УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к геофизической технике и может быть использована при проведении геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и предназначена, в частности, для измерения, регистрации и последующей передачи в компьютер физических параметров среды скважин.
Известен «Комплексный скважинный прибор», (пат. РФ №2292571, G01V 5/12, опубл. 27.01.2007 г.), содержащий составной корпус, в герметичной и негерметичной частях которого установлен комплект датчиков для измерения параметров скважины. В негерметичной части корпуса расположены окна, снабженные поперечными перемычками для защиты прибора от воздействия изгибающих усилий, а на концах корпуса установлены амортизирующий наконечник и приборная головка, снабженная кабельным наконечником с прикрепленным к нему геофизическим кабелем, через который осуществляется передача измерительной информации к геофизическому регистратору.
К недостаткам устройства можно отнести отсутствие защиты датчиков негерметичной части от воздействия крупных частиц и грязи, проникающих через окна и наличие геофизического кабеля внутри буровых труб, имеющего высокую стоимость, и не обеспечивающего достаточную надежность. Помимо этого, геофизический кабель подвержен абразивному износу и повреждениям при вращении труб, что снижает надежность, приводит к затруднениям при выполнении ловильных работ и необходимости использования специального оборудования для работы с кабелем. Указанные недостатки приводят к увеличению времени выполнения спускоподъемных операций, и ограничивают время контроля параметров в скважине.
Известно «Устройство для измерения внутрискважинных параметров», (пат. РФ №2249108, E21B 47/00, опубл. 27.03.2005 г.), включающее спускаемое в скважину на колонне труб одно или несколько посадочных гнезд со съемными глубинными приборами, выполненными в виде полого корпуса с гидравлическими каналами, сообщающими затрубное пространство с глубинными приборами, осуществляющими измерение внутрискважинных параметров. Наземный блок соединен со съемным глубинным прибором в скважинной камере каротажным или оптоволоконным кабелем, либо связан через акустический, гидравлический или электромагнитный канал передачи измерительной информации. Устройству также присущи недостатки, к которым можно отнести отсутствие защиты датчиков негерметичной части от воздействия крупных частиц и грязи, проникающих через окна, и наличие геофизического кабеля внутри буровых труб.
Известна «Телеметрическая система контроля забойных параметров», (пат. РФ №2194161 E21B 47/12, опубл. 10.12.2002 г.), содержащая измерительный модуль, модуль электропитания, передающий модуль, использующий для передачи измерительной информации электромагнитный канал связи и дополнительный передающий модуль, формирующий импульсы давления промывочной жидкости для передачи информации по гидравлическому каналу связи. Наземное оборудование содержит приемное устройство, соединенное с антенной и датчиком давления промывочной жидкости. Информация о эабойных параметрах поступает в приемное устройство одновременно по гидравлическому и электромагнитному каналам связи. Недостатками системы являются низкая пропускная способность, определяемая узкополосным гидравлическим каналом передачи информации, подверженность электромагнитного канала воздействию помех, влиянию пульсации давления бурового раствора в рабочем диапазоне частот и связанная с этим ограниченная дальность действия. Немаловажным также является заметное аппаратное усложнение системы и ее удорожание.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Комплексный прибор для исследования скважин », (пат. РФ №61342, E21B 47/00, опубл. 29.08.2006 г.), спускаемый в скважину на каротажном кабеле, состоящий из цилиндрического корпуса, в котором размещены датчики, измерительные модули, энергонезависимая память и информационная шина, снабженная разъемами для подключения дополнительных модулей. На стыковочном узле в верхней части корпуса установлена ловильная головка для соединения с каротажным кабелем, по которому на поверхность передается измерительная информация, а к нижней части корпуса присоединен обтекатель. Недостатками прибора являются отсутствие защиты датчиков, расположенных в негерметичной части корпуса от воздействия присутствующих в буровом растворе крупных частиц и грязи и наличие геофизического кабеля в скважине, имеющего высокую стоимость, подверженного износу и повреждениям, создающего дополнительные трудности при выполнении ловильных работ, требующего дополнительного оборудования для работы с кабелем, увеличивающего длительность спускоподъемного цикла, ограничивающего глубину применения прибора.
Основной задачей, решаемой заявляемым изобретением, является создание устройства для контроля физических параметров среды в скважине, предназначенного для работы в высокоскоростном режиме в течение длительного времени и обеспечивающего возможность надежного контроля быстроизменяющихся процессов в скважине.
Технический результат - повышение эффективности и надежности работы устройства для контроля параметров скважин.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля физических параметров среды в скважине, состоящее из цилиндрического корпуса, в верхней части которого установлена ловильная головка, а в средней части корпуса размещены измерительная система, соединенная с энергонезависимой памятью и микропроцессором, ловильная головка установлена с возможностью крепления устройства на проволоке для спуска его в скважину, а в корпусе выполнена теплогидроизолирующая втулка, на которой установлен коаксиальный разъем для обеспечения возможности кабельного подключения устройства к компьютеру.
Целесообразно выполнить измерительную систему в виде датчиков физических параметров среды в скважине и преобразователей аналоговых сигналов в цифровой код.
Датчики могут быть выполнены в виде манометра и/или термометра. Предпочтительно снабдить коаксиальный разъем защитным кожухом, и установить на нем обтекатель.
Целесообразно снабдить цилиндрический корпус входным отверстием для измерения избыточного давления среды, на котором может быть установлена защитная пружина.
Устройство для контроля физических параметров среды в скважине может содержать химический источник тока.
Предпочтительно выполнить корпус цилиндрическим в виде последовательно соединенных с помощью переходников частей.
Применение ловильной головки, установленной с возможностью крепления ее на проволоке повысить эффективность и надежность устройства контроля., за счет отсутствия геофизического кабеля, подверженного износу и повреждениям при вращении труб и выполнении спускоподъемных операций, увеличивающего длительность спускоподъемного цикла и ограничивающего глубину применения прибора, Использование коаксиального разъема, установленного на теплогидроизолирующей втулке обеспечивает оперативное кабельное подключение к внешнему компьютеру для записи программы и режимов работы измерительной системы перед спуском устройства и считывания измерительной информации после подъема его на поверхность.
Недостатком систем передачи информации с использованием акустического канала является низкая пропускная способность, значительная подверженность акустическим помехам и малая дальность действия, обусловленная высоким коэффициентом затухания сигнала. Недостатком систем, использующих гидравлический канал связи являются высокий уровень пульсаций бурового раствора в диапазоне рабочих частот, связанный с действием скважинного насоса, а также высокие требования к чистоте бурового раствора, его составу и однородности. К существенным недостаткам систем с электромагнитным каналом связи можно отнести ограничение дальности действия, связанное с влиянием удельной электропроводности пласта и воздействием помех. В низкоомных пластах дальность действия не превышает 1000-1500 м, а в высокоомных пластах проявляется сильный экранирующий эффект, в результате чего канал связи становится неэффективным.
Заявляемая полезная модель позволяет исключить необходимость использования акустического (или гидравлического, электромагнитного) каналов передачи информации с ограниченной дальностью, подверженных сильному влиянию помех, что обеспечивает высокую эффективность и надежность работы устройства.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведен общий вид устройства контроля физических параметров среды в скважине.
Прибор представляет собой последовательно собранные при помощи герметизированных резьбовых соединений ловильную головку 1 для закрепления всего прибора на проволоке, соединенную при помощи переходника 2 с трубой 3, внутри которой размещены измерительная система (на чертеже не показана), включающая датчики, преобразователи аналоговых сигналов в цифровой код, химический источник тока, микропроцессор и твердотельную цифровую память (на чертеже не показаны). Труба 3 соединена с переходником 4, имеющим входное отверстие 5 для измерения параметров среды, а к переходнику 4 присоединен защитный кожух 6, внутри которого установлен коаксиальный разъем 7 на теплогидроизолирующей втулке 8. Втулка 8 выполнена из материала с малой теплопроводностью и обеспечивает возможность подключения к внешнему компьютеру (на фиг.1 не показан). К защитному кожуху 6 при помощи герметизированного резьбового соединения прикреплен обтекатель 9, а на входное отверстие 5 надета защитная пружина 10 цилиндрической формы.
Устройство контроля физических параметров среды в скважине работает следующим образом.
Перед спуском в скважину снимается защитный кожух 6, посредством коаксиального разъема 7 через кабель производится подключение к внешнему компьютеру (на фиг.1 не показаны) и в память устройства записывается программа и режимы его работы, индивидуальные настроечные параметры, режимы работы и алгоритмы обработки измерительной информации датчиков. После отсоединения разъема 7 герметично завинчивается защитный кожух 6 с обтекателем 9, а при помощи ловильной головки 1 прибор закрепляется на проволоку и устанавливается в скважину. Спуск, подъем и установка устройства контроля физических параметров среды в скважине осуществляется при помощи специальной лебедки. При спуске устройства производится измерение параметров в заданных точках скважины в соответствии с записанной программой и регистрация измерительной информации в твердотельной цифровой памяти. Устройство запускается на измерение по достижению заданных до проведения исследования значений либо времени, либо давления, либо температуры. После комплексного исследования скважины производится подъем устройства на поверхность, отсоединение его от проволоки, снятие защитного кожуха 6, подключение при помощи разъема 7 через кабель к внешнему компьютеру и считывание измерительной информации. В компьютере информация о давлении и температуре, полученная из устройства, и информация о глубине спуска проволоки в течение спускоподъемной операции, считанная из устьевого регистратора глубины спуска, синхронизируются по записям значений реального времени в устройстве и в устьевом регистраторе.
Заявляемое устройство контроля физических параметров среды в скважине представляет собой полностью герметизированный зонд с интегрированными в него электронными узлами и компонентами, обеспечивающий достоверный контроль ряда параметров скважин, в том числе давления, температуры в жидких и газообразных средах с избыточным давлением до бООкГ/см в диапазоне температур от минус 40°C до 125°. Небольшие габариты прибора позволяют проводить спаренные спуски устройств для различных исследовательских целей без необходимости применения длинных лубрикаторов.
Заявляемое устройство позволяет подключать его к компьютеру без разборки его корпуса, что упрощает работу с ним, и уменьшает время передачи данных в компьютер, а также исключает нарушение его герметичности.