УСТРОЙСТВО для ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Советский патент 1969 года по МПК E21B47/16 G01V3/02 

Пзобретение относится к области промысловой геофизики и, в частности, ка:ается аппаратуры для каротажа окважин в процессе бурения при передаче пнформании на повер.хiiocTb электрическими сигналами по колонне бурильных труб.

Аппаратура для каротажа скважин в происссе бурения состоит из забойной и наземной частей. В забойную часть в.ходят датчпки, изолирсванная труба с элeктpoдo, измерительпое и передающее устройства и нсточинк питания. Маземпая часть содержит два п)немных электрода (колоина труб у устья н удаленный от буровой заземлитель), избирательный усилитель с иреобразователем, регистратор и систс.му протяжки диаграммной бумаги.

Сигналы от датчика, усиленные н преобразоBaHHi ie в изменение одного ,нз параметров перемсиного тока, подводятся к электроду на изолированной части трубы, находяп ейся в нризабойиой части колопны труб, н металлу труб. Сигнал, снятый с приемных электродов, усиливается, демодулирустся н подается )ia регистратор.

Один из недостатков аинаратуры или, точиее, канала связи - малая дальность действня.

Так, в низкоомных разрезах .макснмальная глубниа, с которой может быть передана информапня, не нревышает 2000 м. С учетом уровня помех па поверхности в зоне приемных

электродов дальность денствия оказывается еще MeHbHie или источни1К пптания забойной части аппаратуры должеи обладать весьма большой мощностью.

Были предложены разднчные способы у.меньшения величины помехи, однако н при этом дальиость действия канала связи увеличилась несущественно.

Одннм из прпнпНПиальных реи1ений следует сч1ггать применение системы разнесенных на больщое расстоянне точек приложения передаваемого сигнала. Передаваемый сигнал подводят к электроду на нзолированной части трубы у забоя скваж.ины и металлу труб близко у устья скважины через спепнальный кабель. Кабель опускают после спуска инструмента н наращивают ступенчато по мере увеличения глубины скважины так, чтобы между верхннм концом кабеля и поверхностью ма-ксимальное расстоянне было меньще дальности действия канала связи.

Такое устройство позволяет в прнниипе реализовать аипаратуру для любой глубины.

Однако забойная часть аппаратуры должна работать в условнях больщих темнератур и длительное время. Следовательно, нзмерительная схема может быть составлена только из электронных ламл, а полупроводники не могут быть прнменены. Дей-ствительно, металлокерамические лампы работоспособны при температурах до 250°С, что позволяет использовать их даже при глубинах скважины до 7000 м. Полупроводники же, даже кремниевые, не могут быть применены при температурах более .

Электронные лампы, кроме того, имеют сравнительно малый cpoiK службы, хуже, чем полуироводи.ики, выдерживают вибраиии, неизбежные при бурении скважии, требуют больитей, чем полупроводники, мощности источника электрической эиергии.

Р пользовать сухие элементы в забойной аппаратуре невозможно из-за рабочей температуры и, того, их потребуется настолько много, что большую 4aiCTb объема аппаратуры прпдется занять ими. Предлагается лоиользовать энергию протекающего по трубам глинистого ра-створа для привода автономного турбогенератора. Такой турбогенератор, как электромеханическая система, работающая в условиях протекающего глинистого раствора и при высокой температуре, очень ненадежен, так как часто выходит пз строя, понижая тем самым эффективность ироведеиия скважин в ироцеосе бурения .

Наиболее эффективным является ирпменепие в скважинной аипаратуре полупроводниковых приборов и сухих элементов иди аккумуляторов.

Целью изобретения является создание устройства для каротажа скважии, которое иозволило бы увеличить дальность действия каиала связи в процессе бурения и в котором оказалось бы возможным применить иолупроводники и сухие элементы. Суть предложения сводится к тому, что скважинная аппаратура, состоящая из источника питания, измерительиой схемы и передающей части, располагается в верхней части колонны труб близко от устья скважины и кабелем соединяется с датчиком геофизических параметров, располОЖеиным близко от забоя скважин.

Па ф,иг. 1 изображено описываемое устройство и расположение его в колонне бурильных труб, общий вид; иа «фит. 2 - шайба, удерживающая -скважинный прибор на весу в «олонне труб; на фиг. 3 - конструкция голов-ки скважинного прибора; на фиг. 4 - муфтовое соединение кабеля с датчиками.

В нижней части колон.ны бурильных труб / находится призабойный патрубок 2, поверхность которого покрыта электроизоляционным и износостойким материалом 3. На изолированной поверхности смонтированы электроды зонда A,A4,N.

БЛ.ИЗ устья скважины в бурильных трубах смонтирована шайба 4 с копусным отверстием. Апларатура скважинного прибора 5, соединенного через муфту 6 с кабелем 7, электрически контактирует с зондом через полумуфту 8 с тремя контактами i вторую нолумуфту 9, С1монтираванную на внутренней поверхности патрубка 2 и имеющую также три контакта, постоянно соединенных через люк W с электродами A,M,N. Полумуфта 9 заканчивается полой трубой // с отверстиями для прохождения глииистого раствора.

В иолумуфте 9 имеется внутреннее сквозное отверстие до трубы //, имеющей боковые окна 12.

В верхней части скважииного прибора имеется элемент 13 для захвата и подъема вместе с кабелем п нижней полумуфтой в том случае, если произошел прпхват бурового 1жструмеита и надо освободить полость трубы для спуска прихватооиределителя или торпеды, а также для того, чтобы можно было извлечь нрибор при выходе его из строя, не поднимая бурильного инструмента.

На (Поверхности располагаются .приемные электроды 14 и 15, избирательный усилитель и демодулятор 16 и регистрирующий или указывающий прибор 17. ПротяЖКа диаграммной ленты регистратора в соответствии с проходкой бурового инструмента осуществляется так же, как в газокаротажНых станциях.

На шайбе 4 иредусмотрен выступ 18, с помощью которого она устанавливается .и удерживается между трубами. Внутренняя поверхность 19 отверстия выполнена конусной для направления прибора при спуске и для удержания его на весу.

В верхней части прибора на стержне 20 укреплен диск 21 с проходными отверстиями

между ребрами 22, а вьипе диска 21 на стержневой части 23 расположены два конусных элемента 24 и 25. Конусные элементы предназначены для захвата их ловилыным инструментом, епускаемым на тросе, и извлечения из труб

скважин-ного лрибора.с кабелем и иолумуфтой. При спуске прибора с кабелем и полумуфтой 8 последняя должна войти в полу муфту 9, смонтированную в патрубке 2, несколько раньше, чем скважиииый прибор 5 будет задержан

шайбой 4.

Броня кабеля 7 заправлена в ниппель 26, закрепленный на фонаре полумуфты 8. Фонарь вьшолиен из четырех Н-образных сегментов 27, которые приварены в точках 28 к основе 29

иолумуфты. Основа 29 и полая труба 11 выполнены из одного куека металла, и иа верхнюю часть трубы напрессована изоляционная втулка 30 с тремя или большим числом кольцевых контактов. Каждый контакт через проводники 31 соединен с помощью соединительного элемента 32 с жилами кабеля 33, проходящими внутри П-образныл сегментов.

В трубе 11 имеются отверстия 34 для вытекания глинистого раствора и большие по размеру окна 12 для прохождения крупных частиц,оказавшихся в глинистом растворе. В нижней части труба переходит в стержень, вокруг которого монтируется груз 35 из металла большого удельного веса, наиример свинца. Стержеиь трубы может иметь форму, удобную для подвески груза.

38. ПОСле установки полумуфты 9 в пат-рубКе 2 конта.кты соединяются с датчиком. Шайба 39 после установки втулки 37 скрепляется с основой 36.

Для облегчеиия притирания и исключения утечек поверхности .изоляционных втулок 37 и 30, входящие в соприкосновение, выполнены конусными, предпочтительно из резины.

Шайба 39 снабжена фигурным выступом для того, чтобы при прохождении груза 35 последний не застревал в зоне шай.бы и направлялся внутрь лолумуфты 9. Более точная центровка осуществляется по мере прохождения полумуфты 8 с помощью конусных поверхностей втулок 37 и 30.

После Спуска прибора, когда произошло соединение полумуфт, надежность их электрического соединения еще недостаточна и возможны либо плохой контакт, либо утечки. При бурении же, при протекании глинистого раствора последний создает в трубе 11 осевое усилие, которое прижимает изоляционные Втулки одна к другой, выдавливая глинистый раствор.

Подготовительные и производственные работы проводятся в следующем лорядке.

При спуске бурового инструмента носле долота или турбобура наворачивают патрубок со смонтированными на нем датчиками (зондом) и муфтой, электрические контакты которой соединены с датчиком. Далее, после спуска инструимента до забоя, перед последней свечой или -последними свечами, длина которых не превыщает дальности уверенного приема сигналов, между свечами укладывают шайбу и спускают кабель с муфтой на нижнем конце и скважинным прибором на верхнем. Длина кабеля должна быть на несколько метров больше, чем расстояние между муфтой датчиков и шайбой.

При спуске кабеля его муфта соединяется с муфтой датчиков, а скважинный прибор повисает на шайбе.

Затем наращивают остальную часть труб и квадрат. В процессе бурения от скважинного прибора К токовому электроду зонда подается переменпый ток. Снятый с измерительных электродов зонда сигнал, 1пропорциональный параметру пласта, также через кабель передается к скважпн}10Му прибору, где пропорционально СБоей величине модулирует один изцараметров перемеьгного тока токового электрода. От электрического поля между токовым электродом зонда к местом крепления скважинного прибора на поверхности между устьем скважины и удаленным электродом иоявляется напряжение, один из параметров которого модулирован измеряемой величиной.

Принятый на поверхности сигнал усил1 вается, демодулируется и записывается характериCTiu a пласта в |виде кривой функции глубины. Прсимущества.мп предлагаемого устройства являются следуюп;ие: проведение геофизических исследований овер.хглубоких скважин в процессе их бурения в любых разрезах (низкоомных ц высокоомных); облегчение режима работы окважинной аппаратуры (малые давлеиия и температуры); применение полупроводников -и сухих источников электроэнергии;

освобождение внутренней полости колонны бурильных труб проведении работ, связанных с ликвидацией прихвата инструмента; извлечение прибора из скважин без подъема инструмента для оператпвного ремонта или замены его.

Есть еще одно важное препмущество такой аппаратуры сравнительно с ранее предложенными.

В устройствах, в которых скважинный прибор находится в призабойной части колонны труб, для передачи информацпй даже при средних глубинах частота тока передачи должна быть очень низкой (5-10 гц), из-за этого объем передаваемой информации очень невелик. Пизкая частота тока передачи определяется тем, что с ростом частоты значительно возрастают затухан1 я, вызванные скин-эффектом.

Если же длина колонны труб невелика, то

для передачи может быть исиользован ток большой частоты (до сотен герц). При этом облегчается возможность создания многоканальной телесистемы.

Предлагаемое устройство может быть легко

приспособлено для измерения нескольких геофизических параметров.

Предмет изобретения

1. Устройство для гесфпзического исследования скваж:ин в процессе бурения, передающее информацию пз скважин по колонне бурильных труб, состоящее из скважцнной части, содержащей скважинный снаряд с источником иитания, измерительной и передающей аппаратурой, датчпки п первый электрод передачи, смонтироваиные на изолированной поверхности призабойного патрубка, полумуфту, смонтированную на внутренней поверхности прпз абойного патрубка, контакты которой связаны с датчиками и электродом передачи, п второй электрод передачи, выполненный в виде шайбы с конусным отверстием и закрепленный

близ устья скважины, а также наземной части, содержащей прпемные электроды и аппаратуру для избирательного приема и регистрации передаваемо пнформации, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий работы аппаратуры скважинного Снаряда и обеспечения возможности проведения геофизических исследований в глубоких и сверхглубоких скважинах, в нем скважинный снаряд имеет приспособление для зависания на иыйбе второго

электрода передачи и связан с датчикам и первым электродом передачи с помощью многожильного каротажного кабеля, на котором смонтирована конусная лолулгуфта, входящая в отверстпе полумуфты, смонтированиой на