Система для контроля искривления ствола вертикальной скважины

Система для контроля искривления ствола вертикальной скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для контроля целостности скважин.

Известна система для контроля искривления ствола вертикальной скважины, реализующая способ того же назначения, принятая за прототип, содержащая закрепленный на каротажном кабеле датчик прогиба ствола скважины (ДПСС) и спускоподъемное устройство (СПУ) с датчиком глубины, а также последовательно соединенные вторичную аппаратуру и регистрирующее устройство, подключенные к выходу датчика ДПСС.

/Патент РФ №2055178, кл. E21B 47/00, 1996/.

Хотя в прототипе отсутствуют СПУ, вторичная аппаратура, например, в виде усилителя и регистрирующее устройство, но косвенно их наличие вытекает из описания работы системы.

В прототипе в качестве скважинного прибора, вертикально спускаемого в насосно-компрессорную трубу, используют датчики прогиба, выполненные в виде выдвижных элементов, расположенных попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось корпуса прибора.

Недостатком прототипа является контактный характер проводимых измерений, что снижает надежность исследований ствола скважины из-за возможной поломки скважинного прибора.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является обеспечение бесконтактных измерений, проводимых в скважине с помощью спускаемого в нее скважинного прибора.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известной системе для контроля искривления ствола вертикальной скважины, содержащей закрепленный на каротажном кабеле датчик прогиба ствола скважины и спускоподъемное устройство с датчиком глубины, а также последовательно соединенные вторичную аппаратуру и регистрирующее устройство, подключенные к выходу датчика прогиба, датчик прогиба ствола скважины выполнен в виде обратимого акустического преобразователя с равномерной характеристикой направленности, работающего в режиме последовательности зондирующих импульсов, а регистрирующее устройство выполнено в виде регистратора ширины импульсов.

Вторичная аппаратура выполнена в виде акустических передающего и приемного трактов, подключенных через реле приема-передачи акустических импульсов к акустическому преобразователю.

Акустический передающий тракт выполнен в виде формирователя импульсов, генератора звуковой частоты, модулятора и усилителя мощности, при этом выход генератора звуковой частоты подсоединен к основному входу модулятора, управляемый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход - к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом реле приема-передачи, управляемый вход последнего подключен к выходу формирователя импульсов, а акустический приемный тракт выполнен в виде усилителя-ограничителя, детектора и ослабителя импульсов, при этом выход формирователя импульсов передающего тракта соединен с входом ослабителя импульсов приемного тракта, выход реле приема-передачи подключен через усилитель-ограничитель к входу детектора, причем регистрирующее устройство выполнено в виде компьютера, три входа которого соединены с входами детектора, ослабителя импульсов и датчика глубины спускоподъемного устройства.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема системы и ее принцип работы в различных сечениях ствола скважины; на фиг.2, 3 - временные диаграммы для пояснения работы системы.

Система содержит (фиг.1) обратимый акустический преобразователь (АП1) с равномерной характеристикой направленности (ХН), работающий в режиме излучения и приема последовательности акустических импульсов.

АП1, например, пьезоэлектрического типа закреплен на каротажном кабеле 2, кинематически связанном со спускоподъемным устройством 3 (СПУ3).

СПУ3 обеспечивает спуск (подъем) АП1 на каротажном кабеле 2 вертикально вниз (вверх) по оси бурильной трубы или НКТ4, которой снабжен стол скважины.

СПУ3 снабжено датчиком 5 глубины, на которую спускается АП1.

Скважинный прибор включает в себя реле 6 приема-передачи, передающий тракт 7 и приемный тракт 8.

Передающий тракт 7 содержит генератор 9 звуковой (или ультразвуковой) частоты; формирователь 10 импульса; модулятор 11 и усилитель 12 мощности.

Приемный тракт 8 содержит усилитель-ограничитель 13; детектор 14; ослабитель 15 и компьютер 16, который в формуле изобретения представлен как регистрирующее устройство.

Электрические связи между блоками передающего и приемного трактов 7, 8 представлены на фиг.1.

Генератор 9 звуковой частоты и формирователь 10 импульсов связаны соответственно с основным и модулирующим входами модулятора 11, выход которого через усилитель 12 мощности подключен к первому контакту реле 6 приема-передачи. Второй контакт реле 6 приема-передачи соединен с усилителем-ограничителем 13, а управляемый третий контакт реле 6 приема-передачи подключен через каротажный кабель 2 к АП1. Кроме того, выход формирователя 10 импульсов связан с управляющим входом реле 6 приема-передачи.

Выход усилителя-ограничителя 13 через детектор 14 соединен с первым входом компьютера 16, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика 5 глубины и ослабителя 15 импульсов.

Система работает следующим образом.

Генератор 9 звуковой частоты формирует непрерывный гармонический сигнал звуковой или ультразвуковой частоты, например 100 КГц, а формирователь 10 - видеоимпульс, например, длительностью 100 мкс прямоугольной или колоколообразной (гауссовой) формы (фиг.2 слева и справа).

При смешении этих сигналов в модуляторе 11 формируется акустический радиоимпульс с частотой заполнения, равной в данном случае 10.

Сформированный акустический радиоимпульс усиливается в усилителе 12 мощности и затем направляется на первый вход реле 6 приема-передачи, работа которого управляется от формирователя 10 импульсов.

В реальных условиях при длительности акустических радиоимпульсов в 10^-4 с скважность последовательности радиоимпульсов целесообразно задавать равной 10.

Оптимальные временные параметры импульсов и режимы проводимых экспериментов зависят от геометрических размеров скважины и используемых в них бурильных или насосно-компрессорных труб, а также от характера предполагаемых нарушений прямолинейности ствола скважины.

АП1 с равномерной ХН при его равномерном спуске вдоль оси скважины (НКТ4) излучает последовательность акустических радиоимпульсов, которые отражаясь от боковых стенок НКТ4, вновь поступают на вход АП1, но сдвинутые на время Δt.

Принятые АП1 отраженные сигналы с помощью реле 6 приема-передачи направляются через усилитель-ограничитель 13 и детектор 14 на компьютер 16, в котором рассчитывается ширина или уширение отраженного акустического радиоимпульса относительно зондирующего импульса и несущего информацию о величине прогиба НКТ4 на измеренной глубине L (Информация о глубине расположения АП1 в скважине непрерывно поступает на компьютер 16 с датчика 5 глубины).

На фиг.1, внизу представлены случаи а), б) и в) расположения АП1 на различных глубинах скважины.

В случае а) АП1 расположен на одинаковом расстоянии от стенок НКТ4. В этом случае отраженные от стенок НКТ4 импульсы поступят на вход АП1 одновременно через время t₁-t₀, где t₀ - время излучения, а t₁ - время приема импульсов. При этом ширина суммарного отраженного импульса не изменится и будет равной Δt₁=Δt₀, где Δt₀ - ширина зондирующего импульса. То есть уширение отраженного от стенок зондирующего импульса равно нулю. Данный случай представлен на фиг.3а.

Характеристики ослабителя 15 импульсов и усилителя-ограничителя 13 подбираются такими, чтобы передающий (зондирующий) и отраженный (приемный) импульсы были равны по форме и по амплитуде.

В сечении б) НКТ4 ширина принятого импульса увеличивается в связи с появлением искривления трубы (фиг.3б), при этом с увеличением величины искривления трубы (фиг.3в) уширение импульса увеличивается.

Данным способом невозможно определить в какую сторону наклонена изогнутая труба. Но на практике гораздо важнее определить размеры изгиба безотносительно к сторонам света и оценить достиг или нет изгиб трубы критического значения, при котором требуется ее замена. Прогиб трубы связан с изгибом ствола скважины, что позволяет сделать выводы и об общем техническом состоянии скважины.

Градуировка акустического скважинного прибора в реальных, заводских или лабораторных условиях позволяет связать ширину Δt отраженного импульса с величиной прогиба трубы или скважины, что позволяет непосредственно производить измерения изгиба (прогиба) трубы в каждом сечении, например, в единицах длины бесконтактным способом.

Этим достигается поставленный технический результат.

1. Система для контроля искривления ствола вертикальной скважины, содержащая закрепленный на каротажном кабеле датчик прогиба ствола скважины и спуско-подъемное устройство с датчиком глубины, а также последовательно соединенные вторичная аппаратура и регистрирующее устройство, подключенные к выходу датчика прогиба, отличающаяся тем, что датчик прогиба ствола скважины выполнен в виде обратимого акустического преобразователя с равномерной характеристикой направленности, работающего в режиме последовательности зондирующих импульсов, а регистрирующее устройство выполнено в виде регистратора ширины импульсов.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что вторичная аппаратура выполнена в виде акустических передающего и приемного трактов, подключенных через реле приема-передачи акустических импульсов к акустическому преобразователю.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что акустический передающий тракт выполнен в виде формирователя импульсов, генератора звуковой частоты, модулятора и усилителя мощности, при этом выход генератора звуковой частоты подсоединен к основному входу модулятора, управляемый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход - к входу усилителя мощности, выход которого соединен с входом реле приема-передачи, управляемый вход последнего подключен к выходу формирователя импульсов, а акустический приемный тракт выполнен в виде усилителя-ограничителя, детектора и ослабителя импульсов, при этом выход формирователя импульсов передающего тракта соединен с входом ослабителя импульсов приемного тракта, выход реле приема-передачи подключен через усилитель-ограничитель к входу детектора, причем регистрирующее устройство выполнено в виде компьютера, три входа которого соединены с выходами детектора, ослабителя импульсов и датчика глубины спуско-подъемного устройства.