Способ исследования обсадных колонн в скважине и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК E21B47/08 

Д поступают через контактные кольца платы переключателя 19 на соответствующий модулятор (м) 16. Преобразованные в М 16 сигналы поступают на усилитель 17 мощности и с него по кабелю в наземную часть телевизионной системы. Здесь сигналы разделяются по частоте,преобразуются в постоянный ток, пропорциональный расстояИзобретение относится к способам и устройствам, используемым при проведении исследований в обсадных колоннах нефтяных и газовых скважин, и служит для определения внутреннего диаметра, выявления желобообраз- ных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом.

Целью изобретения является повышение точности исследования путем непрерывного определения внутреннего диаметра, выявления желобообразных выработок и степени износа обсадных трУ б бурильным инструментор.

На фиг. 1 представлено расположение измерительных и компенсационных преобразователей устройства для исследования обсадных колонн в скважине} на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 - пример реализации способа.

Большая деятельность проводимых исследований, сокращение времени, необходимого для проведения исследований на скважине, и осуществление непрерывного контроля за вращением датчиков и функционированием измерительной схемы устройства достигается путем исследований, проводимых непрерьгоно во время движения скважин ного снаряда двумя идентичными, диаметрально противоположно расположенными датчиками, закрепленньп 1и на вращающемся при помощи двигателя цилиндре. При этом измеряются и регистрируются расстояния от датчиков до внутренней поверхности колонны в диаметрально противоположных направлениях. Причем частота соб ственных колебаний скважинного снаряда относительно оси колонн, вознинию от Д до внутренней поверхности, который регистрируется в виде диаграммы. Одновременно третьим каналом с помощью контактной щетки 25, кольца 26 со вставкой 27, резистора 28 и М 16 регистрируется стандарт-сигнал с добавочного трансформатора 22 с метками вращения Д. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

5

кающих во время его движения, меньше частоты вращения датчиков, поэтому в определенные моменты ось колонны будет лежать в плоскости датчиков и в эти моменты при наличии смещения скважинного снаряда относительно оси колонны один из датчиков будет максимально приближен к внутренней поверхности колонны, другой максимально удален, что при.регистрации отметится как наличие противоположных экстремумов.

При одинаковых расстояниях от датчиков до колонны будут зарегистрированы одинаковые показания. Совместная обработка результатов измерений двумя диаметрально противоположно расположенными датчиками позволит исключить влияние на результаты измерений смещения скважинного снаряда относительно оси колонны во время его движения.

Непрерывный контроль за вращени- ,ем датчиков и функционированием электрической схемы устройства позволит избежать ложных записей.

Устройство содержит по два одинаковых датчика, каждый из которых представляет измерительные преобра- зователи 1 и компенсационные преобразователи 2. Последние со стороны колонны (не показаны) закрыты ферромагнитными экранами 3. Перед их полюсными наконечниками 4 расположен 35 центратор в виде эксцентрика 5.

Преобразователи 1 и 2 закреплены противоположно друг другу при помощи опор 6 к цилиндру 7, кинематически связанному с двигателем, вращарз- 40 щимся вокруг трубы 8 (не показан. Снаружи преобразователи 1 и 2 закры0

5

fO

20

25

31286758

ты тороидальным корпусом 9 из неметаллического материала, в котором размещен также двигатель.

Функциональная схема устройства для исследования обсадных колонн в скважине (фиг. 2) включает блок I электроники и блок II датчиков. Кроме того, устройство содержит схему контроля, включающую генераторные обмотки 10, измерительные обмотки 11, размещенные на магнито- проводе 12, блок питания 13, разделительный дроссель 14, разделительный конденсатор 15, модуляторы 16, усилитель мощности 17, подготовительное реле 18, .платы переключателя 19,.переключатель (исполнительный электромагнит) 20, эталонный резистор 21 и добавочный трансформатор 22.

В блоке II датчиков находятся преобразователи 1 и 2, двигатель 23, конденсатор 24, контактные кольца с щетками 25, кольцо 26 с вставкой 27, резистор 28 постоянного сопротивле- ния (компенсатор давления и редуктор не показаны).

Наземная часть устройства включает блок управления 29, источник питания двигателя 30, источник питания датчиков и электронной схемы 31, блок демодул/iTopoB 32 и регистратор 33.

Связь между наземной частью устройства и скважинным снарядом осуествляется при помощи трехжильного каротажного кабеля 34.

Первичная обмотка 35 трансформатора 22 зашунтирована регистром 28 постоянного сопротивления, вторичная обмотка 36 подключена к входу модуятора 16, а вставка 27 выполнена в золированном от корпуса 9 кольце 26 с возможностью взаимодействия с щеткой 25 и соединена через резистор с корпусом 9 (связь не показана).

Устройство работает следзпощим образом.

В режиме измерения прибор питается по жиле кабеля током частотой 300 Гц. Этот ток проходит дроссель 14, первичную обмотку трансформатора блока питания 13, цепь подготовительного реле 18, норь(ально замкнутый контакт Р-1, эталонный резистор 21 и замыкается на корпусе. Питание генераторных обмоток датчиков осуествляется от трансформатора блока

п ц

за ти те н ях во

но

ве ме ле j на по ти i ля не ну ве ме ле по го зо с ре кл ду ди ду ло

си мо 15 те ча ся ст ст по ся

ра пр си ко пр ис жи

30

35

40

45

50

55

фа ки

ли ст

O

0

5

питания 13 через контактные кольца 25.

В основу измерения положен метод, заключающийся в том, что в двух идентичных электромагнитных преобразователях, включенных по дифференциальной схеме, при одинаковых условиях в измерительных обмотках наводится ЭЦС, равная по величине,

но противоположная по знаку.

Результирующий сигнал датчика ра-, вен нулю, но стоит изменить зазор между измерительным преобразователем и ферромагнитной колонной, как на одной из индикаторных катущек 1 появится преобладающая ЭДС. Результирующий сигнал будет отличен от ну- i ля и меняться пропорционально изменению зазора. В данном устройстве нулевой результирующий сигнал, соответствующий минимальному расстоянию между измерительным преобразователем и колонной, устанавливают при помощи эксцентрика 5, расположенного перед полюсными наконечниками 4 (фиг. 2) компенсационного преобразователя 2. :Результирующие сигналы с каждого из датчиков поступают через контактные кольца 25 платы переключателя 19 на соответствующий модулятор 16. В модуляторах происходит преобразование сигналов, промо- дулированных по амплитуде,и сигналов, промодулированнь с по частоте.

С модуляторов информационные сигналы поступают на усилитель 17 мощности и с него через конденсатор 15 по жиле кабеля в наземную часть телевизионной системы. В наземной части аппаратуры сигналы разделяются по частоте, преобразуются в постоянный ток, пропорциональный расстоянию от датчиков до внутренней поверхности, который и регистрируется в виде диаграммы.

Вращение цилиндра 7, на котором расположены преобразователи I и 2, происходит при помощи однофазного синхронного двигателя 23, питание которого током частотой 50 Гп и напряжением. 220 В осуществляется от источника питания двигателя по двум жилам кабеля 34.

0

5

0

5

0

Корщенсатор 24 служит для сдвига фаз подаваемого на различные обмотки двигателя напряжения.

Переключатель 20 позволяет калибровать измерительные каналы по стандарт- и нуль-сигналам, подклюfO

15

20

25

чая к входам модулятора добавочный трансформатор 22, датчики или замыкая входы модулятора на корпус. Для переключения по жиле кабеля с поверхности подается импульс постоянного тока. Под действием этого импульса подготовительное реле 18, размыкая контакт Р-1, включает в цепь тока обмотку исполнительного электромагнита 20, который осуществляет перевод контактов переключателя в соседнее положение.

Напряжение стандарт-сигнала снимается с эталонного резистора 21 через добавочными трансформатор 22,

В положении нуль-сигнала входные цепи замыкаются на корпус.

Контроль за вращением датчиков и функционированием измерительной схемы осуществляется при помощи добавочного трансформатора 22, контактной щетки 25, кольца 26 с вставкой 27, резистора 28 и соответствующего модулятора 16. Кольцо полностью изолировано, а вставка 27 через резистор 28 соединена с корпусом. В момент прохождения щетки через вставку шунтируется вход модулятора, на который постоянно подается стандарт- сигнал с добавочного трансформатора 22, по которому калибруют измерительную схему. ,

В результате регистратором 33 будет «записана диаграмма стандарт-сигнала с метками, свидетелвствующими о вращении датчиков. Изменение уровня общего регистрируемого сигнала будет свидетельствовать о том, что произошли нарушения в работе измери- :тельной схемы устройства,.что позволит своевременно обнаружить неисправность.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом

Движение скважинного снаряда вдоль оси колонны .осуществляется со скоростью 180 м/ч. Вращение датчиков теплостойким синхронным двигателем через редуктор 10 об/мин или 1 оборот за 6с. , Колебания скважинного снаряда возникают, в основном, при прохождении им стыковых соединений труб колонны скважины или через 8 - 10 м. При скорости 180 м/ч колебания . 5 скважинного снаряда возникают через 3-3,5 мин. За это же время датчик совершает 30-35 оборотов. Поэтому колебания скважинного снаряда не скагся

286758

зываютСя на качестве регистрируемого материала.

При скорости движения скважинного снаряда 600 м/ч колебания скважин- 5 ного снаряда будут происходит через 60 с, что опять же в 10 раз реже частоты вращения датчика.

Регистрация результатов измерения производится на диаграммную бумагу регистратора каротажной станции тремя каналами в масштабе глубин 1:20. Двумя каналами регистрируются показания датчиков, третьим каналом регистрируется стандарт-сигнал с добавочного трансформатора с сигналами,свидетель с твзгющими о вращении датчиков.

Длительность . исследований при такой скорости движения скважинного снаряда составляет 0,15 м по оси ко30

35

40

45

50

лонны, так как за время одного оборота датчика скважинньш снаряд перемещается на 0,3 м, а измерения проводятся двумя диаметрально противо положно расположенными датчиками.

Датчик имеет зону исследований по оси колонны в каждый момент времени порядка 0,150 м, поэтому внутренняя поверхность колонны будет исследоваться практически полностью.

Кроме этого, можно проводить исследования при скорости движения скважинного снаряда 600 м/ч, движение диаграммной бумаги при этом устанавливают в масштабе глубин i:200 (1 см диаграммной бумаги - 200 см продвижения снаряда).

Детальность исследований при этом составит 0,5 м. По результатам этих исследований можно наметить участки для детальных исследований по известному методу.

Пример. При проведении исследований KOJJOHH скважин скважинный снаряд спускается до нижней отметки исследуемой колонны. Во время спуска скважинного снаряда настраивается регистратор по нуль-сигналу и стандарт-сигналу.

При подъеме сква кинного снаряда со скоростью б60 м/ч производится регистрация показаний обоих датчиков и стандарт-сигнала с метками вращения датчика регистратором каротажной станции в масштабе глубин 1;200.

По результатам этой записи определяют участки для детальных исследований, границы желобообразньтх выработок, износов стенок колонн, прогся

Ся ала

0

5

5

0

35

40

45

50

лонны, так как за время одного оборота датчика скважинньш снаряд перемещается на 0,3 м, а измерения проводятся двумя диаметрально противо положно расположенными датчиками.

Датчик имеет зону исследований по оси колонны в каждый момент времени порядка 0,150 м, поэтому внутренняя поверхность колонны будет исследоваться практически полностью.

Кроме этого, можно проводить исследования при скорости движения скважинного снаряда 600 м/ч, движение диаграммной бумаги при этом устанавливают в масштабе глубин i:200 (1 см диаграммной бумаги - 200 см продвижения снаряда).

Детальность исследований при этом составит 0,5 м. По результатам этих исследований можно наметить участки для детальных исследований по известному методу.

Пример. При проведении исследований KOJJOHH скважин скважинный снаряд спускается до нижней отметки исследуемой колонны. Во время спуска скважинного снаряда настраивается регистратор по нуль-сигналу и стандарт-сигналу.

При подъеме сква кинного снаряда со скоростью б60 м/ч производится регистрация показаний обоих датчиков и стандарт-сигнала с метками вращения датчика регистратором каротажной станции в масштабе глубин 1;200.

По результатам этой записи определяют участки для детальных исследований, границы желобообразньтх выработок, износов стенок колонн, простирающихся на значр тельные (до десятков метров) расстояния.

Вторым этапом проводят исследования намеченных участков колонны более детально. Для этого рпускают до нижней границы самого нижнего выбранного интервала и проводят регистрацию показаний датчиков и стандарт-сигнала с метками вращения датчика при скорости подъема скважинно- го снаряда до 180 м/ч. Регистрацию производят на диаграммную бумагу регистратора каротажной станции в масштабе глубин 1:20.

Записи первого и второго датчиков (показано) повторяют одна другую со сдвигом на 180 и по виду напоминают синумлиды. Такой вид запись приобретает при наличии смещения скважинно- го снаряда относительно оси колонны. При отсутствии такого смещения запись преобретает вид прямой линии. При наличии износа он отображается на записи характерными импульсами тем большей амплитуды, чем больше величина износа.

По этим записям определяются величина внутреннего диаметра колонны

W

15

20

25

мую линию с характерными метками вр щения датчика. Отклонение этой лини от прямой свидетельствует .о нарушениях в работе устройства.

Использование предлагаемого спос ба и устройства Для его осуп ествле- ния позволяет повысить точность определения внутреннего диаметра, же- лобообразных выработок и степени изно са обсадных труб бурильным инструме том, повысить детальность исследова НИИ, исследовать практически всю внутреннюю поверхность колонн, сокр тить время, необходимое для проведе ния исследований.

Контроль за вращением датчиков и функционированием измерительной схе мы устройства позволяет исключить з пись ложных диаграмм при неработающем двигателе и своевременно жить неисправность электрической сх мы устройства.

Формула изобрет ени

1. Способ исследования обсадных колонн в скважине, основанный на из мерении расстояний от вращающегося датчика скважинного снаряда до внут

( и величина износа дг.

Внутренний диаметр равен сумме ве- 30 ренней поверхности колонны с последующей регистрацией, о т л и ч а - я тем.

личины диаметра окружности, по KOJ-O- рой вращаются датчики (эта величина постоянна и известна для каждого прибора), и полусуммы расстояний ., и Ig от каждого датчика до колонны в точке противоположно расположенных экстремумов. Отсчеты берутся по гра- дуировочной зависимости, которая строится при помощи градуировочного устройства во время сборки и наладки скважинного снаряда. Градуировоч- н,ая зависимость представляет -собой зависимость показаний датчика от расстояния между датчиком и-внутренней поверхностью колонны.

Величина износа д z определяется как разность расстояния от датчика до колонны в точке максимального износа z и расстояния от датчика колонны, если бы в ней не было изно35

40

ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности исследования путем не прерывного определения внутреннего диаметра, выявление желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом измерения производят при движении скважинного снаряда в двух диаметрально противоположных направлениях и одновременно с регистрацией расстояний регистрируют стандарт-сигнал с метками вращения датчиков.

45

2. Устройство для исследования обсадных колонн в скважине, включающее тороидальный корпус, внутри ко- -торого размещены двигатель, кинематически связанный с цилиндром для

50 вращения последнего, контактные коль ца с щетками, центратор и размещенный на цилиндре датчик, отлича ющееся тем, что оно снабжено .дополнительным датчиком, схемой конса Z

Если износ имеет протяженность более 0,15 м (желобообразная выработка), то он будет периодически отмечаться каждым датчиком. Постоянное определение его величины дает представление о характере вьфаботки и определяется ее профиль. Запись стандарт-сигнала представляет собой пря

5

0

5

мую линию с характерными метками вращения датчика. Отклонение этой линии от прямой свидетельствует .о нарушениях в работе устройства.

Использование предлагаемого способа и устройства Для его осуп ествле- ния позволяет повысить точность определения внутреннего диаметра, же- лобообразных выработок и степени изно-/ са обсадных труб бурильным инструментом, повысить детальность исследова- НИИ, исследовать практически всю внутреннюю поверхность колонн, сократить время, необходимое для проведения исследований.

Контроль за вращением датчиков и функционированием измерительной схемы устройства позволяет исключить запись ложных диаграмм при неработающем двигателе и своевременно оР нару- жить неисправность электрической схемы устройства.

Формула изобрет ения

1. Способ исследования обсадных колонн в скважине, основанный на измерении расстояний от вращающегося датчика скважинного снаряда до внутренней поверхности колонны с последующей регистрацией, о т л и ч а - я тем.

ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности исследования путем непрерывного определения внутреннего диаметра, выявление желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом измерения производят при движении скважинного снаряда в двух диаметрально противоположных направлениях и одновременно с регистрацией расстояний регистрируют стандарт-сигнал с метками вращения датчиков.

2. Устройство для исследования обсадных колонн в скважине, включающее тороидальный корпус, внутри ко- торого размещены двигатель, кинематически связанный с цилиндром для

вращения последнего, контактные кольца с щетками, центратор и размещенный на цилиндре датчик, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным датчиком, схемой контроля, модулятором и вставкой, при этом дополнительный датчик размещен на цилиндре диаметрально противоположно первому датчику, схема контроля включает в себя трансформатор.

91286758 . 10

первичная обмотка которого зашунти- вьтолнена в изолированном от корпуса рована резистором постоянного сопро- кольце с возможностью взаимодейст- тивления, а вторичная - подключена вия со щеткой и соединена через дру- к входу модулятора, причем вставка . гой резистор с корпусом.

Редактор А.Гулько

2 3 SS789fOtff2 15 2S 5

.3

Составитель В.Стрельченко . Техред М.ХоданичКорректор А.Обручар

пись / da/nvu/fO

.Записи а датчика

Метки бр йщемия датчика

dWffC

I i 11 1 I ih-l t H t ,I M

Заказ 7692/32 Тираж 532Подписное

ВНИИПИ Государственно -о комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.t- Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности- и позволяет повысить точность исследования путем непрерывного определения внутреннего диаметра, выявления желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом. Для этого исследования проводят непрерывно во время движения снаряда двумя идентичными, диаметрально противоположно расположенными датчиками (Д), закрепленными на вращающемся с помощью двигателя цилиндре. При этом измеряются ире- гистрируются расстояния от Д до внутренней поверхности колонны в диаметрально противоположных направлениях.. Результирующие сигналы с каждого из с f /5 О