Устройство оперативного исследования нефтяных и газовых скважин
DEVICE FOR OPERATIONAL RESEARCH OF OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к измерительным комплексам для геофизических исследований, предназначено для контроля технического состояния нефтяных, газовых и других скважин путем их визуального исследования в комплексе с дополнительным оборудованием.
Технический результат заключается в решении устройством следующих задач: в носимом варианте оперативного комплекса на основе режима обработки информации в реальном масштабе времени (он-лайн): определение траектории и конфигурации ствола скважины с определением дефектов конфигурации, положений муфт НКТ и их дефектов, места перфорации и их состояние, видеоинформация состояния поверхности ствола и НКТ скважины; в эксплуатационных скважинах - местоположение и состояние технологического оборудования, размеры и местоположение парафиновых отложений, местоположение интервалов порывов эксплуатационной колонны, состояние НКТ, глубин прихвата НКТ и оборудования, обрыв и состояние инструмента. Для проведения общих, специальных исследований и аварийных работ операции термо- и барометрии: измерение распределения давления и температуры по стволу скважины.
Известен ряд технических решений для визуального исследования скважин.
Известно техническое решение: телевизионный комплекс для глубинной видеосъемки /1/, содержит транспортное средство, на котором расположены стационарный корпус и герметичный переносной корпус с соответствующими функциональными блоками, связанные механически и электрически между собой с помощью кабель-троса, привод перемещения герметичного переносного корпуса с передачей гибкой связи, включающей упомянутый кабель-трос, и средство фиксирования герметичного переносного корпуса на исходной рабочей позиции, выполненное в виде переносной опоры гибкой связи, причем герметичный переносной корпус содержит торцевой и радиальные объективы с соответствующими блоками подсветки и ПЗС-матрицами, блок формирования видеосигналов и расположенные в стационарном корпусе блок обработки и блок воспроизведения видеосигналов, при этом транспортное средство снабжено средством доставки переносной опоры на рабочую позицию, выполненным в виде манипуляционной системы с двухзахватным зажимным устройством и операторской.
Известное техническое решение имеет недостатки: громоздкое исполнение, однофункциональное исполнение, отсутствие инклинометрии и термо-барометрии.
Известно техническое решение устройство /2/, которое характеризуется тем, что в герметичном цилиндрическом корпусе расположены осевая широкоугольная камера, блок питания, блок подсветки и видеомагнитофон с лентопротяжным механизмом для записи изображений, при этом подъем и опускание в скважину упомянутого герметичного корпуса осуществляется с помощью лебедки с использованием передачи с гибкой связью.
Известное техническое решение не позволяет оперативно обрабатывать информацию, поскольку ее обработка возможна только после подъема видеокамеры на поверхность и считывания на соответствующем устройстве воспроизведения, а также невозможность проведения инклинометрии и термо-барометрии.
Известен телевизионный комплекс для глубинной видеосъемки /3/, содержащий транспортное средство, на котором расположены стационарный корпус и герметичный переносной корпус телевизионной системы, связанные механически и электрически между собой с помощью кабель-троса, привод перемещения герметичного переносного корпуса с передачей гибкой связи, включающий упомянутый кабель-трос, и средство фиксирования герметичного переносного корпуса на исходной рабочей позиции, выполненное в виде переносной опоры гибкой связи, причем герметичный и переносной корпус содержит торцевой и радиальные объективы с соответствующими блоками подсветки.
В известном техническом решении недостатком является громоздкое исполнение, однофункциональное исполнение, невозможность проведения инклинометрии и термо-барометрии.
Известно устройство для акустического видеокаротажа скважин /4/, в котором производится визуализация акустических сигналов, отраженных от поверхности скважины.
В известном техническом решении недостатком является низкая разрешающая способность, не позволяющей определить степень износа скважины, невозможность проведения инклинометрии и термо-барометрии.
Прототипом является устройство визуального исследования скважин /5/, устройство содержит наземное оборудование, включающее компьютер, кабель, связывающий наземное оборудование и скважинный прибор, в котором размещены видеокамера, блок подсветки, блок приема-передачи информации.
Недостатком является громоздкое исполнение и невозможность проведения инклинометрии и термо-барометрии.
Целью предложенного технического решения является повышение оперативности, надежности, производительности, расширения функций и удобства обслуживания комплекса с учетом снижения габаритов и веса элементов устройства для проведения общих, специальных исследований и аварийных работ на скважинах и проведение инклинометрии и термо-барометрии.
Указанная задача решается за счет того, что используется волоконно-оптический кабель, в скважинном приборе размещена видеокамера диапазона SWIR, синхронизированная с импульсным лазерным диодным блоком подсветки, модуль инклинометра, блок приема-передачи выполнен для передачи оптических сигналов по волокну, в наземное оборудование введен оптический рефлектометр для распределенной по стволу скважины термометрии и барометрии.
Сущность изобретения поясняется чертежом (рис. 1), на котором представлена схема заявляемого устройства. Устройство содержит видеокамеру SWIR-2, импульсный лазерный диодный блок подсветки 6, синхронизатор 3, блок приема-передачи выполненный для передачи оптических сигналов по волокну 4, блок инклинометра 5, компьютер 7, оптический рефлектометр для термометрии 8, оптический рефлектометр для барометрии 9.
Устройство работает следующим образом. Скважинный прибор опускают в скважину 1 на волоконно-оптическом кабеле 10, импульсный лазерный диодный блок подсвета 6 подсвечивает рабочую зону в скважине 1, видеокамера SWIR 2 в синхронизации 3 с импульсом подсвета регистрирует изображение рабочей зоны в диапазоне SWIR и преобразует изображение в сигнальные коды, поступающие вместе сигналами от инклинометра 5 (гироскопа) для передачи через блок приема - передачи 4 выполненный для передачи оптических сигналов по волоконно-оптическому кабелю 10 в компьютер 7, в который также поступают сигналы от рефлектометров 8 и 9 для термо- и барометрии.
Режим SWIR обеспечивает видение через замутненную среду.
Приборы SWIR InGaAs применяются там, где использование приборов видимого излучения осложнено или невозможно. Водяной пар, туман, силикон, прозрачны для SWIR волн (диапазон 0,7-1.5 мкм).
Преимущества приборов SWIR:
• высокая чувствительность,
• высокое разрешение,
• способность формировать изображение в режиме однофотонного обнаружения,
• отсутствие требований для глубокого охлаждения,
• компактность.
• низкое энергопотребление.
Используется синхронизация с кадровой разверткой видеокамеры, то есть подсвет диодами рабочей зоны ведется в течение длительности кадра. Для скоростной камеры это примерно 0.01 сек, причем длительность импульса обычно 100-200 нсек и менее. За счет этого снижается помеховый уровень и повышается контрастность изображения. Для примера - видеокамера WiDy SWIR 640V-SP, 640×512 пике, 100 Гц, USB3.0 со стробированием, динамический диапазон 120 дБ.
Видеокамера преобразует полученное изображение в последовательный помехоустойчивый код поступающий на блок приема - передачи для волоконно-оптического кабеля. С инклинометра на блок приема-передачи поступает помехоустойчивый код с информацией, для примера на основе малогабаритного инерциального модуля ГКВ-10, который выдает в коде: угловую скорость, магнитное поле, температуру, углы ориентации (крен, тангаж, курс), линейную скорость в трех направлениях. Встроенные навигационные алгоритмы позволяют вычислять истинный курс и координаты. Эти данные поступают на блок приема-передачи где формируется общий поток данных для передачи по волоконно-оптическому кабелю в компьютер, в качестве примера - на основе защищенного планшета типа MIG Т10×86. В компьютере программное обеспечение формирует на мониторе изображение с видеокамеры и выводит цифровые данные от инклинометра. К волоконно-оптическому кабелю подсоединены два рефлектометра обеспечивающих зондирование оптического канала в дуплексном режиме для термо и барометрии. Для термометрии используется обратное рассеяние на основе эффекта Рамана, а для давления обратное рассеяние на основе эффекта Бриллюэна. В компьютере строятся рефлектограммы, по которым фиксируется распределение температуры и давления по стволу исследуемой скважины.
Таким образом, производится регистрация данных: видеоизображения, координат ствола скважины, магнитного поля, распределения температуры и давления по стволу скважины.
Расшифрованные данные позволяют получить в реальном масштабе времени (он-лайн): определение траектории и конфигурации ствола скважины с определением дефектов конфигурации, положений муфт НКТ и их дефектов, места перфорации и их состояние, видеоинформация состояния поверхности ствола и НКТ скважины; в эксплуатационных скважинах - местоположение и состояние технологического оборудования, размеры и местоположение парафиновых, кальциевых отложений, местоположение интервалов порывов эксплуатационной колонны, состояние НКТ, глубин прихвата НКТ и оборудования, обрыв и состояние инструмента и другие. Такие данные необходимы для проведения оперативных общих, специальных исследований и аварийных работ.
Предложенное устройство имеет большое народнохозяйственное значение, позволит снизить затраты на ремонт и восстановление дебета скважин, повысить производительность внутрискважинного оборудования.
Литература
1. Патент RU 2177676, кл. H04N 7/18 (2000.01), H04N 7/22 (2000.01), H04N 9/00 (2000.01), 27.09.2000 г.
2. Патент Великобритании - GB N 2293513, кл. МПК H04N 7/18, 20.09.94.
3. Патент США - US N 5652617, кл. МПК H04N 7/18, 31.05.96 г.
4. 3аявка на изобретение RU 95121406, кл. МПК G01V 1/40 (1995.01), 19.12.1995 г.
5. Патент RU N 2375567, кл. МПК Е21В 47/00 (2006.01), H04N 7/18 (2006.01), 17.12.2007.