Устройство измерения в буровой скважине Советский патент 1987 года по МПК E21B47/12 E21B47/14 

Изобретение относится к автоматическим устройствам компенсированного измерения в буровой скважине.

Известны различные устройства измерения в буровой скважине, в которых измерения осуществляются с помощью двух приемников и одного датчика (T-RR, где Т - датчик, R - приемник), однако такие устройства не компенсируют перекоса инструмента по отношению к оси буровой скважины. Чтобы исключить перекос, может быть предусмотрен дополнительный датчик, образующий инструмент, который имеет T-RR-T-расстановку.

Каждый из двух датчиков может быт селективно управляемым, при этом может измеряться время распространения до каждого из двух приемников.

Однако в скважинных инструментах типа T-RK-T увеличение расстояния T-R влечет за собой удлинение инструментов, так как расстояние T-R удваивается. Более длинные инструменты нежелательны, вследствие дороговизны затрудненности транспортировки и сложности опускания их в перекошенную или наклонную буровую скважину.

Известны также устройства измерения, в которых более длинные расстояния T-R в расстановке T-RR-T увеличивают длину спусковых салазок, которая уменьшает вероятность удержания спусковых салазок в непрерывном контакте со стенкой буровой скважины.

Известна также частично компен- . сирующая система без изменения длины инструмента, в которой запоминаются по меньшей мере два различных измерения для двух различных расстояний. Это приводит к удорожанию системы и большой уязвимости проблем глубины установок, таких, которые вносятся движением инструмента. Кроме того, компенсация инструмента не всегда полная.

Известно также устройство, в котором использован дополнительный приемник к каждому из двух существующих. Каждый дополнительный приемник отделен от существующего небольшим расстоянием, соответствующим приблизительно двойному смещению, внесенному рефракционной ошибкой (одно смещение для каждого из двух различных направлений приема)..Таким образом, используются четыре приемника.

5

0

5

по два для каждого направления приема. Однако такое выполнение усложняет управление и увеличивает стоимость.

Известно устройство измерения в буровой скважине, содержащее две группы преобразователей, укрепленных вдоль суппортного элемента, установленного с возможностью перемещения в скважине и протянувшегося вдоль направления, параллельного направлению его перемещения, измерительную аппаратуру, включающую блок памяти, блок управления и блок индикации.

Однако такое выполнение устройства требует удлинения инструмента, усложняет управление и увеличивает стоимость.

Цель изобретения - повьштение точности измерения путем компенсации отклонения буровой скважины и/или отклонения преобразователей внутри буровой скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерен1 я в бу0

0

пы преобразователей, укрепленных вдоль суппортного элемента, установленного с возможностью перемещения в скважине и протянувшегося вдоль направления, параллельного направлению его перемещения, измерительную аппаратуру, включающую блок 5 памяти, блок управления и блок I индикации, приемные преобразователи размещены один от другого на таком же расстоянии вдоль линии, что и передающие преобразователи, и размещены с одной стороны от них, причем преобразователи обеих групп имеют одинаковые рабочие характеристики,

е При ЭТОМ измерительная аппаратура снабжена блоком выбора и комбинирования измерений, к входу которого подключены группы преобразователей и выходы блока памяти, а к выходам л блок индикации и блок управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства измерения; на фиг, 2 и 3 - два раздельных положения I и L преобразователей на отметках глубины d.j и на фиг, 4 - два поло- и J на отметках глубины d

5

жения

и dy,

УстройствЬ включает скважинный инструмент 1 с расстановкой датчиков, содержащей четыре преобразователя 2-5. Расстановка может входить в инструмент, который выполнен в виде полого шпинделя, приспособленного для центральной или эксцентричной работы, или в спусковой салазочный элемент с датчиками, расположенными на салазках для работы в тесном контакте со стенкой скважины.

Последующие пояснения предполагают, что инструмент бъш опущен к основанию скважины так, что затем он может медленно возвращаться по направлению к поверхности путем механического управления регистрирующим кабелем 6, наматываемым на лебедку 7, на поверхности, что обеспечивает передачу сигнала и команд между инструментом и блоком 8 управления на поверхности. Таким образом, перемещение инструмента южет быть непосредственно связано с перемещением на поверхности проволочного троса.

Наземный блок 8 управления действует как программный селектор датчиков и приемников, который через кольцевой коллектор на лебедке 7 соединен с регистрирующим кабелем 6 и подземным блоком 9.управления в инструменте 1, находящимся в скважине. Синхронно с перемещением кабеля на управляющий блок 8 и блок 10 памяти измерений подаются импульсы приращения глубины через какое-либо механическое или электрическое соединение 11, а также на блок 12 выбора и комбинирования измерений, если оно имеется у местоположения скважины, так что обработ- ка измерений может производиться в то же время.-Таким образом, выбор датчиков и соответствующие измерения синхронизированы.

Устройство работает следующим образом.

Текущий выбор и комбинирование измерений нет необходимости делать одновременно с получением отдельньпс замеров. Эти измерения могут быть обеспечены для обработки в более позднее время от обычного цифрового или аналогового накопительного устройства, в месте, удаленном от скважины.

Однако важно, чтобы вместе с измерениями регистрировались приращения глубины, соответствующие перемещений инструмента, так как это необходимо для точного соотношения измерений друг к другу на основе глубины.

Когда инструмент 1, содержащий четырехпреобразовательную расстановку, перемещается вверх через положения глубины I, J, К.и L, систематическим методом выбираются различные

датчики, так что при регулярных приращениях выполняется последовательность измерений. Обычно на инструменте определенная точка вь бирает- ся в качестве опорной,поэтому измерения, полученные с различными преобразователями, могут быть отнесены одно к другому и к глубине инструмента, расположенного в скважине, так, как зарегистрировано на

поверхности. Хотя может быть выбрана любая точка (фиг. 1 изображает), а описание далее основывается на выборе опорной точки глубины, расположенной на инструменте 1 у самого

верхнего преобразователя, т.е. преобразователя, который наиболее близок к поверхности -земли, когда инструмент продвигается в скважине. На фиг. 2, 3 и 4 показано четыре преобразователя расстановки инструмента 10, обозначенные с 1 по 4, В описании буква Т с индексом используется как обозначение преобразователей, приемников или датчиков.

Кроме того, два самых верхних преобразователя Т, и Т работают как приемники, а два самых нижних преобразователя Т и Т работают как датчики.

Желательно, чтобы преобразователи определенного типа, как те, что работают в качестве приемников, были сгруппированы в инструменте или спарены вместе, и чтобы преобразователи перемещались горизонтально и вертикально в скважине координатным . образом. Кроме того, заранее выбранный разнос между преобразователями

в каждой группе должен быть едина- . ковым, т.е. разнос между Т, и Т вдоль длины суппортного элемента с преобразователями должен быть таким же, как разнос между датчиками Т и

Т. Расстояние между группами преобразователей различных типов, например расстояние между приемником Tj и датчиком Тд, может быть или может не быть таким же, как разнос между

однотипными преобразователями, в зависимости от физических характеритик измеряемого земного пласта, глубины исследования в требуемом земном пласте,и др. факторов.

Фиг, 2-4 изображают расстановку преобразователей Т,, Tg, Т, и Т в двух раздельных положе шях, по- казанных индексами уровня глубины у вершины каждой расстановки. Эти индексы от I до L относятся к верхнему преобразователю Т,

На фиг, 2 и 3 эти положения буду I и L, т.е. верхний преобразователь 1 находится на отметках глубины d., и с1ц- соответственно. На фиг. 4 два положения обозначены I и J, так как верхний датчик Т, находится на отметках глубины d-j и dj соответст- венио,

Когда расстановка продвигается из положения I в положение L (фиг.2 и 3) и из положения I 9 положение J (фиг. 4), она поднимается по скважине с глубины d-j через d|, используя Tj как опорную точку глубины. Датчик Т генерирует сигнал, которы распространяется вверх по направле- , нию к приемникам Т и Т,. Каждый из этих приемников преобразовывает принятый сигнал в соответствующий электрический сигнал, который может быть обработан в измерение тп. Так как обычно ожидается, что сигнал, распространяющийся от Т по направ-- лению TJ и Т, прибудет сперва к Т, а затем к Tj , измерение Т обозначается как т,, а Т, как Затем измерения m, и га могут быть объединены для получения измерения подповерхностной физической характеристики в зависимости от измеряемых характеристик.

Например, если Т,передает акус тический импульс, измерения тп, и trig представляют время распространения сигнала через пласт и среду, окружающую скважину, от Тд к Т2 и Т, соответственно, а затем -они могут . быть объединены для определения интервала времени распространения между Т и Tj , называемого it.

Через некоторый временной промежуток после генерирования сигнала датчиком Т генерируется сигнал датчиком-Т, как показано на фиг. 3 который принимается приемниками Т

и

Т, и преобразуется в измерения in.

5

0

5

0

0

5

0

5

5

и т соответственно.

Полная последовательность измерения на глубине d-j включает, следовательно, все измерения п , т, mJ и m. Далее m обозначает отдельное измерение в общем, безотносительно к типу, причем т, выполняется в течение работы Т с Т , а п с Т,, т-5 в течение работы Т с Т , а п с Т,.

Так как четыре измерения могут быть получены за очень короткий промежуток времени по отношению к перемещению инструмента, то они могут считаться полученными на той же самой глубине. Например, акустический датчик может выдавать импульсы порядка 20 раз в секунду. Эта скорость обеспечивает по меньшей мере пять полных последовательностей в секунду, в течение которых при нормальной скорости регистрации имеет место очень незначительное перемещение инструмента. Четыре измерения передаются на поверхность и запоминаются в блоке 10 памяти для последующего использов.ания.

Через некоторое время, когда инструмент продвинется в скважине до глубины d, как показано на фиг.2 и 3, может быть произведена вторая последовательность измерений т, ш, т и т и использована для компенсирования влияний буровой скважины на отдельные измерения.

Например, когда Т является акустическим импульсным датчиком, интервал времени распространения д t между Т и Т, будет с ошибкой, если участки пути распространения сигнала, которые расположены в буровой скважине, будут различной длины для двух приемников. Такая разность

,возникает в случае перекоса инструмента.

Такой тип компенсации буровой скважины возможен с расстановкой, имеющей значительно более короткую общую длину. Путем объединения первой группы измерений т и га, полученных на глубине d, (см. фиг. 2 для случая I), с измерениями т, и т, полученными на глубине d(cM. фиг.2 для случая L), получается новая комбинация замеров от датчиков, имеющих обратные ближние и дальние со отношения, которая обеспечивает

требуемую компенсацию буровой скважины .

Кроме того, одновременно со скомпенсированным измеренным для отреза в скважине может быть проделано второе скомпенсированное измерение для большего отрезка. Объединяя вторую группу измерений т и т, полученных

на глубине d (см. фиг. 3 для случая J

I), с измерениями т и т, полученными на глубине d (см. фиг. 3 для случая L), получим второе измерение скомпенсированное для буровой скважины, но имеющее здесь большее расстояние T-R, нежели первое измерение. Так получается потому, что вторая группа измерений относится к преобразователям более удаленным, чем при первой группе.

Дальнейшее достоинство расстановки преобразователей относится к ее использованию для компенсации статистических или систематических погрешностей получаемых измерений и может быть описано со ссьшкой на фиг, 4,

При -этом измерение ш на глубине d-j повторяется измерением п. при dj когда Т замещает Т,, а 1 замещает Т , при продвижении инструмента в скважине. При идеальных условиях измерений т равно т. Однако при обычных условиях измерения буровой скважины существуют некоторые известные причины, по которым этого может не произойти. Если могут ожидаться даже небольшие статистически изменения, например, когда выполняются акустические измерения интервала времени прохождения, усреднением т„

при dj получают улучшенные измерения, обеспечиваюпри d, и го

d (отрезок Т до Т,, работает Т); d, (отрезок Т, до Т4, работает d(отрезок Т до Т,, работает Т); d(отрезок Т, до Т4, работате Т,); до Т, ) и tn при до Т); до Tj ) и m при d (Т

до Т) .

Как показано на фиг. 1, каждое измерение cm, по га для каждого приращения глубины d.j, ,-.. и т.д. запоминается блоком 1 памяти, причем каждое приращение порядка шести дюймов (152,4 мм) или менее.

Если емкость блока памяти измерений ограничена, является выгодным объединение некоторых измерений, чтощие компенсацию этих статистических изменений. Тогда как сравнимая статистическая компенсация могла бы быть достигнута повторением измере ния при d-j , подобные повторные измерения ограничивают рабочий цикл инструмента наполовину. В противоположность этому, для получения та кого результата комбинированием

уже имеющихся измерений гп,,

чения рабочего цикла не требуется.

Могут быть так же скомбинированы другие измерения для компенсации случайных шумов или различных эф5 фектов преобразователей и их относительных положений в скважине. Напри глубине d 1 может быть

п увели0

пример, т

использовано с m-j при иц,

В некоторых случаях могут также сравниться такие измерения, как т и mj для детектирования искажений

буровой скважины, таких как перекос инструмента. Сравнение таких измерений может дать показание ком5 пенсации скважины, приложенной к Основным измерениям, и тем самым показание надежности скомпенсированных Измерений .

Для получения одного скомпенсированного измерения необязательны все четыре измерения в каждой последовательности и не обязательно делать каждое измерение после отдельного запуска датчика. Однако каждое от-.

5 дельное измерение используется по меньшей мере дважды в различных комбинациях, обеспечивая два различных компенсированных измерения при выбранном отрезке скважины, соот0 ветствующие двум различным расстояниям исследования между датчиком и приемником:

ботает Т ботает Т ботает Т ботате Т о Т);

до Т) .

бы минимизировать необходимую емкость. Например, измерения тп, го .для одного и того же приращения глубины (см. фиг. 2 в полозкении 1 с приращением d-j) могут быть вычтены

в блоке }2 выбора и комбинирования измерения для образования нового измерения m m, , которое в свою очередь, может быть запомнено, заменяя т, и nij, или если имеется дос91

таточная емкость памяти, как дополнительное измерение.

Когда расстановка продвигается в скважине от d.. до dj , могут комбинироваться другие измерения, образуя замену или дополнительные измерения. Когда расстановка продви- нется до глубины d (см.положение L на фиг. 2, 3), будет произведена полная группа измерений. Те измерения, что быпи выполнены ранее, могут быть получены из элемента накоп ления блока tO памяти, а те, что получены на глубине d теперь существуют как текущие измерения. Таким образом, возможно затем объединить эти проделанные измерения для получения скомпенсированньп измерений отрезка.буровой скважины, изображенного на фиг. 2 - А под d-j.

Например, вычитая т, из га, полу ченные при d,, текущей глубине в положении L, изображенном на фиг, 2, и объединяя этот результат с измерениями т и т, при d-j, полученными ранее в положении I, или с прежней комбинацией т при d-|, обеспечиваются скомпенсированные измерения для отрезка буровой скважины, показанного на фиг. 2-4, соответствующие короткому расстоянию исследования T-R.

Описанные комбинации выражаются для акустического примера реализации измерений в добавлении двух из0132210

мерений для того же отрезка буро- , вой скважины, одно соответствующее измерению с двумя приемниками, а j другое измерению с двумя датчиками,

5 обеспечивая требуемую компенсацию буровой скважины-. Б зависимости от разноска однотипных пар пг еобразова- телей может быть необходимость в преобразовании г асштаба. Если, на 0 пример, разнос составляет один фут (30,48 см), правильная величина ut, как показано выходом А, будет получена делением окончательной комбинации на два.

5 В дополнение к объединению этих двух измерений ь t различные измерения на различных уровнях глубины могут сравниться для индикации условий буровой скважины, требую20 щих компенсации, или объединяться таким образом, чтобы получить средние измерения, Например, m при d.. (см. фиг. 4 для случая I) и т,при d,

//ч

(см. фиг. 4 для случая J) могут быть сложены или усреднены для образования т. Эти средние измерения могут затем объединяться для образования измерений и t или для других целей.

Использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить более полную компенсацию буровой скважины, включая перекос инструмента, и позволяет производить измерения по 35 всей длине скважины,

/

iJ

К

- /

1 7/ Т

Г/

. -

.i, -L

T .mf

7i

Г,

.MJ...

J

J

т

i. y:

.4 jJ4 J:zaL, . Nr« . .Х . I

-/77,

4-

I Ъ

rfjlK j. Z л I r

/77y

I

r k

/ l

/77j.

74

,/77/,

/7 /77y

r k

1ПГ5 IL

1

t t r/. . . I

(Риг.г

Фиг.ь

fus4

Редактор Н. Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор Л, Пилипенко

Заказ 1164/59Тираж 533 Подписное ,

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

- /

7/ Т

J

т

jJ4 J:zaL/77 -Г,

MJ..

-/77,

4-

rfjl j. Z л

-

/7 /77y

I

r k

ПГ5 IL

Фиг.ь

fus4