Способ наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК E21B47/04 

«

Изобретение относится к промысло о геофизическим k геохимическим исследованиям скважин в процессе бурения, в, частности к определению расходов жидкости в скважине.

Целью изобретения является повышение надежности и точности оттока и притока жидкости в бурящихся скважинах.

На фиг. 1 показана схема измерения расхода жидкости в скважине, а - измерительная установка, разрез 5 - призабойная часть скважины с размещенной в ней измерительной установкой, вид.сверхуf на фиг,, 2 - геометрические построения, поясняющие способ измерения расхода в за- трубном пространстве,- на фиг., 3 - структурная схема устройства,, реализующего способ наблюдения за жидкостью в скважине.

При этом обозначены скважина 1, промывочная жидкость 2, в скважине, солонна 3 бурильных труб (призабойная часть)5 внешний измерительный блок 4, содержащий несколько измерительных датчиков и включающий цент- ральный элемент 5, верхний 6 и нижний 7 элементы, внутренний измерительный блок 8 , расход Q - жидкости в трубах, расход Q -жидкости в за- трубном пространстве, изменение &Q расхода жидкости в скважине, вызванное притоком пластовой жи,п,кости через стенку в скважине или уходом промывочной жидкости в пласт,, расстояния Z , 2, 6, ... В; от измерительных датчиков до стенки скважины, вектор

скорости ультразвукового сигнала, генерируемого элементом ,5, его составляющие С, -перпендикулярная стенке скважины,

C-J- - направленная по оси скважины вектор скорости потока V , расстояние от бурильной колонны до стенки скважины , длина измерительной базы Ь , т.е. расстояние между центральным и верхним (или нижним) элементами, базовый угол излучения

(при Y 0) oi, О, реальный угол излучения (при V j 0) /3 .

Способ осуществляется следуюощм -образом.

В колонну 3 с поверхности закачивается промывочная жидкость 2. Дойдя до забоя, она через струйное отверстие в долоте попадает в при- забойную часть скважины 1 и по за098382

трубному пространству поднимается до устья. При нормальном режиме бурения расходы жидкости в трубахQ и в затрубном пространстве Q при5 мерно равны. В ряде случаев это равенство нарушается. Например, при пересечении скважиной пластов с аномально высоким пластовым давле- Нием образуется значительный приток

10 жидкости из пласта в скважины и

Q Q . При наличии в пересекаемых породах трещин или пустот происходит уход жидкости через трещины из сква- жины, тогда q Q. Обе эти ситуа15 Ции, также как и некоторые другие, которые могут иметь место при бурении и характеризуются неравенст- BOM/Q -Q являются аварийными и требуют немедленного выявле20 ,ния и сигнализации на поверхность принятия оперативного решения о режиме бурения. Для обнаружения разности расходов использованы два блока, один из них (блок 4) размещен

25 на наружной поверхности колонны труб и предназначен ,а;ля измерения Q , другой (блок 8) находится внутри колонны труб и предназначен для измерения Q . Если для измерения расхода

30 внутри колонны могут быть принципиально использованы любые системы, то измерение расхода в затрубном пространстве не может быть, произведено известными расходомерами из-за не35 постоянного расстояния S от стенки трубы ,цо стенки скважины (фиг. lS). Поэтому используется ультразвуковая измерительная установка, состоящая из датчиков, каждый из которых содер-,

40 жит центральный генерирующий элемент 5 и два приемных 6 и 7 (фиг. 1q). Датчики размещены по цилиндрической поверхности колонны в призабойной ее части. При этом

45 расстояния от датчиков до стенки скважины неодинаковы (фиг. 1S). Чем больше число таких датчиков, .тем точнее измерение расхода. Однако реальное их количество определяется

50 сложностью конфигурации скважины, собственными диаграммами перекрытия. Каждый датчик измеряет расход в одном из секторов, границы которых отмечены на фиг. 1б пунктирными линиями.

55 Расход в затрубном пространстве ч есть сумма этих частичных расходов. В процессе измерения расхода поочередно включаются центральные элементы 5,

31

генерирующие ультразвуковой сигнал. При отсутствии прокачки раствора (V 0) распространение ультразвукового .сигнала происходит под базовым углом tjt . При этом сигнал, отражаясь от стенки скважины и попадая на приемные элементы 6 и 7, проходит одинаковые пути за равные отрезки времени 28 10 С .

При наличии движения жидкости (V 5 0) распространение сигнала происходит уже под, разнь пда углами /3, и . и время прохождения сигнала до верхнего приемного 6 5, и нижнего 7 Cg -элементов становится неодинако С

вым.

i o--C-,

4еУб;псб

c%t

откуда

4К 5inot.

Учитьтая, что площадь сектора, на котором производится измерение одним датчиком, при большом числе датчиков и составляет (фиг. 1)

5,1ге

.

П , .л1 ., 3

. Q -z:Q; z:5iV z:7i i,

; ( 1 1 lii Ьвтсб

Устройство для наблюдения за жидкостью в скважине состоит из хронометра 9, блока 10 управления, блока 11 измерения расхода в затруб- ном пространстве, коммутатора 12, центральных 13, верхних 14 и нижних 15 элементов блока 11 измерения расхода в затрубном пространстве, мультиплексоров 16 и 17, вычислителя 18, содержащего функциональные блоки 19-23, выходной блок 24, блок 25 измерения расхода в трубе 25 ( 1...« ... h - порядковые номера датчиков).

Блок 10 управления содержит генератор тактовых импульсов ГТИ, двоичный счетчик СЧ и дешифратор с управляющими выходами. Каждый управляющий выход соединен с соответствующим элементом схемы, например коммутатором 12, мультиплексорами 16 и 17, вычислителем 18, исполнительным блоком 23. Последовательность включения этих элементов определяется номером выходной цепи дешифратора, т.е. числом импульсов, поступающих на вход счетчика. Один из выходов дешифратора одна на ГТ и срывает колебания

09838

генератора и обнуляет СЧ, что осу Ществляется после выполнения программы. Последующий запуск блока 10 производится хронометром 9 в следу- 5 ющий цикл измерений.

Устройство работает следующим образом.

Через определенные интервалы времени, задаваемые хронометром 9 в за10 висимости от скорости бурения, блок 10 управления через коммутатор 12 поочередно включает центральные элементы 15 (например, пьезоэле- менты), которые генерируют импульс15 ьш ультразвуковой сигнал. При этом с элементов 14 и 15 через мультиплексоры 16 и 17 принятые сигналы поступают на вычислитель 18.

Вычислитель 18 имеет Е основных

20 блоков я выполняет следующие функции. Блок 19 определяет разность во времени между приходом ультразвукового сигнала на верхний 14 и нижний 15 элементы, т.е. й . Блок 20 по при25 веденной формуле вычисляет Q; , для чего предварительно df возводится в квадрат. Блок 21 сумми ет Q; за один цикл опроса всех элементов для получения .21 Q; . На вход блока 22 подается значение Q с блока 25 измерения расхода и Q , полученное в блоке 21. На выходе его образуется uQ Q - Q . Блок 23 анализирует значение &.Q , определяет его модуль и знак. Если/йР/ й0 о„,

35 то вьфабатьшается сигнал оперативной сигнализации аварийной ситуации. Знак л Q показывает приток или отток жидкости из скважины. Результат передается в блок 24, кото-

рый формирует сигнал, передаваемый на поверхность по бескабельнрму каналу связи (гидравлический, электрический) .

Использование изобретения позволя-

5 ет оперативно обнаружить аварийное состояние скважины за счет аномального измерения расхода промывочной жидкости на забое скважины по отношению к расходу на поверхности, причем

50 использование скважинного и наземно-, го компонентов аппаратуры дает возможность обнаружения зарождения аварийной ситуации, что позволяет провести оперативные предупрезцдающие

55 аварию мероприятия. Поэтому экономический эффект изобретения определяется суммой потерь, которых удалось избежать при устранении аварии.

30

а ..

S :vj

Фиг. I

Фиг. 2

1. Способ наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах, включающий измерение ее расхода, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и точности оттока и притока жидкости в скважине, определяют расход жидкости на выходе из колонны бурильных труб и в призабойной зоне затрубного пространства и по разности этих величин и знаку разности судят о наличии притока или оттока жидкости в пласте. 2. Устройство для наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах, содержащее первый блок измерения расхода жидкости, хронометр, связанный с блоком управления, блоком измерения расхода жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено выходным элементом, двумя мультиплексорами, коммутатором опроса, вычислителем и установленным по внешней образующей бурильной трубы вторым блоком измерения расхода жидкости, выполненным в виде 1- h генераторов ультразвуковых колебаний и 2- И датчиков ультразвуковых колебаний, расположенных по разные стороны от генератора, при этом один выход блока управления связан с I -м генератором ультразвуковых колебаний второго блока измерения расхода жидкости, а второй выход блока управления связана с входами коммутатора опроса, мультиплексоров и вычислителя, причем выход каждого датчика i-и пары ультразвуковых колебаний соединен через отдельный мультиплексор с входами вычислителя, выход которого соединен с выходным элементом, а выход первого блока измерения рас- .хода жидкости связан с входом вычислителя. § (Л о ;о 00 00 00