Псоб определения свойств горных пород в процессе бурения скважин Советский патент 1978 года по МПК E21B47/00 E21B47/12 E21B47/16 

1

Изобретение относится к области геологоразведочных буровых работ и Предназначено для определения свойств горных пород на основе информации, получаемой в процессе бурения с забоя скважины.

Известен способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин, основанный на непрерывном измерении электрического сопротивления пород, пересекаемых породоразрушающим инструментом 1.

Однако существует целый ряд горных пород, обладающих почти одинаковым электрическИ(М сопротивлением, что не дает возможности с помощью указанного способа расчленять геологические разрезы для выбора оптимальных режимов бурепия.

Наиболее близким по сущности к данному изобретению является способ определения свойств горных пород, основанный на измерении амплитуд qacTOTiJbix составляющих упругих колебапий, вызванных вибрацией бурового инструмента.

При реализации данного способу измерители вибраций буровой колонны устанавливают у устья скважины на буровой колонне HI таким образом измеряют напряжение буровой колонны и ее скорость смещения. Зафиксированные вибрации буровой колонны, преобразованные в электрические сигналы, выделяют

в полосе частот, синхронных с частотой вращения буровой колонны, умноженной на число режущих кромок породоразрущающего инструмента. Далее эти сигналы суммируются

в сумматоре и сравниваются в фазовом детекторе с контрольным сигналом, генерируемым специальным устройством, вырабатывающим сигналы, синхронизированные с частотой вращения буровой колонны, умноженной еа

частоту числа режущих кромок породоразрушающего инструмента. Результаты измеренных фазовых сдвигов полезных сигналов и контрольного несут в себе характеристики механических свойств горных пород, пересекаемых породоразрущающим инструментом в процессе бурения.

На основании такой информации можно в конкретных геологическри условиях при буренки в осадочной толще составить представлепне о механических характеристиках горной породы. Однако у ряда различных по петрографическим признакам пород механические свойства совпадают, что вносит существенное затруднение при выделении необходимой ипформации об отдельных разновидностях пород. Кроме того, регистрируемые механические колебания породоразрущающего инструмента имеют сложный характер, так как зависят не только от механических свойств горной породы, но и от конструктивных параметров этого инструмента, состава бурильной колонны, бурового агрегата и режима бурения.

Целью изобретения является повышение точности литологического расчленения разреза ск-важин в процессе бурения.

Это достигается тем, что одновременно с регистрацией частотных составляющих упругих колебаний измеряют амплитуду частотных составляющих электрического поля, возникающего в процессе взаимодействия породоразрушающого инструмента с горной породой, определяют отношения амплитуд упругих и электрических сигналов одинаковых частот и о свойствах горных пород судят по величинам указанного отношения.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В зоне взаимодействия породоразрущающего инструмента с по1родой (на забое скважины) регистрируют электрические сигналы и упругие вибрации бурового инструмента.

Электрические сигналы регистрируются приемным электродом, которым является буровая коронка, отделенная электрическим изолятором от всей колонны щтанг.

Упругие вибрации бурового инструмента регистрируют установленным на буровом инструменте датчиком, который преобразовывает упругие вибрации в электрические сигналы.

Параметры электрических сигналов (амплитуда и частота) изменяются в зависимости от состава породоразрушающих минералов, входящих в разбуриваемую породу, от электрических свойств этой породы (диэлектрической проницаемости, поляризуемости и др., а также от структурно-текстурных особенностей пород и их состояния (трещиноватость, обводненность и др.).

Параметры упругих вибраций породоразрушающего инструмента зависят от механических свойств пород (твердости, пластичности, упругости и т. п.), наличия в них трещиноватости, от технических условий (типа инструмента, станка, рел :имов бурения).

Построение графиков зависимости - -

Ф(1) амплитуд элект|рических сигналов АЭ и амплитуд упругих вибра-ций Ау, измеряемых при одинаковых частотах для различных горных пород, позволяет получать качественно новые и более достоверные характеристики горных пород, пересекаемых породоразрущающим инструментом в процессе бурения.

Взаимная корреляция электрических сигналов и упругих вибраций, переданных по каналу связи в процессе бурения на дневную поверхность, позволит на основании достоверных сведений о породе в момент ее пересечения буровой коронкой применять высокоП|роизводительный бескерновый способ бурения и производить выбор оптимального режима бурения в зависимости от конкретных геологических условий.

На чертеже изображена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа. Электрические сигналы, возникающие в процессе бурения на контакте между буровой

коронкой i и породой ii, снимаются с бурового наконечйика ii, электрически отделенного с помощью изолятора 4 от колонны бурильных труб Ь, усиливаются в предварительном усили1еле b и нередаются с помощью проводного или радио-канала связи на дневную поверхность..

Сигналы с приемника 7 упругих колебаний, который также размещен в буровом наконечнике, передаются с помощью аналогичного

канала связи после предварительного усиления усилителем б на дневную поверхность.

па дневной поверхности принятые сигналы (электрические и упругие) дополнительно усиливаются усилителями 8, 9 и через согласующее устройство 10 додаются на параллельный анализатор И частоты сигналов, который подает результаты анализа сигналов но частоте на самописец уровня i2, а преобразованные в двоичный код- в вычислительную машину 13.

Вычислительная машина 13 обрабатывает полученные результаты по амплитуде и выдает их на перфоратор 14, телетайп 1Ь и согласующий блок 1Ь.

Описанная операция производится при бурении на месторождении 1-2 контрольных скважин для сопоставления поднятого керна с результатами анализа призабойных сигналов, произведенного с помощью описанного

устройства. 11осле сопоставления полученный характерный геологический разрез в виде данных, зафиксированных на перфорированной ленте, полученной с помощью телетайпа io, задается в память вычислительной мащины 13. В дальнейшем бурение производится без подъема керна, а призабойные сигналы после анализатора И подаются на вычислительную машину 13. В вычислительной машине нроизводится определение отношения амплитуд электрических и упругих колебаний одинаковой частоты и сравнение полученных отношений с известными отнощениями, характерными для каледой горной породы типичного геологического разреза, заложенными в память вычислительной машины. Результирующий сигнал поступает на согласующий блок 16 и блок 17 который можег быть либо исполнительным механизмом, либо нередающим устройством, связывающим данную счетно-рещающую систему с другими буровыми установками.

Формула изобретения

Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин, основанный на измерении амплитуд частотных составляющих упругих колебаний, вызванных вибрацией бурового инструмента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности литологического расчленения разреза скважин в процессе бурения, одновременно с регистрацией частотных составляющих упругих колебаний измеряют амплитуду частотных составляющих электрического поля, возникающего в процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой, определяют отношение амплитуд упругих и электрических сигналов одинаковых частот и о свойствах

горных пород судят по величинам указанного отношения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 226739, кл. Е 21В 47/00, 1964.

2.Патент США 362375, кл. 175-24, 970.