КОМПЛЕКСНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначена для комплексных геофизических исследований обсаженных скважин.
Известны ядерно-геофизические методы каротажа эксплуатационных скважин для выделения за колонной потенциально продуктивных интервалов с целью вторичного вскрытия обсадной колонны: метод широкополосного импульсного нейтронного гамма-каротажа (ИНГК), метод спектрометрического импульсного нейтронного гамма-каротажа (СИНГК), которые применяются для определения минерализации пластовых вод (Кучурин Е.С., Шабиев И.Х., Глухов В.А. Современные технологии исследования эксплуатационных скважин на основе применения ядерно-геофизических методов каротажа // Современная ядерная геофизика при поисках, разведке и разработке нефтегазовых месторождений. Сб. трудов, М., ВНИИгеосистем, 2004 г., с. 48-51).
Известна аппаратура, предназначенная для определения нейтронных характеристик горных пород и оценки нефте-газонасыщенности коллекторов путем многоканальной регистрации нестационарных потоков тепловых нейтронов или гамма-квантов радиационного захвата одновременно на двух зондах в обсаженных и не обсаженных поисково-разведочных и эксплуатационных скважинах нефтегазовых месторождений (Аппаратурно-методические комплексы двухзондового ИНК ЦСП-2ИННК-43/60 (ЦСП-2ИНГК-43). Каталог ОАО НПП «ВНИИГИС» http://vniigis.com/razr_radio.shtml).
Скважинные приборы представляют собой двухмодульную цилиндрическую конструкцию с размещением в верхней части корпуса электронной схемы с детекторами, в нижней - собственно излучателя нейтронов с блоком питания. Электронная схема прибора представляет собой систему сбора информации с детекторов с разложением ее во временной спектр и систему передачи этой информации по каротажному кабелю к наземному бортовому регистратору. Основой электронной схемы служит микроконтроллер высокой производительности.
По результатам исследований указанной аппаратурой выделяют потенциально продуктивные интервалы в скважинах и производят вторичное вскрытие обсадной колонны.
Однако, вторичное вскрытие сопряжено с возможностью обводнения из-за некачественной изоляции цементного кольца за обсадной колонной. Аппаратура акустического каротажа и контроля качества цементирования ЗАС-02 (ЗАС-03) (Каталог ОАО НЛП «ВНИИГИС» (http://vniigis.com/razr_amkis.shtml) позволяет решить задачи выделения интервалов присутствия малопрочного цемента, определения объемно-контактных дефектов цементного камня и литологического расчленения разреза, выделения коллекторов и оценки их пористости.
Проведение дополнительных геофизических исследований, материалы которых могли бы дать достоверные данные о состоянии изоляции обсадной колонны от соседних водоносных горизонтов, увеличивают затраты нефтедобывающих предприятий.
Более эффективным методом является использование комплексной аппаратуры, совмещающей возможности проведения радиоактивного каротажа и прибора акустического каротажа.
Известна комплексная аппаратура для каротажа горизонтальных скважин (Устройство для каротажа горизонтальных скважин. Пат. РФ №2353955, G01V5/10, приор. 18.09.2007 г., опубл. 27.04.2009 г.).
Известное устройство содержит спускаемые в скважину автономные геофизические модули, соединенные между собой в сборку, к верхней части которой присоединено средство для соединения сборки с колонной буровых труб. Сборка содержит установленные в любой последовательности модули гамма-каротажа, трехзондового нейтрон-нейтронного каротажа, многозондового электрического бокового каротажа, волнового акустического каротажа, акустического профилемера, инклинометра. Сборка также дополнительно может содержать модуль спектрометрического гамма-каротажа и/или модуль литоплотностного гамма-гамма каротажа.
Каждый автономный геофизический модуль содержит автономный блок питания, блоки преобразования сигналов и памяти.
Набор применяемых модулей позволяет качественно решать задачу выделения коллекторов, определения пористости, проницаемости, плотности пород, вещественного состава, трещиноватости, определения водо-нефтенасыщенных коллекторов в пределах пласта с изменяющимися характеристиками, а также определения диаметра скважины и технического состояния ее ствола.
Сборка из отдельных модулей, устанавливаемых на колонне бурильных труб, позволяет решить задачи исследования скважин в процессе бурения, но конструктивно не приспособлена для спуска на каротажном кабеле в скважину с целью выделения потенциально продуктивных интервалы и для контроля технического состояния скважин на поздней стадии эксплуатации.
Известен комплексированный каротажный прибор для обсаженных скважин, содержащий модуль акустического каротажа и модуль импульсного нейтронного каротажа (WO №2012/036689, приор. 16.09.2010 г., публ. 22.03.2012 г.). С помощью сборки скважинных модулей, спускаемых в скважину на кабеле, осуществляют исследование продуктивных пластов методом импульсного нейтронного каротажа и с помощью акустического каротажа производят оценку состояния цементного камня за обсадной колонной. Каждый модуль снабжен своей электронной схемой с блоком памяти, куда заносится часть данных, полученных в процессе измерений, и подключен к общей электрической шине, с помощью которой передаются данные на поверхность по кабелю.
К недостаткам известного комплекса следует отнести большие габариты из-за соединения двух отдельных приборов, затрудняющие спуско-подъемные операции, значительные расходы на элементную базу для сборки электрических схем, отдельно для каждого зонда, наличие нескольких электрических соединений между модулями приборов, снижающих надежность передачи данных.
Задачей заявляемой комплексной геофизической аппаратуры является повышение надежности, за счет введения в конструктивную схему зонда функциональных элементов, обеспечивающих одновременную передачу в цифровой форме измеренных данных от акустических датчиков и датчиков импульсного нейтронного гамма-каротажа.
Указанная задача решается тем, что комплексная геофизическая аппаратура, включающая зонд акустического каротажа, содержащий корпус акустического изолятора с акустическими излучателями и приемником упругих колебаний, и зонд импульсного нейтронного каротажа, содержащий генератор нейтронов и индикаторы вторичного гамма-излучения, при этом в корпусе акустического изолятора также размещены разнесенные между собой по оси прибора импульсный генератор нейтронов и индикаторы вторичного гамма-излучения, а общий блок электроники содержит задающий импульсный генератор (генератор), одним выходом подключенный к делителю частоты акустических импульсов, который соединен с двумя генераторами высоковольтных импульсов, выход каждого из которых подключен к соответствующему излучателю упругих колебаний, второй выход генератора подсоединен к входу делителя частоты импульсов генератора нейтронов, выход которого подсоединен к входу генератора высоковольтных импульсов, выход которого связан с импульсным генератором нейтронов, третий выход генератора соединен с входом блока оцифровки информационных сигналов и с входами селективного усилителя и программно-управляемого усилителя, выходы которых соединены с блоком оцифровки информационных сигналов, передающим данные по каротажному кабелю на поверхность, кроме того, выход приемника упругих колебаний подсоединен к входу селективного усилителя, а выходы индикаторов вторичного гамма-излучения подключены к программно-управляемому усилителю.
На фиг. 1 представлена компоновка комплексной геофизической аппаратуры.
На фиг. 2 дана функциональная блок-схема аппаратуры. Комплексная аппаратура выполнена из сочлененных между собой блока электроники 1 и зондовой части 2, выполненной в виде акустического изолятора (фиг. 1). Корпус акустического изолятора 2 может представлять собой чередующиеся элементы из материалов с различной акустической жесткостью, выполненными в виде металлических полуцилиндров с внутренними пазами и шайбами между ними, и защитную оболочку, которая обеспечивает герметичность внутренней полости акустического изолятора от воздействия жидкости и газа, заполняющих скважину, и гарантирует стабильность акустических характеристик всего изолятора в целом (авт. свид. СССР №1045188, приор. 12.02.1982 г, опубл. 30.09.1983 г.).
В корпусе зондовой части 2 установлены акустические излучатели 3 и 4, разнесенные на 0,25 м, и приемник упругих колебаний 5, расположенный от ближнего излучателя 4 на расстоянии 1,5 м. Внутри зондовой части 2 располагаются импульсный генератор нейтронов 6 и индикаторы вторичного гамма-излучения 7 и 8, разнесенные между собой на 0,4 м и находящиеся от импульсного генератора нейтронов 6 на расстоянии, соответственно: 0,6 м - ближний индикатор гамма-излучения 7 и на расстоянии 1,0 м - дальний индикатор гамма-излучения 8. Индикатор гамма-излучения 8 совмещен на корпусе изолятора 2 с акустическим излучателем 3, а индикатор гамма-излучения 7 находится на корпусе акустического изолятора 2 на расстоянии 0,15 м от акустического излучателя 4.
Общая длина зондовой части 2 прибора составляет 2,05 м, а длина блока электроники -1,5 м.
Функциональная блок-схема прибора (фиг. 2) состоит из задающего импульсного генератора 9 (генератор), первым выходом подключенного к делителю частоты акустических импульсов 10, который соединен с двумя генераторами высоковольтных импульсов 11 и 12, выход каждого из которых подключен к соответствующему излучателю упругих колебаний 3 и 4 (акустический излучатель).
Второй выход генератора 9 подключен к входу делителя частоты импульсов генератора нейтронов 13, выход которого подсоединен к генератору высоковольтных импульсов 14, выход которого соединен с импульсным генератором нейтронов 6 (ИГН).
Выход приемника упругих колебаний 5 подсоединен к входу селективного усилителя 15, а выходы индикаторов гамма-излучения 7 и 8 подключены к программно-управляемому усилителю 16.
Третий выход генератора 9 подключен на входы селективного усилителя 15, программно-управляемого усилителя 16 и на вход блока оцифровки информационных сигналов 17.
Выход селективного усилителя 15 и выход программно-управляемого усилителя 16 подключены к блоку оцифровки информационных сигналов 17, выход которого соединен с каротажным кабелем 18.
Работает аппаратура следующим образом.
Акустические излучатели 3, 4 и приемник упругих колебаний 5, управляемые представленной функциональной схемой, выполняют функцию прибора акустического контроля цементирования скважин.
Импульсный генератор нейтронов 6 и два индикатора вторичного гамма-излучения 7 и 8, управляемые представленной функциональной схемой, выполняют функцию прибора широкополосного импульсного нейтронного гамма-каротажа (ИНГК), либо функцию прибора спектрометрического импульсного нейтронного гамма-каротажа (СИНГК).
В процессе акустического контроля цементирования скважин синхронизирующие импульсы с генератора 9 с частотой 50 Гц поступают на блок делителя частоты акустических импульсов 10, с которого с частотой 25 Гц попеременно поступают на генераторы высоковольтных импульсов 11 и 12, которые поочередно возбуждают акустические излучатели 3 и 4.
Упругие колебания от излучателей 3 и 4, пройдя через обсадную колонну и цементный камень, поступают на приемник упругих колебаний 5, а от него - на вход селективного усилителя 15, оборудованного схемой для временной селекции по выделению амплитуды продольной волны, где осуществляется временная селекция продольной волны и ее последующее усиление, после чего сигнал поступает на блок оцифровки 17.
В процессе выполнения прибором функции выделения в горной породе за колонной нефтенасыщенных интервалов, синхронизирующие импульсы с генератора 9 поступают на блок делителя частоты импульсов генератора нейтронов 13, выход которого подсоединен к входу генератора высоковольтных импульсов 14, высоковольтные импульсы которого с частотой 12,5 Гц возбуждают импульсный генератор нейтронов 6 (ИГН). Импульсы нейтронов, пройдя через колонну, цементное кольцо и горную породу претерпевают захват ядрами хлора, углерода и кислорода, сопровождаемый излучением вторичного гамма-излучения, которое принимается индикаторами вторичного гамма-излучения 7 и 8.
При регистрации интенсивности вторичного гамма-излучения атомов хлора, прибор по алгоритму программно-управляемого усилителя 16 выполняет функцию широкополосного импульсного генератора нейтронов (ИНГК), а в случае регистрации интенсивности вторичного гамма-излучения атомов углерода и кислорода, прибор выполняет функцию спектрометрического импульсного генератора нейтронов (СИНГК).
Сигнал, пропорциональный интенсивности вторичного гамма-излучения, с индикаторов 7 и 8 поступает на разные входы программно-управляемого усилителя 16, где обрабатывается по соответствующему алгоритму и поступает на блок оцифровки информационных сигналов 17.
Работой селективного усилителя 15, программно-управляемого усилителя 16 и блока оцифровки 17 управляет задающий импульсный генератор 9.
Привязка данных к геологическому разрезу происходит по каналу гамма-каротажа (ГК), в качестве которого используют датчики гамма-излучения 7 и 8, которые регистрируют естественный фон гамма-излучения при спуске прибора в скважину до нужного продуктивного пласта. Для этого по команде с поверхности отключают генератор 9, который не активизирует цепочку блоков для возбуждения импульсного генератора нейтронов 6. В этом случае индикаторы гамма-излучения 7 и 8 будут выполнять роль детектора муфтовых соединений колонны.
Компоновка комплексного прибора построена и функционирует по принципу максимальной унификации работы основных элементов, что позволяет сократить ее габариты и снизить себестоимость изготовления прибора и соответственно, повысить рентабельность его эксплуатации.