УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН

Полезная модель относится к области исследования скважин и может быть использована в нефтепромысловой геофизике.
Известны методы исследования скважин, которые можно условно разделить на две группы: гидродинамические и геофизические. С помощью этих методов решаются задачи при исследовании скважин эксплуатируемого месторождения: определение гидродинамических параметров пластов, нахождение профилей потоков, уточнение геометрии распределения запасов и структуры месторождения; изучение в процессе эксплуатации массо- и теплопереноса по пластам; определение эффективности различных технологических мероприятий и ремонтных работ; исследование технического состояния скважин, оборудования. Нефтяные и газовые месторождения непрерывно изменяют свои параметры в пространстве и во времени: меняются контуры нефтегазоносности, пористая среда, насыщенная нефтью и газом, заполняется водой, изменяется энергетический баланс залежи. Для наблюдения за этими изменениями, измерения и передачи на поверхность геофизической и технологической информации (ГТИ) применяют главным образом устройства (А.Л.Абрукин. Потокометрия скважин. М., «Недра», 1978, с.3, 4), которые спускают в скважину на электрическом кабеле в комплекте с датчиками (температуры, давления, расхода и др.).
Недостатком этих устройств является ограниченность снимаемой и передаваемой на поверхность информации (только текущая ГТИ), а при необходимости снять и передать на поверхность накопленную ГТИ требуется продолжительное время (до 2-х и более суток). При этом резко снижается надежность механического и электрического контакта кабельного ввода в прибор, а также теряется эластичность брони кабеля. Следовательно, для
этих целей необходимо применять специальный кабель, способный выдерживать длительное пребывание в скважине, см. там же, с.218, 219.
Указанные недостатки, например, свойственны устройству (SU 1154441 А, 20.12.83) для исследования скважин.
Известны устройства в бурении, которые передают электрические сигналы с устья скважины на поверхность с помощью трансформаторов, состоящих из двух кольцевых катушек, присоединенных к концам соединяемых секций встроенного в бурильные трубы токоподвода (А.А.Молчанов, Э.Е.Лукьянов, В.А.Рапин. Геофизические исследования горизонтальных нефтегазовых скважин. С.-Петербург: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), 2001, с.54).
Недостатки таких устройств для реализации способа передачи электрических сигналов с забоя на поверхность очевидны: множество соединений между секциями (2 соединения на одну бурильную трубу или свечу), что влечет за собой снижение надежности канала связи и повышает его затухание.
Недостатки эти будут присущи и в случае применения таких устройств в нефтепромысловой геофизике.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому устройству является устройство, в котором опрашиваемые скважинные приборы с датчиками находятся в скважине, например, встроены в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), а ГТИ с них снимают и передают на поверхность с помощью спускаемого в скважину электрического кабеля путем создания механического и электрического контакта кабеля и скважинного прибора (А.Л.Абрукин. Потокометрия скважин. М., «Недра», 1978, с.217).
Недостатком этого устройства является также наличие стыковочного узла, создающего механический и электрический контакт между спускаемым кабелем и скважинным прибором. Кроме того, такие контакты требуют
точной установки разъемных элементов, которые к тому же чувствительны к механическим повреждениям.
Требуемый технический результат (иначе - цель создания заявляемого объекта, как полезной модели) заключается в обеспечении известному устройству для исследования скважин более высоких потребительских свойств путем минимизации технологических операций при исследовании скважин и сокращения времени на опрос скважинных приборов.
Требуемый технический результат при реализации устройства для исследования скважин, как показывают стендовые и промышленные испытания заявляемого устройства и опыт эксплуатации прототипа-устройства, достигается тем, что известное устройство для исследования скважин, содержащее наземный источник питания, наземный цифровой регистратор, спускаемый прибор, кабель питания и приема геофизической и технологической информации, соединенный по одной жиле с положительным полюсом источника напряжения, спускаемым прибором, а по второй - с цифровым регистратором, спускаемым прибором и через резистор с отрицательным полюсом источника напряжения, скважинные приборы (модули), а спускаемый прибор функционально представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное, электрически нагруженный на коаксиально полую индуктивную катушку, конструктивно разнесенную с корпусом спускаемого прибора жесткой связью, обеспечивающей прохождение продукции скважины через ее сквозные отверстия и электрическую связь между индуктивной катушкой и спускаемым прибором, причем индуктивная катушка помещена в герметичную оболочку, а каждый из скважинных приборов (модулей) конструктивно представляет собой коаксиально полую вставку с резьбами на концах для их соединения с насосно-компрессорными трубами, причем во вставке организована полость, внутри которой размещены коаксиально полая индуктивная катушка, выпрямитель, модулятор, автономный источник
питания, микропроцессор, блок датчиков, причем индуктивная катушка скважинного прибора электрически подключена к входу выпрямителя и к модулятору, а выход выпрямителя соединен с модулятором и микропроцессором, автономный источник питания подключен к блоку датчиков и микропроцессору, который в свою очередь по информационным входам (выходам) подключен к модулятору и блоку датчиков, а по управляющим входам - к блоку датчиков и автономному источнику питания.
Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков, характеризующих предлагаемое устройство для исследования скважин, вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами предполагает соответствие заявляемых объектов критериям полезной модели.
На графических материалах представлены общая схема устройства для исследования скважин (фигура 1) и вариант организации трансформаторной связи между индуктивными катушками спускаемого прибора и скважинного прибора (модуля) в скважинных условиях (фигура 2).
Устройство (фигура 1 и фигура 2) содержит наземный источник питания 1, наземный цифровой регистратор 2, спускаемый прибор 3, кабель питания и приема геофизической и технологической информации 4, который по одной жиле соединен с положительным полюсом источника питания 4, спускаемым прибором 3, а по второй - с цифровым регистратором 2, спускаемым прибором 3 и через резистор 5 с отрицательным полюсом источника питания 1. Спускаемый прибор 3 функционально представляет собой преобразователь постоянного напряжения в переменное 7, электрически нагруженный на коаксиально полую индуктивную катушку 8. Индуктивная катушка 8 конструктивно разнесена с корпусом спускаемого прибора 3 жесткой связью 9, обеспечивающей прохождение продукции скважины через ее сквозные отверстия 10 и электрическую связь 11 между
индуктивной катушкой 8 и спускаемого прибора. Каждый из скважинных приборов (модулей) 6 конструктивно представляет собой коаксиально полую вставку 13 с резьбами на концах 14 для их соединения с НКТ 15. Во вставке 13 организована полость 16, в которой размещены коаксиально полая индуктивная катушка 17, выпрямитель 18, модулятор 19, автономный источник питания 20, микропроцессор 21 и блок датчиков 22. Индуктивная катушка 17 скважинного прибора 6 электрически подключена к входу выпрямителя 18 и к модулятору 19. Выход выпрямителя 18 соединен с модулятором 19 и микропроцессором 21. Автономный источник питания 20 подключен к блоку датчиков 22 и к микропроцессору 21, который в свою очередь по информационным входам (выходам) 23, 24 подключен к модулятору 19 и блоку датчиков 22, а по управляющим входам 25, 26 к блоку датчиков 22 и автономному источнику питания 20.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии скважинные приборы (модули) 6, корпуса которых выполнены в виде коаксиально полых вставок 13 с резьбами 14, встроены с помощью этих резьб в насосно-компрессорные трубы 15. Напряжение автономного источника питания 20 каждого из скважинных приборов б подано на микропроцессор 21 и блок датчиков 22. Микропроцессор 21 по специальной программе опрашивает датчики, а результаты опроса (измерения и контроля) заносит в память.
В скважину через НКТ 15 спускают на кабеле 4 прибор 3, функционально представляющий собой преобразователь постоянного напряжения в переменное 7, нагруженный электрически на коаксиально полую индуктивную катушку 8. По кабелю 4 с поверхности подают постоянное напряжение от наземного источника питания 1, которое в преобразователе 7 преобразуется в переменное напряжение высокой частоты (до 1000 Гц.). При дальнейшем спуске прибора 3 индуктивная катушка 8 спускаемого прибора 3 входит в полость коаксиально полой индуктивной катушки 17 скважинного прибора 6. За счет индуктивной связи между
катушками в индуктивной катушке 17 скважинного прибора 6 наводится переменное напряжение высокой частоты (до 1000 Гц.), которое, проходя через выпрямитель 18, выпрямляется, стабилизируется и поступает на модулятор 19 и микропроцессор 21. Микропроцессор 21, при необходимости (если автономный источник питания 20 разрядился), дает команду по управляющему входу 26 на его зарядку от выпрямителя 18 и передает текущую и накопленную в памяти микропроцессора ГТИ на модулятор 19, который модулирует ток, потребляемый от выпрямителя 18 и соответственно ток, потребляемый от наземного источника питания 1. Модулированный сигнал в виде напряжения снимается с резистора 5 и подается на вход наземного цифрового регистратора 2, где он демодулируется и преобразуется в цифру. После опроса 1-го скважинного прибора (модуля) прибор 3 опускается вниз, и алгоритм работы устройства повторяется при входе индуктивной катушки 8 в полость индуктивной катушки 17 очередного скважинного прибора (модуля). Число опрашиваемых скважинных приборов (модулей), устанавливаемых в скважине, определяется объемом исследований и решаемых задач. Скважинные приборы могут и не комплектоваться автономными источниками питания, тогда алгоритм работы устройства несколько изменяется. В этом случае на поверхность по кабелю 4 передается только текущая ГТИ, а питание датчиков 22 (управляющий вход 25), модулятора 19 и микропроцессора 21 осуществляется от выпрямителя 18. При необходимости иметь накопленную ГТИ, спускаемый прибор 3 остается в скважине на требуемое время, при этом микропроцессор 21 по заранее заданной программе производит многократный циклический опрос датчиков.
Конструктивно жесткая связь между корпусом спускаемого прибора 3 и индуктивной катушкой 8 выполнена с рядом сквозных отверстий 10, которые технологически необходимы для прохождения через них продукции скважины.
Индуктивная катушка 8 спускаемого прибора 3 помещена в герметичную оболочку 12, которая предохраняет обмотку индуктивной катушки и электрический вывод 11 от нее от воздействия рабочей среды (продукции) скважины.
Совокупность существенных признаков (в том числе и отличительных) заявляемого устройства для исследования скважин обеспечивает достижение требуемого технического результата, соответствует критериям «полезной модели» и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.