КОМПЛЕКСНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР
INTEGRATED LOGGING TOOL

Изобретение относится к геофизической технике и может быть использовано при проведении геофизических исследований и ремонтно-изоляционных работ в горизонтальных и наклонно-направленных действующих нефтяных, газовых и гидротермальных скважинах с целью оптимизации их работы, при построении профиля притока или поглощения скважинных флюидов с целью определения дебитов пластов и пропластков и при проведении ремонтно-изоляционных работ.
Данное изобретение позволяет повысить надежность комплексного скважинного прибора (далее - «прибор», «скважинный прибор»), улучшить проходимость его в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах и повысить информативность, эффективность и качество измерений, в результате чего достигается технический эффект, заключающийся в улучшении эксплуатационных характеристик прибора и расширении сферы его применения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является комплексный скважинный прибор, содержащий составной корпус, в котором установлены датчики локатора муфт (ЛМ), гамма - каротажа (ГК), давления (Р), температуры (Т), влагомера (W), термокондуктивного расходомера (СТИ) и резистивиметра (РИ) и последовательно, сверху вниз, размещены, в герметичной части составного корпуса, датчики ГК, ЛМ и Р, причем чувствительная мембрана датчика Р соединена с окружающей средой гидропроводным каналом, а в герметичных полостях негерметичной части составного корпуса - датчики Т, W, СТИ и РИ, причем, датчики Т и W, расположены в одном месте и смещены относительно продольной оси прибора на равные расстояния, причем в корпусе в месте под установку датчиков Т и W выполнены две пары взаимоперпендикулярных, разных по ширине сквозных окон, снабженных поперечными перемычками, а прибор дополнительно снабжен модулем расходомера, оснащенным центратором (Пат. №2292571 C1, RU, МПК G01V 5/12, 2005 г., БИ №3, 2007 г.).
Недостатками прибора являются:
- относительная жесткость конструкции прибора с модулем, ограничивающая прохождение прибора в местах перехода скважины из вертикального участка в горизонтальный и наоборот;
- отсутствие контроля изгибающих усилий изгиба, сжатия - растяжения, возникающих при переходе из вертикального участка скважины в горизонтальный и наоборот;
- отсутствие контроля направления боковых потоков скважинной жидкости;
- отсутствие объемного контроля влагосодержания;
- отсутствие объемного контроля изменения температуры;
- отсутствие контроля вязкости.
Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей геофизического комплексного скважинного прибора, увеличение эффективности и качества измерений в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах и расширение информативности прибора.
Указанная задача достигается тем, что в комплексном скважинном приборе, содержащем составной корпус, в котором установлены датчики - локатора муфт (ЛМ), гамма-каротажа (ГК), давления (Р), температуры (Т), влагомера (W), термокондуктивного расходомера (СТИ) и резистивиметра (РИ), и последовательно, сверху вниз, размещены, в герметичной части составного корпуса, датчики ГК, ЛМ и Р, причем чувствительная мембрана датчика Р соединена с окружающей средой гидропроводным каналом, а в герметичных полостях негерметичной части составного корпуса - датчики Т, W, СТИ и РИ, причем, датчики Т и W, расположены в одном месте и смещены относительно продольной оси прибора на равные расстояния, причем, прибор снабжен модулем расходомера, содержащим центратор, хвостовик, корпус и установленную соосно оси корпуса модуля турбинку с датчиками оборотов и направления вращения, причем, в верхней части прибора дополнительно установлен датчик усилий (F), а между прибором и модулем установлены стыковочный узел с фиксатором и двух-шарнирный взаимоперпендикулярный электропроводный узел с осевым смещением осей вращения относительно продольной оси прибора, а прибор снабжен дополнительным объемным модулем - либо влагомера (W), либо термовлагомера (T-W), либо вискозиметра (В).
Новыми признаками прибора являются:
- установка датчика усилий в верхней части прибора, что позволяет контролировать возникающие усилия сжатия, растяжения и изгиба на головке прибора при прохождении его из вертикального участка скважины в горизонтальный и наоборот, что в свою очередь, позволяет предотвратить создание аварийной ситуации в скважине и обеспечить мягкое прохождение прибора в местах максимального искривления колонны труб, а значит, улучшить эксплуатационные возможности прибора;
- введение стыковочного узла с фиксатором, что обеспечивает ориентированную стыковку между прибором и модулями, повышая надежность и однозначность соединения;
- введение двух-шарнирного взаимоперпендикулярного электропроводного узла с осевым смещением осей вращения относительно продольной оси прибора, установленного между прибором и модулями, присоединяемыми к прибору, что снижает жесткость конструкции прибора и увеличивает его проходимость по колонне труб в местах их искривления, а значит, повышает надежность прибора и улучшает его эксплуатационные возможности;
- введение дополнительного объемного модуля - либо влагомера (W), либо термовлагомера (T-W), либо вискозиметра (В) повышает информативность, эффективность и качество измерений, улучшая его эксплуатационные возможности.
Сообразуясь с возможностью повышения качества, точности и эффективности измерений прибора в модуль турбинного расходомера, содержащий центратор, хвостовик, корпус и, установленную соосно оси корпуса модуля турбинку вращения с датчиками оборотов и направления вращения, дополнительно установлены центратор и две взаимоперпендикулярные турбинки с датчиками оборотов и направления вращения, установленные ортогонально и смещенные по оси корпуса, относительно турбинки, установленной соосно оси корпуса модуля, электросхему, установленную в корпусе и снабженную трех-координатным датчиком положения (П) и стыковочный узел.
Новыми признаками прибора являются:
- снабжение модуля расходомера дополнительным центратором, что позволяет более качественно центрировать ось корпуса модуля в скважине, обеспечивая расположение ортогональных турбинок по оси скважины, повышая качество и эффективность измерений;
- установка двух дополнительных взаимоперпендикулярных турбинок вращения с датчиками оборотов и направления вращения, расположенных ортогонально турбинки, установленной соосно оси корпуса модуля, что позволяет замерить направление и объем боковых потоков скважинной жидкости, повышая качество и эффективность измерения;
- смещение двух взаимоперпендикулярных турбинок относительно турбинки, установленной соосно оси корпуса, позволяет исключить взаимовлияние турбулентности потоков, возникающих от вращения турбинок, что повышает качество измерения боковых потоков;
- введение трех-координатного датчика положения (П) обеспечивает привязку измеряемой информации к поперечному сечению скважины, повышая точность и эффективность измерения;
- введение стыковочного узла, что обеспечивает возможность соединения с любым модулем или прибором, позволяя расширить эксплуатационные возможности прибора в целом.
Сообразуясь с необходимостью расширения эксплуатационных возможностей прибора при использовании его в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах путем повышения точности, эффективности и качества измерений прибор дополнительно снабжен модулем объемного влагомера (W), содержащим стыковочный узел с фиксатором, направляющую с установленной на ней упругой шарнирно-рычажной системой подвеса, на рычагах которой ориентированные по поперечной плоскости модуля установлены датчики влагомера (W), против которых в рычагах выполнены по две пары сквозных прорезей, смещенных по продольной оси рычага, корпус с электро-схемой, снабженной трех-координатным датчиком положения (П), и центратор.
Сообразуясь с необходимостью расширения эксплуатационных возможностей путем повышения точности, эффективности и качества измерений прибор дополнительно снабжен модулем объемного термовлагомера (T-W), содержащим стыковочный узел с фиксатором, направляющую с установленной на ней упругой шарнирно-рычажной системой подвеса, на рычагах которой ориентированные по поперечной плоскости модуля установлены датчики температуры (Т) и влагомера (W), против которых выполнены по две пары сквозных прорезей, смещенных по продольной оси рычага, корпус с электро-схемой, снабженной трех-координатным датчиком положения (П) и центратор.
Сообразуясь с целесообразностью расширения эксплуатационных возможностей, путем повышения точности, эффективности и качества измерений прибор дополнительно снабжен модулем объемного вискозиметра (В), содержащим стыковочный узел с фиксатором, направляющую с установленной на ней упругой шарнирно-рычажной системой подвеса, на рычагах которой ориентированные по поперечной плоскости модуля установлены датчики вязкости (В), против которых выполнены по две пары сквозных прорезей, смещенных по продольной оси рычага, корпус с электросхемой, снабженной трех-координатным датчиком положения (П) и центратор.
Новыми признаками прибора являются:
- прибор дополнительно снабжен объемным модулем, или влагомера (W), или термовлагомера (T-W), или вискозиметра (В), что позволяет расширить объем измерения по плоскости поперечного сечения скважины, повышая точность и эффективность измерения;
- установка стыковочного узла с фиксатором повышает надежность конструкции модулей, а, следовательно, и всего прибора;
- введение направляющей с установленной на ней упругой шарнирно-рычажной системой подвеса, на рычагах которой ориентированные по поперечной плоскости модуля установлены или датчики влагомера (W), или датчики термовлагомера (T-W), или датчики вязкости (В), что позволяет производить замеры в разных точках поперечной плоскости скважины одновременно, повышая эффективность измерения;
- выполнение на рычагах в местах установки датчиков по две пары сквозных прорезей, смещенных по продольной оси рычага, обеспечивают надежность прохождения потока, т.е. омываемость датчиков, повышая качество измерения;
- введение трех-координатного датчика положения (П) обеспечивает привязку измеряемой информации к поперечному сечению скважины, повышая точность и эффективность измерения;
- введение центратора, обеспечивает соосность установки упругой системы подвеса оси скважины, повышая качество измерения и снимая поперечные нагрузки с упругой рычажной системы.
Сообразуясь с целесообразностью расширения эксплуатационных возможностей, путем повышения качества и достоверности получаемой информации дополнительные объемные модули влагомера (W), термовлагомера (T-W) и вискозиметра (В) снабжены дополнительным датчиком соответственно влагомера (W), температуры (T-W) и вязкости (В), установленным по оси направляющей и ориентированным по поперечной плоскости установки остальных датчиков, причем, на направляющей в месте установки датчика выполнены сквозные прорези.
Новыми признаками прибора являются:
- установка в дополнительных объемных модулях дополнительного датчика по оси направляющей с ориентированием его по поперечной плоскости установки остальных датчиков, что позволяет более точно рассчитать распределение полей температуры, влажности и вязкости по поперечному сечению скважины, повышая качество измерений и достоверность получаемой информации;
- выполнение сквозных прорезей на направляющей в месте установки датчика, что улучшает омываемость измерительных датчиков, обеспечивая надежность прохождения потока и повышая качество измерения.
Из анализа патентной и научно-технической литературы подобное решение не известно, что и позволяет сделать вывод о «Новизне» и «Изобретательском уровне» предлагаемого комплексного скважинного прибора.
На фиг.1 представлен универсальный вариант конструкции предложенного технического решения скважинного прибора.
Скважинный прибор содержит:
- составной корпус 1;
- датчик ЛМ 2, измеряющий магнитную неоднородность колонны, путем преобразования измерений в электрический сигнал;
- датчик ГК 3, измеряющий объемную неоднородность заколонного пространства, преобразуя измерение в электрический сигнал;
- датчик Р 4, измеряющий гидростатическое давление скважинной жидкости с преобразованием его в электрический сигнал;
- датчик Т 5, измеряющий тепловое поле скважины с преобразованием в электрический сигнал;
- датчик W 6, преобразующий данные о влажности в электрический сигнал;
- датчик СТИ 7, измеряющий расход, путем преобразования потока скважинной жидкости в электрический сигнал;
- датчик РИ 8, измеряющий электропроводность скважинной жидкости;
- составной корпус 1 содержит герметичную часть 9, в которой последовательно сверху вниз размещены датчики 3, 2 и 4, а чувствительная мембрана датчика 4 соединена с окружающей средой гидропроводным каналом 10, и негерметичную часть 11, где в герметичных полостях установлены датчики 5, 6, 7 и 8, а датчики 5 и 6, расположены в одном месте и смещены относительно продольной оси прибора на равные расстояния, причем, в корпусе выполнены две пары взаимоперпендикулярных разных по ширине сквозных окон 12 и 13, снабженных перемычками 14 и 15;
- стыковочный узел 16 с фиксатором 17 и приборную головку 18 под кабельный наконечник;
- модуль расходомера 19, с центратором 20, хвостовиком 21, корпусом 22 и установленной по оси корпуса турбинкой 23 с датчиками оборотов 24 и направления вращения 25, предназначенный для измерения расхода скважинной жидкости;
- датчик усилий F 26, предназначенный для преобразования осевого усилия изгиба, сжатия-растяжения, действующего на прибор со стороны кабеля, в электрический сигнал;
- двух-шарнирный взаимоперпендикулярный электропроводный узел 27 с осевым смещением осей вращения 28 и 29 относительно продольной оси прибора, обеспечивающий свободу перемещения прибора по скважине в двух взаимоперпендикулярных плоскостях;
- дополнительный объемный модуль, который в зависимости от решаемой задачи может быть модулем - либо влагомера (W) 30, либо термовлагомера (T-W) 31, либо вискозиметра (В) 32, измеряющий, в зависимости от произведенной сборки комплекса, объемную - либо влажность, либо температуру и влажность, либо вязкость по поперечному сечению скважины. Любой из дополнительных модулей устанавливается между модулем расходомера 19 и прибором, жестко соединяясь с расходомером посредством стыковочного узла 38, а с прибором через двух-шарнирный взаимоперпендикулярный электропроводный узел 27.
Скважинный прибор работает следующим образом.
Скважинный прибор, подсоединенный к геофизическому регистратору через геофизический кабель, опускают на этом кабеле через насосно-компрессорные трубы на забой скважины.
Модуль расходомера 19 с дополнительным объемным модулем (влагомера 30 или термовлагомера 31, или вискозиметра 32) проходит вход в горизонтальный участок скважины, при этом, срабатывает двух-шарнирный взаимоперпендикулярный электропроводный узел 27 с осевым смещением осей вращения 28 и 29 относительно продольной оси прибора, обеспечивающий свободу перемещения прибора по скважине в двух взаимоперпендикулярных плоскостях. Следом за модулями проходит и сам прибор. Момент прохода узких мест фиксируется датчиком усилий 26 и контролируется оператором.
При спуске скважинного прибора производят фоновые измерения всех параметров, регистрируемых скважинным прибором. При этом нагреватель датчика СТИ выключен, а сам датчик работает как дублирующий термометр.
Во время нахождения скважинного прибора в исследуемой скважине скважинная жидкость омывает корпус скважинного прибора и все его измерительные датчики. При достижении забоя, включается нагреватель датчика СТИ, и, при подъеме скважинного прибора, производят запись со всех датчиков.
По результатам измерений выносится заключение о состоянии скважины и технологического процесса добычи, происходящей в ней.
На фиг.2 представлен вариант конструкции модуля расходомера 19, подсоединяемого к скважинному прибору.
Модуль расходомера 19 содержит:
- центратор 20;
- хвостовик 21;
- корпус 22;
- турбинку 23, установленную соосно оси корпуса модуля и снабженную датчиками оборотов 24 и направления вращения 25;
- дополнительный упругий центратор 33, установленный на корпусе 22 модуля;
- две взаимоперпендикулярные турбинки 34 и 35, установленные в корпусе модуля ортогонально турбинки 23 и снабженные датчиками оборотов 24 и направления вращения 25;
- электросхему 36, установленную в корпусе и снабженную трех-координатным датчиком положения 37;
- стыковочный узел 38.
Модуль расходомера работает следующим образом.
При прохождении модуля расходомера по стволу скважины осевая турбинка 23 под действием потока скважинной жидкости, протекающей по оси скважины, начинает вращаться вокруг своей оси. Взаимоперпендикулярные турбинки 34 и 35 закрыты от осевого потока. При возникновении боковых потоков начинают вращаться взаимоперпендикулярные турбинки 34 и 35 и, в зависимости от притока или поглощения и их объемов, изменяются или скорости вращения турбинок, или направления их вращения. Вращение турбинок 23, 34 и 35 фиксируется датчиками оборотов 24 и направления вращения 25, соответствующих турбинок. Датчик положения 37, расположенный в корпусе 22, привязывает данные вращения и момент возникновения и изменения боковых потоков к плоскости поперечного сечения скважины, а датчики 2 и 3, расположенные в основном скважинном приборе, к стволу скважины.
На фиг.3 представлен вариант конструкции универсального объемного модуля (влажности (W) или термовлажности (T-W), или вискозиметра (В), устанавливаемого между прибором и модулем расходомера.
Универсальный модуль содержит:
- стыковочный узел 39 с фиксатором 40;
- направляющую 41 с установленной на ней упругой (пружины 42) шарнирно-рычажной системой подвеса 43, на рычагах 44 которой ориентированные по поперечной плоскости модуля установлены измерительные датчики 45. Датчики 45, в зависимости от назначения модуля, могут быть или датчиками влагомера 30, или совмещенными попарно датчиками термовлагомера 31, или датчиками вискозиметра 32. На рычагах 44, в местах установки датчиков 45 выполнены по две пары сквозных прорезей 46 и 47, смещенных по продольной оси рычага;
- корпус 48 с электросхемой 49, снабженной трех-координатным датчиком положения 37;
- гибкий центратор 50;
- измерительный датчик 51, аналогичный датчикам 45, установленный по оси корпуса (направляющей 41), причем, в месте установки датчика, выполнены по две пары сквозных прорезей 52 и 53, смещенных по продольной оси модуля.
Универсальный объемный модуль работает следующим образом.
Универсальный объемный модуль, а именно - или модуль влагомера 30, или модуль термовлагомера 31, или модуль вискозиметра 32, в составе скважинного прибора проходит по скважине. Гибкие центраторы 50 и 33 (центратор модуля расходомера) скользят по стволу скважины, обеспечивая центрирование по оси скважины направляющей 41 с установленной на ней упругой (пружины 42) шарнирно-рычажной системой подвеса 43, на рычагах 44 которой ориентированные по поперечной плоскости модуля установлены измерительные датчики 45. Датчики 45 равномерно распределены по периметру скважины, а датчик 51 установлен в направляющей 41 - по оси модуля. Упругая рычажная система подвеса 43 стенок скважины не касается. Датчики 45 и 51, проводят измерения в поперечной плоскости скважины, а датчик положения 37, установленный в корпусе 48 совместно с электросхемой 49, обеспечивает привязку измеряемой информации к поперечному сечению скважины.
Комплект скважинного прибора с дополнительными модулями формируется в зависимости от объема и порядка работ по детальному исследованию конкретной скважины, которое производится, в зависимости от поставленной задачи, по методикам, утвержденным геологической службой геофизического предприятия, согласованным с геологической службой нефтегазодобывающего предприятия.
Предлагаемое устройство реализовано при разработке и выпуске комплексной скважинной аппаратуры модели «Сова» и опробовано в условиях месторождений Западной Сибири, что позволяет сделать вывод о «Промышленной применимости».
Данное устройство позволяет - повысить надежность скважинного прибора, путем введения контроля за осевым усилием, улучшить проходимость его в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах, путем введения межмодульного шарнирного соединения, и повысить эффективность и качество измерений, путем введения дополнительного измерения параметров по плоскости поперечного сечения скважины, в результате чего, достигается технический эффект, заключающийся в расширении информативности и достоверности получаемой информации, что, в конечном итоге, ведет к улучшению эксплуатационных характеристик комплексного скважинного прибора и расширению сферы его применения.