АКУСТИЧЕСКИЙ ВЛАГОМЕР НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
ACOUSTIC MOISTURE METER FOR INCLINED AND HORIZONTAL WELLS

Изобретение относится к области геофизики, в частности к аппаратуре для геофизических и гидродинамических исследований скважин в нефтяной промышленности при исследовании действующих скважин.
Известен влагомер, выполненный в виде проточного конденсатора, одной обкладкой которого служит центральный изолированный стержень, а другой - корпус измерительного канала, куда с помощью пакерующего устройства направляется исследуемый поток скважинной жидкости. (Габдуллин Т.Г. "Оперативное исследование скважин", М.: Недра, 1981 г., стр. 111-116).
Устройство отличается простотой конструкции. Основным недостатком этого влагомера является сложность обеспечения абсолютной пакеровки и нарушение динамики потока многокомпонентной жидкости (нефть, газ, вода).
Известен комплексный скважинный прибор «АГАТ-К9» (научно-технический вестник АИС «Каротажник», Тверь, 2005 г., № 10-11, с. 122-125), спускаемый в скважину на каротажном кабеле, состоящий из нескольких модулей, базовый модуль которого содержит датчик состава скважинного флюида.
Известно устройство контроля за разработкой и эксплуатацией газовой скважины (РФ, 2230903 Е21В 47/00), которое содержит корпус цилиндрической формы, сверху которого находится узел стыковки с каротажным кабелем. В самом корпусе установлены датчики параметров скважинного флюида, а также датчик влажности скважинного флюида и электронные платы, на корпусе установлен центратор, центрирующий само устройство по оси скважины.
Недостатком известных приборов является невозможность обнаружения степени гравитационного расслоения скважинного флюида в горизонтальных и сильнонаклонных скважинах, вследствие наличия в этих приборах только одного датчика влажности, расположенного по центру прибора., а также низкая надежность и точность измерения искомого параметра, поскольку скорость зондирующих импульсов в скважинной среде зависит от плотности и состава скважинной среды и вносит свои погрешности в измеряемые параметры.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и точности определения влагосодержания скважинного флюида и обеспечение работы устройства и наклонных и горизонтальных скважинах.
Поставленная задача решается следующим образом.
В акустическом влагомере наклонных и горизонтальных скважин, содержащем полый цилиндрический корпус с акустическим преобразователем, связанным с электронной схемой контроля и обработки, согласно изобретению, цилиндрический корпус по продольной оси разделен на n равных секторов, электрически изолированных друг от друга радиальными перегородками, и оснащен 2n акустическими преобразователями, попарно установленными внутри каждого из секторов в противоположных торцах корпуса напротив друг друга и связанными каждый с электронной схемой контроля и обработки.
Преимущества по сравнению с известными устройствами:
- наличие 2n акустических преобразователей, попарно установленных внутри каждого из n-секторов в противоположных торцах корпуса напротив друг друга и связанных каждый с электронной схемой контроля и обработки, позволяет применить компенсационный метод контроля параметра влагосодержания скважинной жидкости, основанный на измерении времени распространения зондирующих импульсов в скважинной среде независимо их скоростей пробега. Поскольку время распространения каждого из зондирующих импульсов не зависит от амплитуды самого импульса, измеренный компенсационный параметр времени в данном случае не будет зависеть от сложности состава скважинной среды (смеси нефти, воды или иных твердых и жидких примесей), чем и обеспечивается точность измеряемого параметра влажности,
- наличие радиальных перегородок, разделяющих корпус по продольной оси на n- секторов, электрически изолированных друг от друга, исключает взаимное влияние зондирующих импульсов преобразователей одного сектора на зондирующие импульсы преобразователей соседних секторов, что обеспечивает надежность и точность измеряемого параметра (времени пробега зондирующих импульсов между акустическими преобразователями в каждом из секторов),
- наличие в конструкции 2n акустических преобразователей, попарно размещенных в каждом из секторов, обеспечивает в процессе спускоподъемной операции возможность зондирования скважинной области одновременно во всех радиальных направлениях окружности корпуса, что увеличивает радиус эффективного воздействия на исследуемую зону скважины за счет увеличения акустической мощности устройства, то есть обеспечивает возможность применения предложенного акустического влагомера в наклонных и горизонтальных скважинах, поскольку реализуемый компенсационный метод контроля параметра влагосодержания скважинной жидкости не зависит от степени наклона скважины.
На фиг. 1 показан вариант конструкции предложенного акустического влагомера. На фиг. 2 показана схема взаимодействия акустических преобразователе в корпусе.
Акустический влагомер наклонных и горизонтальных скважин (далее - прибор) содержит цилиндрический корпус 1, разделенный по продольной оси изолирующими перегородками 2 на равные секторы 3 по окружности корпуса 1. На противоположных торцах корпуса 1 внутри каждого из секторов 3 установлены акустические преобразователи 4 - первого ряда и акустические преобразователи 5 - второго ряда, излучатели которых направлены навстречу друг другу.
В описываемом варианте конструкции (фиг. 1) корпус 1 прибора разделен на шесть секторов 3 (n=6). В секторах 3 установлены двенадцать акустических преобразователей соответственно (2n=12) - шесть акустических преобразователей 4 первого ряда и установленные напротив них шесть акустических преобразователей 5 второго ряда, каждый из которых электрически связан с электронной схемой контроля и обработки (на фигуре не показано).
Таким образом, прибор представляет собой систему из двенадцати акустических преобразователей 4 и 5 первого и второго ряда соответственно (фиг. 2), расположенных попарно напротив друг друга в каждом из секторов 3 на торцах по окружности корпуса 1.
Работа прибора осуществляется следующим образом.
В процессе спускоподъемной операции в приборе в каждом из секторов 3 акустический преобразователь 4 первого ряда посылает зондирующий импульс к акустическому преобразователю 5 второго ряда. Как только импульс акустического преобразователя 4 первого ряда достигает акустического преобразователя 5 второго ряда, последний с задержкой, равной времени пробега импульса от преобразователя 4 первого ряда излучает встречный зондирующий импульс. Информация о времени пробега каждого из импульсов каждой пары поступает на электронную схему обработки и контроля для сопоставления и необходимых вычислений искомого параметра влажности.
В результате, в процессе измерений времени пробега акустических сигналов в каждом секторе в направлении движения прибора и в противоположном, образуется система уравнений:
11
k
12
k
13
k
14
k
15
k
16
k
(Т+t), (Т+t), (Т+t), (Т+t), (Т+t), (Т+t) - измеренное время пробега зондирующего импульса по ходу движения прибора,
21
k
22
k
23
k
24
k
25
k
26
k
(T-t), (Т-t), (Т-t), (Т-t), (Т-t), (Т-t) - измеренное время пробега зондирующего импульса против направления движения прибора, где:
11
12
13
14
15
16
Т, Т, Т, Т, Т, Т, - время пробега зондирующего импульса от преобразователей 4 первого ряда до соответствующих преобразователей 5 в своем секторе во втором ряду;
k
t - время прохождения прибора при проведении каротажа;
21
22
23
24
25
26
Т, Т, Т, Т, Т, Т, - время пробега зондирующего импульса от преобразователей 5 второго ряда до соответствующих преобразователей 4 в первом ряду;
k
t - время прохождения прибора при проведении каротажа. Тогда время пробега по жидкости в каждом секторе 3 будет определяться по формуле:
ж1
11
k
21
k
11
21
Т={(Т+t)+(Т-t)}/2=(Т+Т)/2
ж2
12
k
22
k
12
22
Т={(Т+t)+(Т-t)}/2=(Т+Т)/2
ж3
13
k
23
k
13
23
Т={(T+t)+(Т-t)}/2=(Т+Т)/2
ж4
14
k
24
k
14
24
Т={(Т+t)+(Т-t)}/2=(Т+Т)/2
ж5
15
k
25
k
15
25
Т={(Т+t)+(Т-t)}/2=(Т+Т)/2
ж6
16
k
26
k
16
26
Т={(Т+t)+(Т-t)}/2=(Т+Т)/2
ж1
ж2
ж3
ж4
ж5
ж6
Так как за один цикл регистрируется шесть значений (по числу секторов) Т, Т, Т Т Т Т, соответственно скорости пробега зондирующих импульсов будут определяться как:
1
ж1
2
ж2
3
ж3
4
ж4
5
ж5
6
ж6
V=S/T; V=S/Т; V=S/Т; V=S/Т; V=S/T; V=S/Т,
где S - расстояние между акустическими преобразователями 4 и 5 (торцами корпуса).
в
н
в
i
Известно, что скорость звука в воде равна V=1403 м/сек, в нефти V=1225 м/сек, тогда по соотношению полученных значений V и измеренных V данных в каждом секторе можно определить влажность нефти Q:
i
i
в
Q=(V/V)/100,
i
где V - измеренная скорость пробега акустического импульса в каждом из секторов 3 корпуса 1,
в
V - скорость звука в воде,
н
V - скорость звука в нефти.
Таким образом производится компенсация фиксируемого времени пробега зондирующих импульсов от влияния скорости каротажа, чем обеспечивается повышение точности определения состава скважинной жидкости.
При этом, поскольку измерение времени пробега зондирующих импульсов осуществляется преобразователями одновременно каждого из секторов, увеличивается радиус эффективного воздействия скважинного акустического преобразователя на исследуемую зону скважины за счет увеличения акустической мощности прибора, что обеспечивает работу предложенного прибора как в вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах.
Предложенная конструкция акустического влагомера наклонных и горизонтальных скважин отличается простотой и надежностью, в технической реализации не требует применения специальных материалов и оборудования.