Способ определения глубины в скважине Советский патент 1980 года по МПК E21B47/04 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к области проведения геофизических работ в нефтянь1Х, газовых и других скважинах и может быть использовано при различных работа связанных с точным определением расстояний до труднодоступных объектов. Наиболее широко распространенный сп соб определения глубины заключается в измерении длины кабеля, опущенного в скважину l. По данному способу глуби ну измеряют по -счетчику оборотов поворотного ролика (ориентировочное определение глубины) и по числу интервалов между метками, нанесеннь1ми на кабель. Метки на кабель наносят на стационарно разметочной усташвке с имитацией ожин даемого натяжения кабеля в скважине или непосредственно на скважине в процессе регистрации кривых. Однако данный способ неточен. При определении глубины стационарно размешенным кабелем могут возникать ошибки до 5-6 м на глубине 7 км. Учитывая, что погрешность растет пропорционалыю квадрату глубины, в сверхглубоких скважинах (до 15 км) следует ожидать ошибок, исчисляемых десятками метров. Введение же поправок на глубины, которые бы учитывали упругое и температурное удлинение кабеля, может носить субъективный характер. Кроме того, всегда существует погрешность определения глубины, обусловленная погрешностью самой разметки и достигающая для скважин глубиной 7 км около полутора метров, а также возможные значительные ошибки вследствие остаточного удлинения кабеля. Все перечисленные факторы часто приводят в скважинах глубиной свыше 4 км к погрешности, превышающей допускаемую. Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является способ измерения расстояния до объекта путам направления на объект пучка когерентного излучения, например луча лазсфа, регистрации отражения объектам импульса и определения расстояшш до объекта по

скорости и времени распространения сигнала 2.

Такой способ обеспечивает исключительную точность измерения. Однако он пригоден для измерения глубин в скважинах, так .как промывочная жидкость практически не пропускает электромагнитные волны и, кроме того, сквалшны имеют существенную кривизну.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения глубины.

Поставленная цель достигается тем, что Б сквашшу доставляют волоконно-оптическую ли1шю связи и глубину определяют по двум сигналам, один из которых возбуждают в линии связи у устья сква взяны, а другой направляют с конца яинш связи ,на поверхности Земли.

А также тем, что глубину определяют по двум сигналам, которые возбуждают в линии связи у устья скважины.

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Доставку волокно-оптической линии в скважину можно осуществить спуском ка рота кно1х кабеля с включенными в него волоконными светюводами. Последние долж ны иметь незначительный коэффициент затухания (несколько дБ/км) и поэтому быть пригодными для передачи сигналов не болыше расстояния. По скорости и вре мени рарпространения одного из сигналов, направляемого с конца линии связи на поверхности Земли в скважину к обратно, огфеделяют .длину всего кабеля (а скважине и на /Гебедке подъемника), а по скорости и временираспространения другого сигнала, направляемого от устья в сторо ну подъемника, определяют длину кабеля на поверхностиЗемли, Разница найденных величин представляет собой длину кабеля, в скваншне, или глубину

В кабеле, помимо обычных волоконных световодов, могут быть примене|Г2ы световоды с активнымц присадками, например люминофорами, с достаточно малым временем возбуждения свечения (Ю - и ме нее). Если при этом возбуйсдать достаточно интенсивную всикшку в волокнах около устья скваж1гны, то могкно отказаться от исполызова}шя сигнала, нагфавляемого с конца кабеля на поверхности Земли. В зтом случае глубину скважины определяют по времени распространения двух сиг налов от места вспышки - одного к подъемнику, а другого в скважину и обратно до коллектора лебедки, подъемника

Для возбуждения сигналов со стороны поверхности кабеля около устья скважины могут быть использованы различнъге методы в зависимости от применяемых световодов, конструкций кабеляи величины измеряемых глубин. К таким ..1етодам относятся: электромагнитное, тепловое или иное воздействие на люмениспентные волокна; обратное рассеяние света в обычных (без активаторов) волокнах, в частности на волнах гиперзвука при действии теплового импульса импульсное изменение интенсивности приходящего света акустическими волнами при применении световодов со ступенчатым изменением показателя преломления и малой апертурой. В зависимости от применяемого метода сигналом может быть иаменегше интенсивности приходящего света, частичное отражение проходящего света, вспьплки света, непосредственно возбужденная в световодах кабеля.

Для допускания сигнала по всему кабелю используют лазер светодиод с фильтрем, если это позволяет затухание применяемых световодов и значение определяемых глубиа

При использовании данного метода по0 лучеш ю глубину корректируют, учитывая расстояние от отражателя в скважине до точки записи кривых, местоположение участка эозбулодеиия сигнала в кабеле и так далее.

5 Применение способа практически до конца решает задачу точного определения глубин в . Так, случайная погреш .ность, измерения глубины, вызванная фотоупругостью материала световодов во

время эксплуатации кабеля, в частности гфи его многослойной навивке на барабан пебедкИз составляет порядка нескольких см/км (Здесь и далее оценка погрешностей приводится для кабелей, имеЕощих .

5 кварцевые волокна).

Примерно такая же ошибка возникает в результате модовой дисперсии. Последняя особегшо мала для кабелей с одномодовыми волокнами. Ошибка, вызванная быстродействием приемника, светового затвора, неоднородностью материала вологкон и т.п., зависитотвыбора последних и может быть достаточно малой. Что касается погрещности, вызываемой раскру5 чиванием кабеля в скважине и изменением длины волокон, то она при соблнэдении определеш- ых условий в выборе конструкции кабеля будет незначительной. Все остальные погрешности в основном насят систематический характер и в случае необходимости могут быть учтены (например также, как и от кривкзгты скважины и температурного удлинекия кабеля). К ним относятся: погрешность от увеличения пути прохождения сигнала по волокнам, если последние имеют угол сви ки: ошибка вследствие изменения диэлектрической проницаемости материала волокон от температуры в скважине. Первая из указанных погрешностей может отсутствовать, если волокна, предназначенные дл определения глубин, располагать в кабеле параллельно его осевой линии или с незначительным отклонением от этого положения. Вторая погрешность, имеющая зна чение лишь для точного прослеживания глубины залегания пластов по площади может быть незначительной, если средшш градиент температуры по площади- изменяется мало, что часто и наблюдается. Ошибке, вызванной изменением от тем пературы диэлектрической проницаемости; может сопутствовать случайная погрешность определения глубины в одной и той же скважине. Такая ошибка будет наблюдаться вследствие колебавши средней температуры в сквансине. Одншда в среднем она также составляет порядка нескольких см/км. Схема, реализующая предложенный способ (см.чертеж) включает в себя тель (зеркало) 1 оптических сигналов в скважинном приборе или вблизи его, элекТрооптический каротажный кабель 2, блок .3 для возбуиодения сигналов с боковой поверхности кабеля, коллектор 4 на барабане лебедки подъемника, приспособленный для приема и ввода оптических сигналов дополнительный оптический кабель 5 и блок 6-, состоящей из передающей и прием$дай систем, а также системы обработки данных. В кабель 2 от лазера блока б постука ет сигнал наносекувдной длительности, Данный сигнал после отражения в скваншне возвращается в блок 6. По времени его прохождения определяют длину всего кабеля в данный момент времени. Второй сигнал возбуждают в световодах кабеля около устья скважины блоком 3, Если Кабель бронированный и за способ возбуждения сигнала выбрано воздействие на кабель высокочастотного звука иди воздействие теплового импульса, то первый сигнал одновременно вызывает В1Х)рой в ви- де слабого обратного рассеяния света, который поступает на приемник блока 6. В зависигуюсти от кющности лазера, затухания волокон к т.д. в качестве приемникл может быть использован лавинный фотодиод или {|ЮТОумножитель. В блоке 6, аналогичном известным системам дальномеров, по поступившим сигналам определя- ют глубину в скважине и ее значения пегредают на каротаж1 ую ста1щию к каротажно-перфораторный приемник. Если кабель небронированный и, кроме того, в кабеле применены люминисцентные волокна, дающие возможность возбуждать достаточно интенсивную света, то применение сигнала, допускаемого с .коллектора лебедки, необязательно. Глубину определяют по времегск распространения от устья двух сигналов - одного в сква-сину и обратно до коллектора, а другого до коллектора. При этом от блока 3 в блок 6 поступает сигнал о времени возник;новею1я BCiibUifKii в кабеле. Для пропускания опткческ ж сигналов могут использоваться одно 1ИИ несколько волокон с aKTifflaiopaMiJ пли без них в зависи- K«)CTH от характеристик применяемых волокон KOHCTpjivurai кабеля и т.д Сам блок 6 с мсхочникакги излучения, форк-пфования импульса, наличием или отсутствгюм отдельиь5х узлов п т,д может быть каждый раз luibiM в зависимостк от перечисленных выше причин. Применение предлагаемого способа определения глубины в скважине обеспечивает; ПС: сравнению с существующими способами, следующие npeHMjmiecTBa. практическ полное отсутствие погрешностей KSNsepeiisis глубин как при геофизических исследовашшх, так и при прострелочш вврьшных работах; отсутствие потерь вре- меш1 на разметку склхсеаие требований к стабил.мзации кабеля в заводских условиях (уменьшение эяектрообогрева и натяжеиия кабеля) с возможно по;5ным отказом в некоторых случаях от стаб шизации| отсутствие привязки глубин по реперам радиоакт шкого каротажа н, следователь- но, уменьшехше объема работ при вскрытии пластов небольшой мощности; возможность одновременного испояьзовашш световодов для определения как для глубин, так и пердачк дадигых каротажа, для контрюля за спуском гдниборов и за проведением прострелочмо-взрывных работ, для возможного инициирования взрывчатых веществ и т, д. 77 Все это повысит качество геофизических исспедований, точность составления reonorjiHecKOix) разреза скважины, снизит стоимость проведения ряда работ и даст возможность надежно осуществлять прострелочно взрывные работы, которые нередко из-за погрешностей определения глу бин приводят к неудачным результатам опробования нефтегазоносных пластов. Формула изобретения 1. Способ определения глубины в сква жине путем измерения расстояний по скорости и времени распространения сигнала одт1гч еского иалуче шя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения 0 точности измерения глубины, в скважин ; доставляют волоконно-оптическую линию связи, глубин определяют по двум сигналам, один из которых возбуждают в линии связи . у устья скважины, а другой направлянэт с конца линии связи на поверхности Земли. 2, Способ по П.1, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что глубину определяют по двум сигналам, которые возбуждают в линии связи J устья скважины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Комаров С.Г. Геофизические методы исследований скважин. М., Недра, 1973, С.274. 2.Патент США № 3765768, кл. 356/28, опублик, 1973.