УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОФАЗНОГО ЗАМЕРА ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФЛЮИДА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR STEPWISE MEASUREMENT OF FLUID PHYSICAL PARAMETERS IN HORIZONTAL WELL

Изобретение относится к области горного дела, в частности к измерению и регистрации физических параметров флюида в условно-горизонтальных скважинах и может быть использовано при проведения геофизических исследований.
Известно устройство для измерения внутрискважинных параметров, содержащее одно или несколько посадочных гнезд со съемным глубинным прибором. Посадочное гнездо выполнено в виде овальной скважинной камеры, имеющей эксцентричный карман с посадочными поверхностями под уплотнительные элементы и одним или несколькими гидравлическими каналами, сообщающими полости кармана с затрубным и/или трубным пространствами скважины. Глубинный прибор выполнен в виде полого корпуса с гидравлическими каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором. Внутри корпуса расположена измерительная система без или с демпфером. Глубинный прибор установлен в эксцентричный карман скважинной камеры с возможностью сообщения затрубного и/или трубного пространства через гидравлические каналы с измерительной системой для регистрации физических параметров среды в затрубном и/или трубном пространстве скважины и/или рабочих параметров насосной установки (Патент RU №2249108 С1. Устройство для измерения внутрискважинных параметров. - МПК E21B 47/00. - 27.03.2005).
Известен блок датчиков скважинной геофизической аппаратуры, выполненной с двумя окнами и стыковочным узлом, с установленными в нем датчиком измерения давления, окно с датчиком индикации содержания воды в нефти (влагомером) и датчиком термоиндикации притока, перегородка с индукционным датчиком измерения удельной электрической проводимости жидкости или без него, окно с датчиком измерения температуры (Патент RU №2304713 C2. Блок датчиков скважинной геофизической аппаратуры. - МПК E21B 47/00, G01V 13/00. - 20.08.2007).
Известна система с расходомером и влагомером, содержащая корпус, влагомер, расходомер и блок электроники, соединенный с герметичным токовводом и датчиками влагомера и расходомера. Система снабжена проточной цилиндрической муфтой, соединенной с корпусом и выполненной с возможностью сопряжения с насосно-компрес-сорными трубами. В муфте расположен герметичный токоввод, выполненный с возможностью соединения с геофизическим кабелем, и, по крайней мере, один датчик давления и температуры жидкости, измерительная часть которых соединена с внешней поверхностью муфты (Патент RU №2443860 C1. Термоманометрическая система с расходомером и влагомером. - МПК E21B 47/00, E21B 17/02. - 27.02.2012).
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является скважинный прибор, содержащий составной корпус, в герметичной полости которого последовательно установлены датчики локатора муфт, гамма-каротажа и давления, причем чувствительная мембрана датчика давления контактирует с окружающей средой через гидропроводной канал, а в негерметичных полостях - датчики температуры, влагомера, термокондуктивного расходомера и резистивиметра, причем датчики температуры и влагомера расположены в одном месте и смещены относительно продольной оси прибора на равные расстояния. В корпусе в месте установки датчиков температуры и влагомера выполнены две пары взаимоперпендикулярных и разных по ширине сквозных окон, снабженных поперечными перемычками. Прибор снабжен дополнительным модулем расходомера, который оснащен центратором и установлен над основным модулем (Патент RU №2292571 C1. Комплексный скважинный прибор. - МПК G01V 5/12. - 27.01.2007). Данное устройство принято за прототип.
Недостатком известных устройств является ограниченность их применения, так как все они предназначены для исследования флюида в вертикальных скважинах, спускаемые на электрическом кабеле, и не могут быть использованы для пофазного замера флюида в условно-горизонтальных скважинах.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности регистрации границ раздела фаз скважинного флюида и определение скорости течения каждой отдельной фазы в условно-горизонтальных скважинах.
Техническим результатом от использования указанного изобретения является возможность регистрации границ раздела фаз скважинного флюида и скорости течения каждой отдельной фазы в условно-горизонтальных скважинах.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине, содержащем корпус, в котором установлен блок датчиков давления, температуры, влагомера и дебитомера, блок электроники, соединенный, с одной стороны, геофизическим кабелем с наземной станцией управления и, с другой стороны, с указанными датчиками, стыковочный узел с головкой кабельного разъема и центратор, согласно предложенному техническому решению
на корпусе с помощью рычажного механизма закреплен контрольно-измерительный модуль, включающий инклинометр и дополнительные датчики, по крайней мере, влагомера и дебитомера, связанные соединительным кабелем с блоком электроники, с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вектора гравитации между обсадной трубой и корпусом, расположенным в нижней части профиля обсадной трубы посредством центратора и стыковочного узла, выполненного с приводом поворота корпуса с контрольно-измерительным модулем на угол смещения их от вектора гравитации, заданный инклинометром через блок электроники;
рычажный механизм выполнен в виде раздвижного шарнирного параллелограмма, нижние концы звеньев которого соединены с корпусом, а верхние концы соединены между собой контрольно-измерительным модулем, при этом верхний конец ведущего звена посредством шатуна соединен с ползуном, содержащим гайку с кинематической резьбой и выполняющим возвратно-поступательные перемещения путем взаимодействия с ходовым винтом, соединенным с валом реверсивного электропривода, причем один из нижних концов звеньев параллелограмма снабжен датчиком угла поворота звена относительно шарнира;
рычажный механизм выполнен в виде раздвижного шарнирного параллелограмма, нижние концы звеньев которого соединены с корпусом, а верхние концы соединены между собой перемычкой, к последней консолью присоединен контрольно-измерительный модуль, при этом верхний конец ведущего звена посредством шатуна соединен с ползуном, содержащим гайку с кинематической резьбой и выполняющим возвратно-поступательные перемещения путем взаимодействия с ходовым винтом, соединенным с валом реверсивного электропривода, причем один из нижних концов звеньев параллелограмма снабжен датчиком угла поворота звена относительно шарнира;
стыковочный узел выполнен с возможностью соединения его с транспортным средством доставки устройства в зону пофазного замера физических параметров скважинного флюида.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного устройства для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии и использовано для геофизических исследований скважин в нефтегазодобывающей промышленности. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг.1 схематично представлено предлагаемое устройство для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине с раздвижным шарнирным параллелограммом рычажного механизма, верхние концы рычагов которого соединены перемычкой, оснащенной контрольно-измерительным модулем; на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг.3 - то же, с раздвижным шарнирным параллелограммом рычажного механизма, верхние концы рычагов которого соединены перемычкой с контрольно-измерительным модулем на консоли.
Устройство для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине содержит составной корпус 1, в котором установлен блок 2 датчиков давления, температуры, влагомера и дебитомера, контрольно-измерительный модуль 3, включающий инклинометр 4 и дополнительные датчики, по меньшей мере, влагомера и дебитомера, блок электроники 5, соединенный, с одной стороны, геофизическим кабелем 6 с наземной станцией управления (условно не показана) и, с другой стороны, соединительным кабелем 7 с указанными датчиками и инклинометром 4, стыковочный узел 8 с головкой кабельного разъема и центратор 9. Контрольно-измерительный модуль 3 закреплен на корпусе 1 рычажным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вектора гравитации Земли между обсадной трубой 10 условно-горизонтальной скважины и корпусом 1, расположенным в нижней части профиля обсадной трубы 10, посредством центратора 9 и стыковочного узла 8, выполненного с приводом поворота 11 корпуса 1 с контрольно-измерительным модулем 3 на угол смещения их от вектора гравитации Земли, заданный инклинометром 4 через блок электроники 5 либо от наземной станции управления или автоматически от блока электроники 5. (Фиг.1). Нижние концы ведущего звена 12 и ведомого звена 13 параллелограмма соединены с корпусом 1, причем один из нижних концов звеньев параллелограмма, например ведущего звена 12, снабжен датчиком 14 угла поворота звена 12 относительно шарнира, а верхние концы звеньев соединены между собой контрольно-измерительным модулем 3. Верхний конец ведущего звена 12 параллелограмма шарнирно соединен шатуном 15 с ползуном 16, содержащим гайку с кинематической резьбой и совершающим возвратно-поступательные перемещения за счет вращения ходового винта 17, соединенного с валом реверсивного электропривода 18. Стыковочный узел 8 выполнен с возможностью присоединения к транспортному средству 19 доставки устройства в зону пофазного замера физических параметров флюида условно-горизонтальной скважины. Торец корпуса 1, противоположный стыковочному узлу 8, зафиксирован в обсадной трубе 10 условно-горизонтальной скважины посредством центратора 9. (Фиг.2). Рычажный механизм может быть выполнен в виде раздвижного шарнирного параллелограмма, нижние концы ведущего звена 12 и ведомого звена 13 которого соединены с корпусом 1, причем один из нижних концов звеньев параллелограмма, например, ведущего звена 12, снабжен датчиком 14 угла поворота звена 12 относительно шарнира, а верхние концы звеньев соединены между собой перемычкой 20, к последней консолью присоединен контрольно-измерительный модуль 3. Верхний конец ведущего звена 12 шарнирно соединен шатуном 15 с ползуном 16, содержащим гайку с кинематической резьбой и совершающим возвратно-поступательные перемещения за счет вращения ходового винта 17, соединенного с валом реверсивного электропривода 18.(Фиг.3).
Предложенное устройство для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине работает следующим образом.
i
i
i
i
На поверхности скважины предложенное устройство для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине с примкнутым к корпусу 1 контрольно-измерительным модулем 3, присоединяют стыковочным узлом 8 с головкой кабельного разъема к транспортному средству 19 и в сборе спускают в скважину с помощью лебедки и геофизического кабеля 6. Спуск в скважину осуществляют сначала под действием усилий собственного веса транспортного средства 19 и устройства для пофазного замера физических параметров флюида в сборе до поворота в условно-горизонтальный участок скважины, на котором через геофизический кабель 6 включают электропитание транспортному средству 19, последним перемещают устройство для пофазного замера физических параметров флюида в заданный участок условно-горизонтальной скважины. После этого отключают электропитание транспортного средства 19 и устройство для пофазного замера физических параметров флюида через соединительные кабели 7 подключают к наземной станции управления с системой обработки телеметрической информации. Инклинометром 4 измеряют угол наклона корпуса 1 относительно гравитационного поля Земли, на который с наземной станции управления или автоматически от блока электроники 5 поворачивают стыковочный узел 8 в полости обсадной трубы 10 относительно транспортного средства 19 с помощью привода поворота 11 устройства для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине вокруг оси обсадной трубы 10 и устанавливают рычажным механизмом вдоль вектора силы гравитации скважинного флюида. При этом корпус 1 с помощью стыковочного узла 8 и центратора 9 располагается в нижней части профиля обсадной трубы 10, а скважинные флюиды омывают и воздействуют на измерительные датчики давления, температуры, влагомера и дебитомера блока датчиков 2 и контрольно-измерительного модуля 3, последние, в свою очередь, получают информацию о соответствующем параметре среды, преобразуют в электрический сигнал и передают этот сигнал в блок электроники 5. Датчиком измерения давления передается информация о давлении в скважине, датчиком измерения температуры - о температуре в скважине, датчиком влагомера - о процентном содержании воды в добываемой среде и датчиком дебитомера - о скорости потока среды в скважине. В блоке электроники 5 сигналы преобразуются в физические величины измеряемых параметров среды и одновременно информация передается в наземную станцию управления в виде величин параметров скважинного флюида. По команде оператора по геофизическому кабелю 6 передаются сигналы управления возвратно-поступательным перемещением контрольно-измерительного модуля 3 между обсадной трубой 10 и корпусом 1 вдоль вектора силы гравитации скважинного флюида. Для этого вращением ходового винта 17, передаваемым через вал реверсивного электропривода 18, посредством гайки с кинематической резьбой ползуну 16 сообщают возвратно-поступательные перемещения, которые передаются шатуну 15, последний поворачивает верхний конец ведущего звена 12 параллелограмма рычажного механизма вокруг оси шарнира, соединяющего звено 12 с корпусом 1, который снабжен датчиком 14 угла α поворота ведущего звена 12 относительно шарнира. Одновременно ведущее звено 12 посредством контрольно-измерительного модуля 3 или перемычки 20 с контрольно-измерительным модулем 3 на консоли, соединяющие верхние концы звеньев параллелограмма рычажного механизма, поворачивает ведомое звено 13 относительно шарнира, выполненного на корпусе 1, изменяя угол α наклона звеньев 12 и 13 параллелограмма рычажного механизма, тем самым сообщают контрольно-измерительному модулю 3 возвратно-поступательные перемещения между обсадной трубой 10 и корпусом 1 на величину h=l·Cos α, где l - длина ведущего звена 12. Таким образом, сканируя полость обсадной трубы 10, скважинные флюиды пофазно омывают и воздействуют на измерительные датчики контрольно-измерительного модуля 3, последние, в свою очередь, получают информацию о соответствующем параметре среды, преобразуют в электрический сигнал и передают этот сигнал по соединительному кабелю 6 в блок электроники 5, в последнем сигналы преобразуются в физические величины и одновременно информация передается на наземную станцию управления в виде параметров скважинного флюида. При перепаде величин физических параметров скважинного флюида, по крайней мере, процентного содержания воды и скорости потока при переходе датчиков контрольно-измерительного модуля 3 регистрируют переход одной фазы скважинного флюида в другую, что позволяет определять границы раздела фаз флюида в горизонтальной скважине, тем самым более точно прогнозировать дебит горизонтальной скважины.
Предложенное устройство для пофазного замера физических параметров флюида в горизонтальной скважине обеспечивает возможность регистрации границ раздела фаз скважинного флюида, физических параметров и скорости течения каждой фазы в отдельности. Комплекс полученной информации является оптимальным для определения физических параметров флюида в горизонтальной скважине.