СКВАЖИННАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
WELL SURVEYING APPARATUS

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах (ГИС) и может быть использовано при проведении исследований в сильно искривленных и горизонтальных скважинах. В таких скважинах приборы на нужную глубину спускаются на колонне труб, поэтому изначально присоединить к ним геофизический кабель для связи с поверхностью не представляется возможным. Поэтому соединение кабеля с прибором осуществляют после спуска приборов на нужную глубину. Основная задача при этом состоит в осуществлении информационного обмена между наземной аппаратурой и скважинными приборами, подсоединяемыми в известных устройствах к кабелю посредством кабельного разъема.
В известных устройствах в качестве стандарта принята конструкция разъема, называемая «мокрым соединением» или «мокрым разъемом». На верхнем приборе зонда перед его спуском в скважину монтируется штырь по меньшей мере с одним электрическим контактом. Для предохранения от загрязнения и коррозии применяют смазки и различного рода колпачки. На кабельный наконечник геофизического кабеля при этом закрепляют специальную муфту с глухим отверстием, в котором расположен по меньшей мере один ответный электрический контакт. Отверстие заполняют смазкой и закрывают подвижной пробкой. После достижения зондом требуемой глубины внутри колонны труб спускают кабельный наконечник с муфтой. В идеале муфта надевается на штырь, при этом колпачки и пробки сдвигаются, смазка вытесняется и устанавливается электрическое соединение. В реальности же электрическое соединение может произойти далеко не с первой попытки или не произойти совсем. Причин для этого может быть несколько:
1. Конфигурация ствола скважины, при которой кабельный наконечник ложится на стенку трубы и не может налезть муфтой на конус.
2. Неподходящая консистенция бурового раствора, выпадение из него осадка.
3. Недостаточный опыт оператора каротажного подъемника, так как от него требуется соблюсти баланс при разгоне муфты между полным надеванием на штырь и поломкой штыря при чрезмерной на него нагрузке.
4. При несовпадении нескольких контактов аппаратура либо не заработает, либо у нее выгорят входные цепи из-за попадания питающего напряжения на информационные входы.
5. При попадании бурового раствора в зазор между штырем и муфтой возможно образование проводящих мостиков и выгорание межконтактных изоляторов или «дребезг» при передаче информации.
Известен кабельный разъем для работы в проводящей среде, состоящий из штыревой и гнездовой частей с узлами фиксации (Шустерман и др., 2004). Узел фиксации расположен в штыревой части разъема и включает подпружиненную втулку, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра корпуса гнездовой части, и фиксирующие элементы, стянутые упругим кольцом и закрепленные в обойме, которая поджимается пружиной к внутреннему уступу корпуса штыревой части. Штыревая часть дополнительно содержит поворотную заслонку и связанный с ней рычаг, насаженный на ось. Основным недостатком данного устройства является его сложность, вытекающая из необходимости введения дополнительных механических узлов, препятствующих попаданию загрязнений гнездовой части кабельного разъема.
Наиболее близким прототипом к изобретению является скважинная сейсмическая аппаратура, в которой вместо штыря и гнезда используют кольцевое электрическое «мокрое» соединение (Хопманн и др., 2007). В этой аппаратуре имеется одно или более круговое проводящее кольцо, охватывающих снаружи охватываемый элемент и расположенных внутри охватывающего компонента. Надежность контакта обеспечивается при этом без необходимости какой-либо вращательной ориентации. Выступающие элементы (штыри), которые могут быть отломаны при спуске в скважину, где производится соединение, не используются, а вместо них имеются цилиндрические совмещаемые контактные поверхности для обеспечения более надежного соединения. Недостатком данной аппаратуры является ее сложность, вытекающая из необходимости при помощи соответствующих механических узлов обеспечивать исключение загрязнения контактов, свойственного любому типу «мокрого соединения».
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей скважинной геофизической аппаратуры, а также повышение надежности передачи информации из скважины на земную поверхность.
Поставленная цель достигается тем, что в скважинной геофизической аппаратуре, содержащей геофизический кабель с кабельным наконечником и герметичный корпус с находящимися внутри него датчиками, регистрирующими параметры геофизического поля, в герметичный корпус и в кабельный наконечник дополнительно введены модули радиосвязи, а верхняя часть герметичного корпуса и нижняя часть кабельного наконечника выполнены в виде радиопрозрачных окончаний с возможностью информационного обмена между модулями радиосвязи. В одном из воплощений скважинной геофизической аппаратуры в герметичном корпусе содержится источник питания, обеспечивающий ее автономную работу и информационный обмен с земной поверхностью через кабель.
На рис.1 схематически показана предлагаемая скважинная геофизическая аппаратура. Цифрами на рисунке показаны: геофизический кабель 1; кабельный наконечник 2; модуль радиосвязи 3, расположенный в кабельном наконечнике; радиопрозрачное окончание 4 кабельного наконечника; защитный кожух 5 кабельного наконечника; колонна труб 6; окна для промывки 7, расположенные в колонне труб; радиопрозрачное окончание 4 скважинного прибора; модуль радиосвязи 9, расположенный в скважинном приборе; переходная втулка 10; скважина 11, в которой расположен герметичный корпус 12 скважинного прибора с находящимися внутри него датчиками, регистрирующими параметры геофизического поля. В качестве таких датчиков могут быть сейсмоприемники, расположенные в виде трехкомпонентной расстановки.
Устройство работает следующим образом.
При достижении концом колонны труб 6 требуемой глубины исследований в скважине 11 внутрь колонны 6 погружают кабель 1 с кабельным наконечником 2, содержащим модуль радиосвязи, сигнал от которого может беспрепятственно излучаться в ближнюю зону через радиопрозрачное окончание 4, содержащееся в герметичном защитном кожухе 5. Скважинный прибор, прикрепленный к концу колонны труб 6 посредством переходной втулки 10, в верхней своей части имеет радиопрозрачное окончание 8, а также модуль радиосвязи 9, аналогичный модулю 3, расположенному в кабельном наконечнике. Наличие этих двух модулей радиосвязи, информационный обмен между которыми осуществляется благодаря наличию радиопрозрачных окончаний 4 и 8, позволяет считывать информацию, регистрируемую датчиками геофизического поля, расположенными в герметичном корпусе 12. Благодаря тому, что информационный обмен происходит в предлагаемом устройстве при сохранении герметичности кабельного наконечника и геофизического прибора, не возникает никакой необходимости в использовании сложных устройств, исключающих загрязнение контактов в случае «мокрого соединения». Тем самым обеспечивается повышение надежности аппаратуры и достигается ее универсальность, поскольку в случае сильно искривленных и горизонтальных скважин не требуется обеспечивать соосность кабельного наконечника и скважинного прибора, столь критичную при «мокром соединении». В связи с тем, что в предлагаемой аппаратуре по существу предполагается автономность скважинного геофизического прибора, то в него предлагается помещать источник питания, хотя возможны и другие способы питания узлов, расположенных внутри прибора.
Работоспособность модулей радиосвязи, расположенных внутри герметичных корпусов с радиопрозрачными окончаниями, успешно проверена заявителями в условиях проводящей жидкой среды, соленость которой была приближена к условиям измерений в реальных скважинах. Применение предлагаемой аппаратуры позволит упростить технологию промыслово-геофизических исследований, использующих регистрацию различных геофизических параметров. Наиболее ощутимый эффект ожидается от ее внедрения в случае использования автономных скважинных приборов самого различного назначения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Хопман Д.А., Гоинг III У.С., Стоеш К.У., Мендес Л.Э. Кольцевое электрическое «мокрое»соединение. - Патент РФ №2435928 от 22.08.2007.
2. Шустерман В.Я., Шумилов А.В., Савич А.Д., Попов Л.Н. Кабельный разъем для работы в проводящей среде. - Патент РФ №2282289 от 13.04.2004.