ПРИБОР СКВАЖИННЫЙ СЕЙСМОКАРОТАЖНЫЙ
SEISMIC LOGGING BOTTOM-HOLE INSTRUMENT

Область техники
Заявляемое изобретение относится к области сейсмического каротажа, предназначено для проведения работ вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и его поляризационной модификации (ВСП ПМ) в обсаженных скважинах и применяется при геофизической разведке нефтяных, газовых и других месторождений полезных ископаемых.
Предшествующий уровень техники
Известен скважинный сейсмический прибор (патент РФ №2225627 на изобретение, МПК G01V 1/52, 2004 [1]), содержащий корпус для размещения сейсмоприемников и блока электроники, стабилизирующие элементы и прижимной рычаг, расположенный диаметрально противоположно этим элементам, отличающийся тем, что стабилизирующие элементы выполнены в виде охватывающих корпус прибора тонкостенных разрезных втулок с выступами, разнесенными по окружности втулок с углом между ними в пределах 80-85°, и установленных на противоположных концах прибора, причем выступы имеют обтекаемую форму и выполнены удлиненными вдоль оси прибора, а сама втулка снабжена узлом крепления ее на корпусе прибора.
Недостатком указанного прибора [1] является необходимость создания значительных усилий прижима рычага к стенке колонны. Эти усилия на рычаге превышают вес прибора в 5-10 раз и доходят до 100-150 кг. Усилия прижима выступов разрезных втулок значительно меньше, и стабилизирующий эффект соответственно уменьшается. Кроме того, высота втулок занимает незначительную часть длины прибора и не обеспечивается достаточная гидравлическая связь этих втулок со стенкой колонны. В то же время, при установке прибора эти втулки могут попасть в муфтовое межколонное пространство и послужить причиной аварии. При этом условия во всех этих точках установки скважинного прибора в колонне зависят от уровня коррозии, износа, наличия отложений на ее стенках, ее эллипсности, что вносит погрешности в регистрируемые результаты.
Кроме того, при увеличении числа точек контактов корпуса скважинного прибора с колонной более трех возникает неопределенность в посадке последующих точек, так как положение скважинного прибора [1] в колонне и в пространстве вообще уже однозначно определено этими тремя точками. Перераспределение местоположения этих точек контактов в системе «неидеальный цилиндр - рычаг - выступ на втулке - неидеальная колонна скважины» вызывает дополнительные погрешности в регистрируемом волновом поле. К тому же, в системе названных жестких элементов, не деформируемых даже при значительных усилиях прижима рычага, нагрузки в остальных, кроме трех, контактах оказываются незначительными, и не в полной мере выполняются функции, возложенные на эти дополнительные контакты. Так, из четырех упоров на противоположной от рычажного прижима стороне прибора в реальной негладкой колонне всегда будут работать только два, так как третьей точкой является рычаг. При этом положение третьей точки на относительно широком конце рычага так же неоднозначно, зависит от конкретных условий в точках установки прибора в колонне и может находиться на одной или другой стороне его бокового торца.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение искажений волнового сейсмического поля при его регистрации скважинным прибором.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является улучшение механической связи корпуса скважинного прибора со стенкой обсадной колонны.
Сущность изобретения состоит в том, что прибор скважинный сейсмокаротажный содержит корпус датчиков. При этом прибор дополнительно содержит разрезной тонкостенный цилиндр и средство изменения его кривизны. Высота тонкостенного цилиндра больше длины корпуса датчиков. Корпус датчиков жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндра. Средство изменения кривизны цилиндра жестко закреплено к корпусу датчиков.
Корпус датчиков предпочтительно размещен вдоль образующей цилиндра симметрично относительно разреза. Корпус датчиков целесооразно соединять с упругим подвесом, содержащим пружину растяжения и муфту.
Средство изменения кривизны цилиндра может содержать электропривод и, по крайней мере, две жесткие тяги, соединенные одним концом с вертикальными торцами цилиндра, проходящими вдоль вертикального разреза, а другим концом - с электроприводом.
Цилиндр желательно выполнять пружинным с радиусом кривизны, в свободном состоянии несколько превышающим радиус поперечного сечения колонны. При этом средство изменения кривизны цилиндра содержит электропривод и, по крайней мере, два тросика, соединенные одним концом с вертикальными торцами цилиндра, проходящими вдоль вертикального разреза, а другим концом - с электроприводом.
Верхний и нижний торцы цилиндра предпочтительно выполнять в виде лепестков, загнутых внутрь.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан прибор скважинный сейсмокаротажный при его движении по скважине и на фиг.2 - при его остановке в точке наблюдения; на фиг.3 - вертикальный разрез прибора по примеру 2 при его движении по скважине; на фиг.4 - горизонтальный разрез прибора по примеру 2 по линии «А-А» при его движении по скважине; на фиг.5 - вертикальный разрез прибора по примеру 2 при его остановке в точке наблюдения; на фиг.6 - горизонтальный разрез прибора по примеру 2 по линии «Б-Б» при его остановке в точке наблюдения; на фиг.7 - вертикальный разрез прибора по примеру 1 при его движении по скважине; на фиг.8 - горизонтальный разрез прибора по примеру 1 по линии «Г-Г» при его движении по скважине; на фиг.9 - вертикальный разрез прибора по примеру 1 при его остановке в точке наблюдения; на фиг.10 - горизонтальный разрез прибора по примеру 1 по линии «Д-Д» при его остановке в точке наблюдения.
Варианты осуществления изобретения
Прибор скважинный сейсмокаротажный содержит корпус датчиков 3 и прижимное устройство. Прижимное устройство содержит разрезной по вертикали тонкостенный цилиндр 1 и средство изменения его кривизны. Высота цилиндра 1 больше длины корпуса датчиков. Длина поперечного сечения цилиндра 1 соответствует длине окружности при наибольшей кривизне цилиндра 1, то есть в таком положении, когда диаметр цилиндра 1 минимален. При этом стенки цилиндра 1 не перекрываются. Указанное положение цилиндра 1 применяется для его установки в колонну 2 и для его транспортировки в колонне 2.
Корпус датчиков 3 жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндра 1. В предпочтительном варианте исполнения корпус датчиков 3 закреплен вдоль образующей цилиндра 1, симметрично относительно разреза.
Корпус датчиков 3 подвешен к каротажному кабелю 11 на коаксиально надетой на него пружине растяжения 8, один конец которой закреплен на кабеле 11 муфтой 9 выше корпуса 3, а другой конец закреплен на корпусе 3. Усилие растяжения пружины 8 равно весу прибора или нескольких приборов в случае многоточечного зонда. В результате, при достаточной длине пружины 8 прибор оказывается подвешенным к кабелю на этой пружине 8 и кабельные волны ослаблены. Выше муфты 9 каротажный кабель снабжен вращающимся кабельным наконечником 10, исключающим скручивание кабеля 11 при аварийном подъеме отказавшего прибора с незакрытым или разрушенным прижимным устройством.
Средство изменения кривизны цилиндра 1 жестко закреплено к корпусу датчиков 3 и выполнено с возможностью изменять радиус кривизны цилиндра 1.
Пример 1
Средство изменения кривизны цилиндра 1 выполнено в виде электропривода 5 и, по крайней мере, двух жестких тяг 12. Одним концом тяги 12 соединены с вертикальными торцами цилиндра 1, проходящими вдоль вертикального разреза, а другим концом - с электроприводом 5.
Пример 2
Цилиндр 1 выполнен пружинным. При этом радиус кривизны цилиндра 1 в свободном состоянии несколько превышает радиус поперечного сечения колонны 2. Средство изменения кривизны цилиндра 1 выполнено в виде электропривода 5 и, по крайней мере, двух тросиков 6. Одним концом тросики 6 соединены с вертикальными торцами цилиндра 1, проходящими вдоль вертикального разреза, а другим концом - с электроприводом 5.
Пример 3
Для облегчения прохождения прибора в колонне 2 верхний и нижний торцы цилиндра 1 выполнены в виде лепестков 4, загнутых внутрь.
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Перед спуском прибора в колонну 2 разрезной цилиндр 1 закрывают с помощью средства изменения кривизны цилиндра 1, то есть приводят в состояние с радиусом кривизны, меньшим радиуса колонны 2 и достаточным для свободного движения прибора в колонне 2. Затем прибор спускают в колонну 2 на точку записи.
На точке записи с помощью средства изменения кривизны цилиндра 1 этот цилиндр 1 приводят в соприкосновение со стенкой колонны 2. При этом при выполнении заявляемого прибора, как описано в примере 2, электропривод 5 отпускает тросики 6, и цилиндр 1 приводится в соприкосновение со стенкой колонны 2 под действием сил упругости.
Затем с помощью прибора производят необходимые измерения.
Имеющийся упругий подвес с пружиной 8 и муфтой 9 ослабляет влияние кабельных волн-помех на точке записи.
Скважинная жидкость на глубине более 400 м становится практически несжимаемой и при этом заполняет пространство между стенкой колонны 2 и цилиндром 1. Даже при величине зазора между стенкой колонны 2 и цилиндра 1 в 4 мм, динамическое усилие на отрыв стенки цилиндра 1 от колонны 2 будет составлять более 200 кг при длине корпуса прибора в 1 м. Указанный зазор может быть связан с коррозией, отложениями на колонне и ее эллипсностью. При этом величина зазора в точках контактов колонны 2 и цилиндра 1 будет нулевой. В связи с существующими неровностями стенок колонны 2 и цилиндра 1 динамическое сопротивление к вертикальной составляющей волнового поля также будет значительным.
Связь заявляемого прибора со стенкой колонны 2 осуществляется через множество участков тонких слоев скважинной жидкости, распределенных между стенками колонны 2 и поверхностью цилиндра 1. При этом сила прижима не играет никакой роли - достаточно лишь привести поверхность цилиндра 1 в соприкосновение с колонной 2.
После проведения измерений вновь уменьшают радиус кривизны цилиндра 1 с помощью соответствующего средства и транспортируют прибор к устью, где его достают из колонны 2.
Таким образом, в заявляемом изобретении заявляемый технический результат: «улучшение механической связи корпуса скважинного прибора со стенкой обсадной колонны» достигается за счет того, что прибор скважинный сейсмокаротажный содержит корпус датчиков, разрезной тонкостенный цилиндр и средство изменения его кривизны. При этом высота тонкостенного цилиндра больше длины корпуса датчиков. При этом корпус датчиков жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндра. При этом средство изменения кривизны цилиндра жестко закреплено к корпусу датчиков.
При этом обеспечивается существенное увеличение количества и размера площадок передачи механических колебаний колонны цилиндру на всей длине скважинного прибора. Отсутствие нагруженных точечных контактов и значительных усилий прижима в системе «колонна - корпус прибора», как известно из общего курса механики, улучшает повторяемость результатов измерений и уменьшает вносимые погрешности. При регистрации приходящего упругого импульса это приводит к уменьшению вероятности появления собственных колебаний корпуса скважинного прибора относительно колонны, которые искажают регистрируемое волновое поле.
Автором изготовлена модель заявляемого прибора, испытания которой не выявили практических различий между сейсмическим полем снаружи колонны и в приборе.
Промышленная применимость
Заявляемый прибор скважинный сейсмокаротажный реализован с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлен на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области сейсмического каротажа.
Источники информации
1. Патент РФ №2225627 на изобретение, МПК G01V 1/52, 2004.