СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
BOREHOLE DEVIATION MONITORING METHOD

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для контроля целостности скважин.
Известен способ того же назначения, согласно которому величину прогиба скважины определяют с помощью скважинного прибора, вертикально спускаемого в бурильную или насосно-компрессорную трубу (НКТ) скважины (Патент РФ №2055178, кл. Е21В 47/00, 1996).
Данный способ принят за прототип.
В прототипе в качестве скважинного прибора, вертикально спускаемого в НКТ, 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 известном способе контроля искривления ствола скважины, заключающемся в измерении величины прогиба бурильной или насосно-компрессорной трубы скважины с помощью скважинного прибора, спускаемого вертикально в трубу скважины, в качестве скважинного прибора применяют обратимый акустический преобразователь с равномерной характеристикой направленности, работающий в режиме последовательности зондирующих импульсов, при этом о величине прогиба ствола скважины судят по уширению отраженных от стенок зондирующих импульсов.
В качестве зондирующих акустических импульсов используют последовательность радиоимпульсов прямоугольной или колоколообразной формы.
В качестве зондирующих акустических радиоимпульсов используют последовательность радиоимпульсов, следующих со скважностью, равной 10.
-4
В качестве зондирующих акустических импульсов используют радиоимпульсы длительностью 10 с.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа в различных сечениях ствола скважины; на фиг.2, 3 - временные диаграммы для пояснения работы устройства.
Устройство 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 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 импульсов и компьютер 16.
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.
Способ контроля искривления ствола скважины реализуется на устройстве (фиг.1) того же назначения 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.
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.
-4
В реальных условиях при длительности акустических радиоимпульсов в 10 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 t.
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.
1
0
0
1
1
0
0
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 t-t, где t - время излучения, а t - время приема импульсов, при этом ширина суммарного отраженного импульса не изменится и будет равной Δt=Δt, где Δt - 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 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.