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. Существенный недостаток этих устройств состоит также в том, что они предполагают наличие на поверхности источника электрической энергии (промышленной электрической сети). Имеется немало примеров (по крайней мере на нефтяных месторождениях Тюменской области) необустроенных промыслов, на которых в силу различных причин (удаленность, заболоченность, пробная эксплуатация, экономический фактор и т.п.) отсутствует возможность подключения устройств измерения (в том числе аппаратуры нефтепромысловой геофизики) к промышленной электрической сети. Даже при наличии электрической сети возможны длительные отключения электроэнергии при острой необходимости проведения скважинных исследований.
Указанные недостатки, например, свойственны устройству (SU 1154441 А, 20.12.83) для исследования скважин.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому устройству является устройство (RU 57816 А, 06.06.06) для исследования скважин, которое содержит 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.
Достоинством данного устройства является отсутствие в нем стыковочных узлов, создающих механический и электрический контакт между спускаемым кабелем и скважинным прибором.
Тем не менее, основным недостатком и этого устройства является то, что оно также требует наличия на скважине промышленного электрического питания.
Требуемый технический результат (иначе - цель создания заявляемого объекта, как полезной модели) заключается в обеспечении известному устройству для исследования скважин более высоких потребительских свойств, а именно: сохранение работоспособности устройства для исследования скважин (при отсутствии промышленной электрической сети), используя, (например), энергию потока продукции скважины с помощью встроенного в насосно-компрессорные трубы турбогенератора, или, например, химического источника питания.
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 цифровой регистратор, кабель приема
геофизической и технологической информации, соединяющий наземный цифровой регистратор и спускаемую коаксиально полую индуктивную катушку в герметичной оболочке, скважинные приборы (модули), конструктивно выполненные в виде коаксиально полых вставок с резьбами на концах для их соединения с насосно-компрессорными трубами, причем в каждой вставке организована полость, внутри которой размещены датчики и подключенный к ним внутренний автономный источник питания, а все скважинные приборы (модули) электрически соединены между собой по шинам питания и информационным выходам, центральный скважинный прибор, выполняющий функции сбора информации и ее передачи на поверхность, конструктивно выполнен аналогично скважинным приборам (модулям), в полости его вставки размещены коаксиально полая индуктивная катушка, модулятор, стабилизатор, микропроцессор, автономный источник питания, причем индуктивная катушка скважинного прибора электрически подключена к выходу модулятора, который по цепи питания подключен к стабилизатору, а по информационной - к микропроцессору, к которому в свою очередь подключены выходы стабилизатора и автономного источника питания, соединенных между собой, шины питания и информационных выходов скважинных приборов (модулей), дополнительно снабжено силовым источником питания, укрепленным в одном из стыков насосно-компрессорных труб и электрически нагруженным на стабилизатор центрального скважинного прибора.
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 спускаемой на кабеле индуктивной катушки и индуктивной катушки центрального скважинного прибора в скважинных условиях (фигура 2).
Устройство (фигура 1 и фигура 2) содержит наземный цифровой регистратор 1, кабель 2 приема геофизической и технологической информации, коаксиально полую индуктивную катушку в герметичной оболочке 4, скважинные приборы (модули) 5, конструктивно выполненные в виде коаксиально полых вставок 6 с резьбами 7 на концах для их соединения с насосно-компрессорными трубами (НКТ) 8. В каждой вставке организована полость 9, внутри которой размещены датчики и подключенный к ним внутренний автономный источник питания (на фигуре не показаны). Скважинные приборы (модули) электрически соединены между собой по шинам питания 10 и информационным выходам 11. Центральный скважинный прибор 12 конструктивно выполнен аналогично скважинным приборам (модулям), в полости его вставки размещены коаксиально полая индуктивная катушка 13, модулятор 14, стабилизатор 15, микропроцессор 16, автономный источник питания 17. Индуктивная катушка 13 центрального скважинного прибора 12 электрически подключена к выходу модулятора 14, который по цепи питания 18 подключен к стабилизатору 15, а по информационной 19 - к микропроцессору 16, к которому в свою очередь подключены выходы стабилизатора 15 и автономного источника 17 питания, соединенных между собой, шины 9 питания и информационных выходов 11 скважинных приборов (модулей) 5. Силовой источник 20 питания укреплен в одном из стыков насосно-компрессорных труб и электрически нагружен на стабилизатор 15 центрального скважинного прибора 12.
Устройство работает следующим образом.
В рабочем состоянии (штатный режим) в скважину через НКТ 8 спускают на кабеле 2 коаксиально полую индуктивную катушку 3. При ее
спуске, последняя входит в полость коаксиально полой индуктивной катушки 13 центрального скважинного прибора 12, подключенной к выходу модулятора 14. Микропроцессор 16 от силового источника питания 20 через стабилизатор 15 подает напряжение питания (через шину питания 9) на один из опрашиваемых скважинных приборов (модулей) 5, а снимаемую с его датчиков текущую ГТИ (шина 10), а также накопленную ГТИ в памяти микропроцессора 16, передает по цепи 19 на вход модулятора 18. За счет индуктивной связи между катушками 13 и 3 ГТИ с выхода модулятора 14 по кабелю 2 передается на вход цифрового регистратора 1. Затем микропроцессор 16 подает напряжение питания на следующий скважинный прибор (модуль), производится его опрос с дальнейшей передачей ГТИ по кабелю на поверхность, далее процесс повторяется до последнего скважинного прибора (модуля). Таким образом, в каждый текущий момент в штатном режиме работы устройства для исследования скважин силовой источник питания 20 не может быть нагружен более чем на один скважинный прибор (модуль) 5. Применение такого режима работы центрального скважинного прибора 12 оправдано с точки зрения экономии электрической энергии, увеличения ресурса работы силового источника питания или применения менее мощных источников.
В случае выхода из строя (в том числе случайного отказа) силового источника питания, автоматически меняется программа работы микропроцессора. Микропроцессор 16 подает напряжение с выхода автономного источника питания 17 к шине питания датчиков 9 скважинных приборов (модулей) и опрашивает их (по шине информационных выходов 11) по специальной программе, а результаты опроса (измерения и контроля) заносит в память. Моменты подачи напряжения питания к датчикам каждого последующего опрашиваемого скважинного прибора (модуля) и их опроса синхронизированы во времени таким образом, что в каждый текущий момент к автономному источнику питания не могло быть подключено более одного
скважинного прибора (модуля). Применение такого режима работы также оправдано по причинам, описанным выше.
Внутренние источники питания (на фигурах не показаны) скважинных приборов (модулей) 5 предназначены для поддержания датчиков в состоянии готовности с целью повышения динамики измерений.
Микропроцессор 16, при необходимости (если автономный источник питания 17 разрядился), дает команду на его зарядку от стабилизатора 15, подключенного к силовому источнику питания 20.
Конструктивно (фигура 2) индуктивная катушка 3, спускаемая на кабеле 2, помещена в герметичную оболочку 4, которая предохраняет обмотку индуктивной катушки и электрический вывод от нее от воздействия рабочей среды (продукции) скважины.
В качестве силового источника питания 20 может быть использован, например, турбогенератор, использующий энергию потока продукции скважины, или химический источник питания.
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.