающих скважину пород. При этом применение известных приборов электромагнитного каротажа в процессе бурения осложнено жесткими условиями эксплуатации, связанными с процессом бурения скважины (высокая температура, давление, абразивное воздействие стенок скважины, динамические нагрузки).

Для обеспечения механической прочности требуется, чтобы каротажный прибор, интегрированный в бурильную трубу, был изготовлен из стали или иного прочного материала. Электронная часть прибора должна быть стабильна при воздействии ударов, вибрации, высоких температур и быть надежно защищена от воздействия высокого давления в среде бурового раствора.

Как правило, у известных приборов электромагнитного каротажа электронные узлы размещены в герметичном цилиндрическом стальном корпусе, расположенном по оси бурильной трубы, а генераторные и приемные катушки закреплены на поверхности бурильной трубы и защищаются специальными накладками из радиопрозрачного пластика.

Известны варианты защиты электронной части прибора от внешних динамических воздействий (ударов, вибрации) и параметров скважинной среды (высоких температур и высокого давления в среде бурового раствора) съемными радиопрозрачными вставками на щелях силовой трубы в области расположения электромагнитных генераторных катушек..

Известен прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения (РФ, 2231091, G01V 3/18, 2004), где часть стальной бурильной колонны, предназначенная для размещения каротажных приборов в процессе бурения, замещается участком трубы, выполненным из высокопрочного композиционного материала (стеклопластика на основе эпоксидной смолы и стекловолокна), являющегося прозрачным для прохождения электромагнитных волн и достаточно прочным. Соединительные элементы, изготовленные из стали или немагнитных материалов, дают возможность встроить композитную трубу в бурильную колонну.

При этом сам каротажный прибор электромагнитного каротажа размещен внутри трубы и препятствует потоку буровой жидкости, чем создает значительное гидравлическое сопротивление. Недостатком такой конструкции является низкая надежность композитной силовой трубы, подвергающейся большим перепадам давления скважинной среды и динамическим воздействиям в процессе бурения. Кроме того, внутри силовой трубы может быть установлен прибор электромагнитного каротажа относительно малого диаметра с генераторными катушками в несколько раз меньшего размера, чем в приборах, у которых катушки размещены на поверхности металлической трубы. Малые размеры катушек значительно снижают чувствительность прибора, так как магнитное поле, излучаемое генераторной катушкой, и амплитуда сигнала в приемных катушках при прочих равных условиях пропорциональны их площадям.

Известно расположение скважинного резистивиметра внутри металлической бурильной трубы (РФ, 2686884, G01V 3/18, Е21В 47/12, 2023), в стенке которой в области датчиков резистивиметра выполнены щели, закрывающиеся съемными радиопрозрачными вставками. Радиопрозрачные вставки обеспечивают проницаемость для электромагнитных волн частотой, используемой скважинным резистивиметром для измерения электрического сопротивления горных пород и одновременно - герметичность щелей силовой трубы. Для обеспечения герметичности щелей силовой трубы в процессе эксплуатации используются съемные радиопрозрачные вставки, закрывающиеся дополнительно радиопрозрачными крышками.

К недостаткам следует отнести низкую надежность обеспечения герметичности щелей силовой трубы, обусловленная сложностью конструкции радиопрозрачных вставок с крышками, каждая из которых выполнена из большого количества составных, крепежных и уплотнительных элементов, и влекущая большие затраты на техническое обслуживание. В процессе работы на скважине через каждые 200-300 часов циркуляции скважинной среды требуется техническое обслуживание силовой трубы. Для известной конструкции замена уплотнительных элементов вставок, закрывающих щели, их крепежных элементов (до 500 штук в данной конструкции) или самой вставки целиком требует значительных временных затрат и обеспечение возможности их ремонта/замены в неспециализированных помещениях.

Область применения известной силовой трубы на скважине ограничена, поскольку в известной конструкции вставки на щелях обеспечивают перепад давления между внутренним и за трубным давлением до 21МПа ± 10%, что не дает возможности применения такой силовой трубы для проведения электрокаротажа в скважинах высокого давления, где на современных месторождениях требуется обеспечение перепада давления от 25-30МПа и выше.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности работы извлекаемого модуля скважинного резистивиметра в скважинах с высоким перепадом давления и повышение надежности герметичности и ремонтопригодности его конструкции.

Поставленная задача решается следующим образом

Извлекаемый модуль скважинного резистивиметра, содержащий излучающие и приемные генераторные катушки и измерительную систему устанавливаемый в силовую трубу, оснащенную радиопрозрачными вставками на сквозных щелях, совпадающих с местами расположения генераторных катушек, и встраиваемую в колонну бурильных труб, согласно изобретению оснащен корпусом в виде герметичного электропрозрачного контейнера, встраиваемого в колонну труб по продольной оси в области силовой трубы и оснащенного демпферным узлом в виде металлической втулки с резиновым демпферным кольцом на верхнем торце, и доборной втулкой на нижнем торце. При этом измерительная система установлена внутри электропрозрачного контейнера, а генераторные катушки размещены на внешней его поверхности.

Предложенная конструкция извлекаемого модуля скважинного резистивиметра имеет следующие преимущества по сравнению с известными аналогами:

- оснащение резистивиметра корпусом - электропрозрачным контейнером с демпферным узлом в виде металлической втулки с резиновым демпферным кольцом на верхнем торце, и доборной втулкой на нижнем торце, обеспечивает герметичность пространства внутри электропрозрачного контейнера и защищает размещенную внутри него измерительную систему резистивиметра от абразивного и агрессивного воздействия бурового раствора, не препятствуя прохождению электромагнитных волн и не ослабляя генерируемые и принимаемые генераторными катушками сигналы, используемые для расчетов электрического сопротивления окружающих скважину пород.

- герметичный корпус резистивиметра в сборе с силовой трубой разгружает съемные радиопрозрачные вставки на щелях силовой трубы от воздействия на них перепада внутреннего давления между корпусом резистивиметра контейнера и силовой трубой и затрубного давления скважинной среды, обеспечивая надежность конструкции резистивиметра и радиопрозрачных вставок силовой трубы при высоких перепадах давления (от 25-45МПа - в зависимости от типоразмеров применяемых силовых труб), так как внутренне давление удерживается поверхностью электропрозрачного контейнера внутри силовой трубы, а не радиопрозрачными вставками на щелях силовой трубы (как у аналога);

- ослабленное воздействие перепадов внутреннего и затрубного давления среды на радиопрозрачные вставки на щелях силовой трубы за счет применения в конструкции электропрозрачного контейнера - корпуса резистивиметра обеспечивает возможность использования на щелях силовой трубы радиопрозрачных вставок простейшей конструкции из более дешевого материала с минимальным числом составных элементов, что позволяет повысить экономическую эффективность изготовления таких вставок, так как в данном случае для них не требуются дополнительные специальные радиопрозрачные крышки (как у аналога), а сами вставки крепятся непосредственно к силовой трубе минимальным количеством крепежных элементов.

При этом использование крепежных элементов из нержавеющего материала может уменьшить количество ТО, увеличив число циркуляций до 1000 часов (вместо 300 часов у аналога), и тем самым дополнительно повысить экономическую эффективность применения предложенной конструкции.

- наличие корпуса резистивиметра в виде электропрозрачного контейнера в совокупности с радиопрозрачными вставками на щелях силовой трубы обеспечивают достаточную проницаемость для электромагнитных волн, используемых резистивиметром для измерения электрического сопротивления горных пород;

- наличие демпферного узла в виде в виде металлической втулки с резиновым демпферным кольцом на верхнем торце электропрозрачного контейнера резистивиметра, компенсирует его тепловое расширение и разгружает последний от механических нагрузок силовой трубы в процессе работы на скважине, повышая надежность конструкции;

- наличие доборной втулки на нижнем торце электропрозрачного контейнера обеспечивает сохранение его линейных размеров при подрезании резьб основной трубы нижним переводником, подпирающим электропозрачный контейнер в процессе работы на скважине.

На практике для изготовления предложенного извлекаемого модуля скважинного резистивиметра использовались:

- электропрозрачный контейнер 5, выполненный из стеклопластика;

- радиопрозрачные вставки 2 на щелях силовой трубы 1, выполненные из фторопласта (могут быть изготовлены также из капралона, ТекаРеес или другого полимерного материала);

- уплотнительные элементы 11, выполненные из компаунда;

- подпирающий переводник 3. представляющий собой стандартный переводник с двумя ниппелями с резьбой, соответствующей диаметру используемой скважинной компоновки.

Для технической реализации предложенной конструкции извлекаемого модуля скважинного резистивиметра не требуется специальных материалов и оборудования, что соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».

На фиг. 1 показан общий вид скважинного резистивиметра.

На фиг. 2 показан вариант конструкции радиопрозрачного контейнера внутри силовой трубы

На фиг. 3 показан вариант установки радиопрозрачных вставок на щелях силовой трубы.

Извлекаемый модуль резистивиметра (фиг. 1) содержит силовую трубу 1, радиопрозрачные вставки 2 на сквозных щелях 3, подпирающий переводник 4, корпус в виде электропрозрачного контейнера 5 с системой излучающих и принимающих генераторных катушек 5 на внешней его поверхности и измерительной системой внутри (на фиг. не показаны), металлическую втулку 7 с резиновым демпферным кольцом 8, доборные втулки 9, уплотнительные кольца 10, крепежные элементы 11 (фиг. 2), уплотнительные элементы 12.

Сборку извлекаемого модуля скважинного резистивиметра осуществляют следующим образом.

На силовой трубе 1 выполненные фрезой сквозные щели 3 герметично закрывают радиопрозрачными вставками 2, которые с уплотнительными элементами 12 крепятся к силовой трубе 1 крепежными элементами 11. По продольной оси силовой трубы 1 вставляют стеклопластиковый контейнер 5 с размещенной внутри измерительной системой и генераторными катушками 6 на внешней его поверхности. С обоих торцов на стеклопластиковый контейнер 5 с внешней стороны поверхности нанизывают уплотнительные кольца 12, фиксирующие электропрозрачный контейнер 5 от смещений внутри силовой трубы 1 в процессе бурения. На верхнем торце стеклопластикового контейнера 5 устанавливают демпферный узел в виде металлической втулки 7 с резиновым демпферным кольцом 8. На нижнем торце электропрозрачного контейнера 5 устанавливают доборные втулки 9. Установленные по торцам электропрозрачного контейнера 5 демпферный узел и доборные втулки 9, подпираемые переводником 4, в совокупности обеспечивают герметичность полости электропрозрачного контейнера 5.

Устройство работает следующим образом.

В процессе сборки при помощи металлических концевых элементов - металлической втулки 7, соединяемой сверху с переводником забойной телесистемы (на фиг. не показано), и доборных втулок 9, соединяемых снизу с подпирающим переводником 4 электропозрачный контейнер 5 встраивают к колонну бурильных труб,

Пространство между поверхностью электропрозрачного контейнера 5 и внутренней поверхностью силовой трубы 1 служит каналом для пропуска бурового раствора к забойному двигателю или долоту, не создавая при этом гидравлического сопротивления. Буровой раствор омывает находящуюся на внешней поверхности электропрозрачного контейнера 5 генераторные катушки 6. При этом в измерительной системе резистивиметра возбуждается электрический ток, величина которого обратно пропорциональна сопротивлению генераторных катушек 6, омываемых буровым раствором. Оцифрованное измерительной системой резистивиметра значение тока передается по кабелю на поверхность.

Размещение генераторных катушек 6 с внешней поверхности контейнера 5 обеспечивает высокую чувствительность резистивиметра, так как электромагнитное поле и амплитуда сигналов, излучаемых и принимаемых генераторными катушками 6, пропорционально квадрату диаметра их витка, то есть диаметру стеклопластикового контейнера 5. При этом герметичный стеклопластиковый контейнер 5 защищает размещенную внутри него измерительную систему резистивиметра от абразивного и агрессивного воздействия бурового раствора, не препятствуя прохождению электромагнитных волн и не ослабляя генерируемые и принимаемые катушками 6 сигналы, используемые для расчетов электрического сопротивления окружающих скважину пород.

Поскольку электропрозрачный контейнер 5 является составной частью силовой трубы, она воспринимает все механические нагрузки, в частности вращающий момент гидравлического забойного двигателя, нагрузку на долото и т.п. Основным силовым элементом, является наружная силовая труба 1, через которую передаются все усилия, связанные с процессом бурения. При этом стеклопластиковый контейнер 5 резистивиметра испытывает только нагрузки, вызванные давлением жидкости в трубе, и не воспринимает механические нагрузки, сопровождающие процесс бурения, что обеспечивает надежность его конструкции в процессе эксплуатации. При этом электропрозрачный контейнер 5 значительно снижает воздействие перепада внутреннего и затрубного давления среды на радиопрозрачные вставки 2, что позволяет применять его в процессе бурения в скважинах с перепадом внутреннего и затрубного давления до 35-45 МПа.

Так как воздействие внутреннего давления среды на радиопрозрачные вставки в этом случае значительно ослаблено, сами радиопрозрачные вставки 2 могут быть изготовлены из более дешевых материалов и более простой конструкции. Выполнение радиопрозрачных вставок 2 силовой трубы 1 простейшей конструкции с минимальным количеством крепежных элементов позволяет осуществлять быструю их замену по мере износа, что упрощает ремонтопригодность силовой трубы 1. Возможность извлечения резистивиметра для ремонта или замены последнего обеспечивает ремонтопригодность его измерительной системы, генераторных катушек и линий связи, что продлевает ресурс работы прибора в целом.

На практике для изготовления предложенного извлекаемого модуля скважинного резистивиметра использовались:

- электропрозрачный контейнер 5, выполненный из стеклопластика;

- радиопрозрачные вставки 2 на щелях силовой трубы 1, выполненные из фторопласта (могут быть изготовлены также из капралона, ТекаРеес или другого полимерного материала);

- уплотнительные элементы 11, выполненные из компаунда;

- подпирающий переводник 3. представляющий собой стандартный переводник с двумя ниппелями с резьбой, соответствующей диаметру используемой скважинной компоновки.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, а именно - к приборам электромагнитного каротажа в процессе бурения. Технический результат: возможность работы извлекаемого модуля скважинного резистивиметра в скважинах с высоким перепадом внутреннего и затрубного давления до 45 МПа, повышение надежности и ремонтопригодности его конструкции и конструкции силовой трубы, в которой он устанавливается. Сущность: извлекаемый модуль скважинного резистивиметра содержит корпус в виде герметичного электропрозрачного контейнера, встраиваемого в колонну труб по продольной оси, излучающие и приемные генераторные катушки и измерительную систему. Контейнер оснащен демпферным узлом в виде металлической втулки с резиновым демпферным кольцом на верхнем торце и доборной втулкой на нижнем торце. Генераторные катушки размещены на внешней поверхности контейнера. Измерительная система установлена внутри контейнера. Контейнер установлен в силовой трубе с радиопрозрачными вставками на сквозных щелях, совпадающих с местами расположения генераторных катушек. 3 ил.

Извлекаемый модуль скважинного резистивиметра, содержащий излучающие и приемные генераторные катушки и измерительную систему, устанавливаемый в силовой трубе, оснащенной радиопрозрачными вставками на сквозных щелях, совпадающих с местами расположения генераторных катушек, отличающийся тем, что он оснащен корпусом в виде электропрозрачного контейнера, встраиваемого в колонну труб по продольной оси в области силовой трубы и оснащенного демпферным узлом в виде металлической втулки с резиновым демпферным кольцом на верхнем торце и доборной втулкой на нижнем торце, при этом измерительная система установлена внутри электропрозрачного контейнера, а генераторные катушки размещены на внешней его поверхности.