Устройство контроля перфорационного взрыва в скважине

Устройство контроля перфорационного взрыва в скважине

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается геофизических исследований скважин и предназначено для контроля перфорационных взрывов при выполнении прострелочных работ. Цель - повышение надежности. Изобретение позволяет повысить надежность за счет приема акустического сигнала, возбуждаемого детонацией перфорационных зарядов и распространяющегося по буровой жидкости заглубленным датчиком 1 в заданном временном окне по сигналу импульса поджига. Принятый сигнал фильтруется в двух параллельных каналах при помощи перестраиваемых фильтров 1, 11 в диапазоне частот, зависящих от канала, глубины ожидаемого перфорационного взрыва и количества используемых зарядов. После стандартных преобразований выходные напряжения каналов сравниваются между собой , большее из них селектируется во времени, по каналу срабатывания порогового элемента 12 выносится решение о факте взрыва и его полноте. При этом первичные сигналы обоих каналов с импульсом поджига регистрируются каротажным фоторегистратором . Применение устр-ва позволяет уменьшить затраты на исследование скважины . 1 ил. XJ ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 47/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4798628/03 (22) 05.03.90 (46) 23.03.92. Бюл. N. 11 (71) Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С,ВЛасечный, В.М.Гуцалюк, М.В.Горбачев и В.P. Øëåõò (53) 622.241 (088.8) (56) Аппаратура индикации срабатывания прострелочно-взрывной аппаратуры (АНИС). Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Киевское ОКБ геофизического приборостроения, Киев, 1988, АХБ 431.681.002 ТО.

Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л.

Акустический метод исследования скважин.—

М.: Недра, 1978, с.100

Балашканд М.И., Ловля С.А. Источники возбуждения упругих волн при сейсморазведке на акваториях. — М.: Недра, 1977, с.129. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПЕРФОРАЦИОННОГО ВЗРЫВА В СКВАЖИНЕ (57) Изобретение касается геофизических исследований скважин и предназначено

ÄÄ5UÄÄ 1721224 A1 для контроля перфорационных взрывов при выполнении прострелочных работ. Цель— повышение надежности. Изобретение позволяет повысить надежность за счет приема акустического сигнала, возбуждаемого детонацией перфорационных зарядов и распространяющегося по буровой жидкости заглубленным датчиком 1 в заданном временном окне по сигналу импульса поджига. Принятый сигнал фильтруется в двух параллельных каналах при помощи перестраиваемых фильтров 1, 11 в диапазоне частот, зависящих от канала, глубины ожидаемого перфорационного взрыва и количества используемых зарядов. После стандартных преобразований выходные напряжения каналов сравниваются между собой, большее из них селектируется во времени, по каналу срабатывания порогового элемента 12 выносится решение о факте взрыва и его полноте. При этом первичные сигналы обоих каналов с импульсом поджига регистрируются каротажным фоторегистратором. Применение устр-ва позволяет уменьшить затраты на исследование скважины. 1 ил.

1721224

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, в частности предназначено для фиксации взрыва и его полноты при проведении перфорационных работ.

Известно устройство контроля перфорационного взрыва, содержащее приемный акустический преобразователь упругих колебаний, распространяющихся по обсадной колонне, и наземную контрольно-измерительную панель с усилителем, с фильтром с постоянной полосой пропускаемых частот, детектором, интегратором, пороговым устройством с индикатором и фоторегистратором.

Однако колонна бурильных труб является каналом связи с характеристикой полосового фильтра, частотный диапазон которого заключен в интервале 6 — 12 кГц. Столь высокие частоты при распространении на расстояние 3 — 5 км испытывают значительное затухание, обусловленное не только потерями в материале труб,но и потерями за счет переизлучения акустического поля в породу. По этой причине наблюдаются вариации величины затухания в зависимости от пород, пересекаемых скважиной, и степени связи обсадной колонны с окружающей средой. При использовании более низких частот из-за значительного затухания уровень сигнала оказывается недостаточным. Повышение чувствительности не приводит к желаемому результату, так как одновременно понижается помехоустойчивость, Механические удары по металлическим конструкциям буровой возбуждают дуги волн с широким частотным спектром, перекрывающим указанный диапазон, Отмеченные причины создают условия пропуска перфорационного взрыва или его фиксацию, когда в действительности детонации не произошло, Известное устройство принципиально не позволяет делать заключение о полноте перфорационного взрыва. Как уже отмечалось, частотный спектр сигнала формируется частотной характеристикой канала связи (колонны бурильных труб) и по этой причине частотный признак не является информационным. Так как величина затухания существенно зависит от акустических параметров пород, окружающих скважину, связью колонны с породами и другими факторами, то половинное изменение числа детонирующих зарядов окажет на амплитуду сигнала меньшее влияние, чем совокупность перечисленных параметров.

Фоторегистратор известного устройства фиксирует только срабатывание порогового устройства, а не сам сигнал

50 (стандартный каротажный фоторегистратор не может обеспечить регистрацию столь высоких частот). Полученные диаграммы обладают малой информационностью, Целью изобретения является повышение надежности проведения взрывных работ.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что известное устройство контроля перфорационного взрыва, содержащее преобразователь упругих колебаний, соединенный с последовательно включенными усилителем, первым фильтром, первым детектором и первым интегратором, пороговый элемент, соединенный с звуковым и первым световым индикаторами, каротажный регистратор, снабжено двумя согласующими блоками, элементом сравнения, двумя временными селекторами, инвертирующим блоком, формирователем, ждущим мультивибратором, разрешающим триггером, тональным генератором звуковых частот, модулятором, вторым фильтром, вторым детектором, интегратором, вторым и третьим световыми индикаторами, при этом преобразователь упругих колебаний выполнен в виде установленного в скважине в буровой жидкости гидрофона, первый и второй фильтры выполнены перестраиваемыми со смежными полосами частот, одна из которых выше другой, причем выход усилителя соединен с входами второго фильтра и модулятора, выходы интеграторов соединены с двумя входами элемента сравнения, выход которого одновременно подключен к первому временному селектору и инвертирующему блоку, а выход инвертирующего блока соединен с входом второго временного селектора, на вторые входы обоих временных селекторов подключен выход разрешающего триггера, вход которого соединенс выходом формирователя, выход формирователя соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого подключен на установочный вход разрешающего риггера, входы двух согласующих блоков соответственно соединены с выходами двух фильтров и одновременно с выходом формирователя, выходы согласующих блоков подключены к каротажному фоторегистратору, запускающий вход тонального генерагора звуковых частот подключен к выходу формирователя, а выход тонального генератора звуковых частот соединен с модулятором, выход которого подключен к звуковому индикатору.

При детонации перфорационных зарядов в скважине, заполненной буровой жидкостью, возникает акустический сигнал, приходящий к устью скважины по двум фи1721224

10 зическим каналам — по колонне бурильных труб и по буровой жидкости. В известном устройстве используется первый канал, пропускающий относительно высокие частоты, но с большим затуханием. Это приводит при индикации взрыва к неоднозначным выводам. Канал, состоящий из цилиндрической полости, заполненной буровой жидкостью, является волноводом для низкочачстотных волн типа Лемба. Как установлено экспериментально, детонация даже одиночного заряда в скважине при глубине забоя порядка пяти тысяч метров возбуждает акустическое поле продолжительностью порядка тридцати секунд. Этот процесс обусловлен многократными отражениями сигнала на границах забой-дневная поверхность при незначительных потерях энергии на пути распространения.

В предложенном устройстве используется именно указанный канал передачи.

Так как на свободной границе раздела амплитуда давления резко падает, то для повышения эффективности приема акустического сигнала гидрофон должен опускаться на глубину порядка, /4 преобладающей частоты сигнала. Частота возбуждаемого сигнала в основном определяется частотой пульсаций газового пузыря, возникающего в момент взрыва перфорационных зарядов. она зависит от двух основных факторов — от вел ичин ы (массы) заряда В В и глубин ы взрыва. В первом случае зависимость обратно пропорциональная, а во втором случае частота пульсаций при прочих равных условиях увеличивается с глубиной.

Границы цилиндрической полости скважины оказывают существенное влияние на период пульсации газового пузыря.

Из общих физических принципов можно предположить, что период пульсации пропорционален расстоянию, которое проходит границы газового пузыря от максимального расширения до его захлопывания.

Если считать, что объем газопродуктов при взрыве остается постоянным независимо от наличия или отсутствия границ, то из равенства объемов сферической и цилиндрической полости высота последней относится к радиусу сферы, как отношение квадратов радиуса сферы к радиусу цилиндрической полости

Всф 3 гц

Подставив для поимера реальные значения Всф = 150 см, гц =6 см (DCKB = 120 мм), получим результат и/Всф=. 870, что позволяет предположить, что период пульсации газового пузыря при прочих равных условиях

55 в узкой цилиндрической полости (г„«басф) увеличивается больше чем на два порядка по сравнению со свободным пространством.

Так как число зарядов перфоратора, глубина ожидаемого взрыва и диаметр скважины заранее известны, то известна и полоса частот, где сосредоточена основная энергия колебательного процесса. При этом возможны три случая — нет взрыва, полный взрыв, неполный взрыв. Первый из них не представляет интереса, так как отсутствует и акустическое поле. Второй характеризуется совпадением основной частоты акустического сигнала с расчетной, определяемой параметрами взрыва, а третий — смещением энергетического спектра в сторону высших частот.

Основываясь на вышеизложенных физических явлениях, осуществляют прием сигнала внутри скважины заглубленным гидрофоном. После усиления сигнал фильтруется в двух параллельных каналах в полосе частот, одна из которых соответствует расчетной, а вторая — смещена в сторону верхних частот. После стандартных преобразований, включающих детектирование и интегрирование, выходное напряжение каналов сравнивается между собой. Большее из напряжений с учетом знака селектируется во времени прямо или с предварительным инвертированием. По каналу срабатывания порогового устройства выносится решение о взрыве и его полноте. Так, например, срабатывание канала с фильтром, где установленная полоса частот соот-. ветствует расчетной (данной глубине взрыва, диаметру скважины и числу зарядов), дает основание сделать заключение, что произошел взрыв и притом полный. Неполный взрыв идентифицируется при срабатывании второго канала, полоса частот которого установлена выше расчетной. Процесс измерения начинается с появления импульса поджига от взрывмашинки, который разрешает временное селектирование в заданном временном окне с длительностью, определяемой временем существования акустического поля, возбуждаемого взрывом. Одновременно сигналы с выходов указанных фильтров вместе с сигналом, соответствующим импульсу поджига, подаются на стандартный каротажный самописец для документирования перфорационных работ.

Сигналом импульса поджига запускается тональный генератор звуковых частот, сигнал которого модулируется напряжением, снимаемым с гидрофона и усиленным усилителем. Модулированные звуковые сиг1721224 налы, воспроизводимые звуковым индикатором, воспринимаются оператором на слух и при некотором тренировке могут использоваться для оперативного контроля, так как сигнал взрыва и случайные шумовые всплески имеют различную тональность.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит гидрофон 1, усилитель 2,первый перестраиваемый фильтр 3, первый детектор 4, первый интегратор 5, согласующие каскады 6 и 7, фоторегистратор 8, второй перестраиваемый фильтр 9, второй детектор

10, второй интегратор 11, схему сравнения

12, коллектор 13 каротажного подьемника, первый временной селектор 14, инвертирующий каскад 15, формирователь 16, первый световой индикатор 17, второй временный селектор 18, ждущий мультивибратор 19, триггер 20 разрешения, второй световой индикатор 21, третий световой индикатор 22, токальный генератор 23 звуковых частот, модулятор 24 и звуковой индикатор 25, Гидрофон 1 подключен к усилителю 2, выход которого подключен к перестраиваемым фильтрам 3 и 9, выходы фильтров подключены на входы двух детекторов 4 и 10 и одновременно через согласующие каскады

6 и 7, соединены с фоторегистратором 8, выходы двух детекторов 4 и 10 подключены на входы двух интеграторов 5 и 11, а их выходы соединены с двумя входами сравнивающего устройства 12, выход сравнивающего устройства 12 подключен на первый временный селектор 14 и одновременно через инвертирующий каскад 15 на второй временный селектор 18, каждый из временных селекторов соединен с индикаторами

17 и 22 соответственно, формирователь 16 соединен с коллектором 13, а его выход одновременно подключен на входы согласующих каскадов 6 и 7, на входы ждущего мультивибратора 19 и триггера 20 разрешения, выход ждущего мул ьтивибратора 19 соединен с установочным входом триггера 20 разрешения, а выход триггера разрешения подключен на вторые входы временных селекторов 14 и 18. Запускающий входтонального генератора 23 звуковых частот подключен к выходу формирователя 16, а выход тонального генератора звуковых частот соединен с модулятором 24, выход которого соединен с звуковым индикатором 25.

Устройство работает следующим образом.

Импульс поджига от взрывмашинки через коллектор 13 каротажного подъемника подается на электродетонатор перфорационных зарядов и происходит взрыв. Низкочастотное акустическое поле, 5

55 возбуждаемое пульсациями газового пузыря, распространяясь по буровой жидкости, заполняющей скважину, через некоторое время достигает гидрофона 1, Одновременно импульс поджига от коллектора 13 попадает на BblcoKooM«blA вход формирователя

16. Сформированный стандартный импульс с выхода формирователя подается на входы ждущего мультивибратора 19 и триггера 20 разрешения. При опрокидывании триггера разрешения снимается блокирующее напряжение с временных селекторов 14 и 18 и одновременно включает лампочку светового индикатора 21, сигнализирующую о прохождении импульса поджига. Сигнал от гидрофона 1 усиливается в усилителе 2 и подается на перестраиваемые фильтры 3 и

9. Их параметры и, следовательно, частотные полосы устанавливаются в зависимости от диаметра скважины, количества перфорационных зарядов и глубины их установки.

При этом первый из полосовых фильтров 3 настроен нг частоты, соответствующие параметрам ожидаемого взрыва, а перестраиваемый фильтр 9 имеет частотную полосу, "мещенную относительно первого в сторону высоких частот, Если произошел взрыв (полная детонация всех зарядов), то акустический сигнал без ослабления пройдет через перестраиваемый фильтр 3, продетектируется на детекторе 4 и после интегратора 5 напряжение огибающей сигнала попадает на схему 12

:равнения. Так как полоса пропускания перестраиваемого фильтра 9 смещена, то тот же сигнал на его выходе будет ослаблен и после прохождения аналогичных устройств — детектора 10, интегратора 11, амплитуда напряжения, подаваемого на второй вход схемы 12 сравнения, будет меньше, чем первого. При этом полярность выходного сигнала схемы 12 сравнения оказывается такой, что сработает первый временной селектор

14 (при условии превышения сигналом порогового уровня в течение 10 — 15 с).

После срабатывания временного селектора 1 сработает световой индикатор 17 и загорится лампочка, сигнализирующая, что произошел полный взрыв. При детонации

«е всех зарядов большим по амплитуде окажется сигнал на выходе перестраиваемого фильтра 9, на выходе схемы 12 сравнения появится сигнал с напряжением другой полярности. Первый временный селектор 3 по этой причине не сработает, но благодаря инвертирующему каскаду 15, полярность сигнала окажется требуемой для срабатыва«ия второго временного селектора 18, Загорится лампочка индикатора 22, сигнализирующая о неполном взрыве. Если

1721224

40

50

Составитель А. Рыбаков

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор M. Янкович

Заказ 935 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 ни один из указанных двух индикаторов не сработал, то можно утверждать, что взрыв не произошел. Одновременно сигналом от формирователя 16 запускается тональный генератор 23 звуковых частот, соединенный с модулятором 24, так как управляющий вход соединен с выходом усилителя 2, то под действием переменного напряжения акустического сигнала происходит модуляция.тонального сигнала, что и будет отмечено звуковым индикатором 25.

Предлагаемое устройство исключает возможность срабатывания от внешних помех вне интервала времени существования акустического поля, Для этого осуществляется выбор времязадающих цепей ждущего мультивибратора 19 таким, чтобы его повторное опрокидывание произошло по истечении времени, равном длительности сигнала (порядка 30 с), При этом, задним фронтом П-образного импульса ждущего мультивибратора 19 произойдет установка триггера 20 разрешения в исходное положение, при котором произойдет блокировка временных селекторов 14 и 18.

Формула изобретения

Устройство контроля перфорационного взрыва в скважине, содержащее преобразователь упругих колебаний, соединенный с последовательно включеннымиусилителем, первым фильтром, первым детектором и первым интегратором, пороговый элемент, соединенный с звуковым и первым световым индикаторами, каротажный регистратор, второй фильтр и второй детектор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено двумя согласующими блоками, элементом

35 сравнения, двумя временными селекторами, инвертирующим блоком, формирователем, ждущим мул ьтивибратором, разрешающим триггером, тональным генератором звуковых частот, модулятором, вторым интегратором,. вторым и третьим световыми индикаторами, при этом преобразователь упругих колебаний выполнен в виде гидрофона с возможностью установки в скважине в буровой жидкости, первый и второй фильтры выполнены перестраиваемыми со смежными полосами частот, одна из которых выше другой, причем выход усилителя соединен со входами второго фильтра и модулятора, выходы интеграторов соединены с двумя входами элемента сравнения, выход которого одновременно подключен к первому временному селектору и инвертирующему блоку, а выход инвертирующего блока соединен с входом второго временного селектора, на вторые входы обоих временных селекторов подключен выход разрешающего триггера, вход которого соединен с выходом формирователя, выход формирователя соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого подключен на установочный вход разрешающего триггера, входы двух согласующих блоков соответственно соединены с выходами двух фильтров и одновременно с выходом формирователя, выходы согласующих блоков подключены к каротажному фоторегистратору, запускающий вход тонального генератора звуковых частот подключен к выходу формирователя, а выход тонального генератора звуковых частот соединен с модулятором, выход которого подключен к звуковому индикатору.