УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к геофизическим исследованиям наклонно-направленных и горизонтальных скважин в процессе бурения.
Известно устройство для исследования горизонтальных скважин в процессе бурения (патент Р.Ф. №2236583, Е 21 В 47/00, 2004), в котором доставка геофизического прибора в скважину и проведение исследований осуществляется на бурильном инструменте внутри контейнера, в качестве которого используется нижняя бурильная труба.
В данной части устройство надежно в работе и обеспечивает доставку прибора на забой скважины и извлечение на поверхность, поскольку работа осуществляется на металлических бурильных трубах. Однако, оно неприемлемо для работы с приборами индукционного каротажа, где необходима электропрозрачность контейнера. Попытки применять в качестве контейнера пластиковые трубы не обеспечивают надежность, т.к. стеклопластик плохо выдерживает динамические ударные нагрузки в процессе бурения, что может привести к аварийным ситуациям в скважине.
Известно устройство для исследования горизонтальных скважин (каталог «GEOLINK (UK) LTD», AB21 OGZ, Scotland, UK, 2002 г), взятое за прототип. В этом устройстве прибор индукционного каротажа доставляют на забой скважины в металлическом контейнере, размещенном на нижнем конце
бурильных труб перед забойным двигателем. Контейнер выполнен из цельного металлического кругляка с продольным наружным пазом для размещения прибора индукционного каротажа и продольным пушечным сверлением для прохода бурового раствора. На концах контейнера выполнена резьба для соединения с бурильным инструментом. Данное устройство обеспечивает проведение исследований, надежную доставку индукционного прибора в скважину и извлечение его на поверхность, но обладает существенными недостатками.
Основным недостатком является значительное сужение гидравлического канала по сравнению с буровым инструментом, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление и отрицательно влияет на промывку и работу забойного двигателя. С уменьшением диаметра контейнера наступает момент, когда сечение гидроканала уже нельзя больше уменьшать, и поэтому скважины с малыми диаметрами невозможно исследовать. Кроме того, контейнер сложен в изготовлении, металлоемок, т.к. приходится выполнять пушечное сверление в цельном металлическом кругляке.
Задачей настоящего изобретения является: повышение надежности работы устройства, расширение диапазона исследуемых скважин в сторону уменьшения их диаметра, повышение технологичности изготовления контейнера.
Поставленная задача решается следующим образом:
В устройстве индукционного каротажа для исследования горизонтальных скважин в процессе бурения, содержащем буровой инструмент в виде
долота, забойного двигателя и бурильных труб, контейнер с продольным внешним пазом для размещения прибора индукционного каротажа и продольным внутренним каналом для прохода бурового раствора, прибор индукционного каротажа, продольный внешний паз для размещения прибора индукционного каротажа и внутренний канал для прохода бурового раствора выполнены путем формовки стенки трубы.
Предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличия и преимущества по сравнению с прототипом:
- Выполнение продольного внешнего паза для размещения прибора индукционного каротажа и внутреннего канала для прохода бурового раствора путем формовки стенки трубы обеспечивает выполнение канала максимально возможного сечения исходя из конкретного размера прибора и контейнера при условии минимального искажения электромагнитного поля прибора.
Из сопоставления фиг.1 и фиг.2 очевидно, что площадь сечения А всегда будет меньше площади Б при одинаковых D и d. Из фиг.2 также видно, что можно еще увеличивать площадь проходного сечения Б, если выполнить форму, указанную пунктиром, но при этом прибор глубже «утапливается» в металл и происходит большее искажение магнитного поля прибора. Поэтому оптимальной является форма, получаемая при «вдавливании» прибора в трубу.
- Предложенное техническое решение позволяет расширить диапазон исследуемых скважин в сторону уменьшения диаметра, что достигается уменьшением диаметра контейнера, по сравнению с прототипом при одном и
том же поперечном сечении прибора за счет возможности сохранении необходимого сечения канала для процесса бурения и промывки.
- Предложенное техническое решение позволяет улучшить технологичность изготовления контейнера за счет того, что гораздо проще формовать контейнер из трубы, чем выполнять продольный паз и канал путем механической обработки из цельного кругляка.
По сравнению с прототипом:
- при одинаковых размерах поперечного сечения приборов и контейнеров, обеспечивает большее сечение канала для прохода бурового раствора;
- обеспечивает выполнение сечения канала для прохода бурового раствора максимально возможным для конкретных размеров сечения прибора и контейнера с минимальным искажением электромагнитного поля прибора;
- при одинаковых размерах поперечных размеров сечений приборов обеспечивает исследование скважин с меньшими диаметрами.
Конструкция предлагаемого контейнера экономична и проста в технической реализации.
Предлагаемое устройство индукционного каротажа для исследования горизонтальных скважин в процессе бурения, представленное фигурой 3, содержит: бурильную трубу 1, на нижнем замке которой закреплен контейнер 2, забойный двигатель 3 с отклонителем и долотом (на фигуре не показаны), и прибор индукционного каротажа 4, установленный во внешнем пазе контейнера 2 на амортизаторах 5.
Информация от прибора индукционного каротажа 4 на поверхность может передаваться по кабельной линии связи, по гидравлическому, электромагнитному или акустическому каналу связи.
Исследование скважин с помощью предлагаемого устройства осуществляется в следующей последовательности:
- на контейнер 2 устанавливают прибор индукционного каротажа 4 на амортизаторах 5;
- спускают в скважину на нижнем конце бурильной трубы 1 контейнер 2 с забойным двигателем 3 с отклонителем и долотом;
- начинают процесс бурения, при этом информация от прибора индукционного каротажа 4 по какому-либо из каналов связи передается на поверхность.
Полученная информация используется для оперативного управления траекторией ствола скважины в процессе бурения.
Использование предлагаемого устройства может осуществляться совместно с другими устройствами, например, с контейнером, в котором находится инклинометр. При этом контейнер с инклинометром может располагаться как впереди, так и позади предлагаемого устройства в зависимости от решаемых задач.
В результате внедрения предлагаемого устройства удалось создать металлический контейнер диаметром 90 мм, с размещенным в его продольном внешнем пазу прибором индукционного каротажа диаметром 42 мм для работы на бурильном инструменте с замками диаметром 108 мм. Возможно использование
контейнера с замками диаметром 95 мм, при этом площадь поперечного сечения канала для прохода бурового раствора контейнера, изготовленного из стальной трубы с толщиной стенки 7,5 мм оказалась приблизительно равной площади внутреннего сечения замка (054 мм) диаметром 108 мм.
2
2
Были проведены стендовые и скважинные испытания контейнера, которые проводились в Нефтекамском УБР. С учетом аварийных ситуаций, возникающих в процессе бурения, контейнер был испытан на внутреннее давление 150 кГ/см и крутящий момент 800кГм. При скважинных испытаниях на допустимые механические нагрузки, контейнер был включен в компоновку нижней части буровой колонны. В течение 24 часов осуществлялось бурение участка №1900 Байсаровской площади в интервале 1397-1470 м, с углом искривления 33-38°. При этом параметры процесса бурения составляли: осевая нагрузка на долото - до 8т, давление промывки - 80-85 кГ/см.
Испытания показали, что контейнер обеспечивает работоспособность устройства при реальных механических нагрузках, возникающих в процессе бурения скважины.
Скважинные испытания устройства индукционного каротажа совместно с инклинометрической системой ОРБИ-3 проводились на наклонно-направленной скважине №354 Чекмагушевской площади. Скважина бурилась долотом диаметром 123,8 мм. Передача информации осуществлялась по
2
кабельной линии связи по технологии «мокрый» контакт. В процессе бурения проводилось непрерывное измерение УЭС горных пород при углублении забоя в интервале 1786-1862 м. При проходке участка скважины с зенитным углом 41,4-43,8°, параметры процесса бурения составляли: осевая нагрузка на долото - до 6т, давление промывки - до 100 кГ/см, скорость проходки - от 1 до 2,5 м/час.
Скважинные испытания на горизонтальном участке проводились совместно с ОРБИ-3 на скважине №11512 Арланской площади. Скважина бурилась долотом диаметром 123,8 мм, передача информации осуществлялась по кабельной линии связи. При этом предлагаемое устройство обеспечило проведение измерений методом индукционного каротажа в течение 68 часов в процессе бурения горизонтального ствола скважины. За это время было пробурено 213 м горных пород.
Все вышесказанное подтверждает эффективность предлагаемого устройства индукционного каротажа в процессе бурения горизонтальных скважин.