БЛОКИРУЮЩИЙ СЕЙСМОГРАФ С ДВОЙНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ
BLOCKING SEISMOGRAPH WITH DOUBLE CORE

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001]
Настоящие изобретение относится к сейсмографам, используемым в разведке и добыче нефти и газа, и, более конкретно, к сейсмографам с двойным сердечником, которые содержат блокирующий механизм для груза сейсмографа во избежание повреждения и выхода из строя чувствительного к вибрациям механизма.
[0002]
В области разведки и добычи нефти и газа физические свойства геологических пластов, через которые проходит ствол скважины, зачастую определятся путем сейсмозондирования с помощью акустических датчиков. Во многих случаях, желательно получать сведения в процессе бурения скважины, например, при каротаже во время бурения (КВБ) или проведении измерений во время бурения (ИВБ). Некоторые конфигурации акустических датчиков вырабатывают ударные волны высокой интенсивности для сбора акустических сведений на основе сейсмической активности, следующей за ударом. В данных ситуациях, предельно тяжелые условия работы влияют на акустический датчик, по меньшей мере, применительно к давлению, температуре, вибрации и удару. В результате, акустические датчики, как правило, имеют небольшой срок эксплуатации, и склонны к поломкам после короткого периода работы. Попытки использовать более прочные материалы для создания механических компонентов акустических датчиков в результате приводят к более тяжелым и более сложным устройствам, имеющим несколько проводов и коннекторов. Однако данные упрочненные датчики являются менее чувствительными, чем необходимо в таких предельно тяжелых условиях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0003]
Нижеследующие чертежи включены для иллюстрации некоторых аспектов предлагаемого изобретения и их не следует рассматривать как ограничивающие варианты реализации изобретения. В отношении раскрываемого объекта изобретения может быть предложено множество модификаций, изменений, комбинаций и эквивалентов по форме и функционированию без отступления от объема настоящего раскрытия изобретения.
[0004]
На Фиг. 1 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе сейсмографа с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0005]
На Фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе радиального блокирующего механизма, содержащего блокирующий штифт в сейсмографе с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0006]
На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе радиального блокирующего механизма для регулировки положения верхнего набора катушек и нижнего набора катушек относительно положения нулевого смещения в сейсмографе с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0007]
На Фиг. 4 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе осевого блокирующего механизма, содержащего осевой исполнительный механизм в сейсмографе с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0008]
На Фиг. 5 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе сейсмографа с двойным сердечником, содержащего амортизирующие прокладки для предотвращения выхода из строя и улучшения эксплуатационной надежности устройства согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0009]
На Фиг. 6 проиллюстрирован вид сверху акустического датчика с использованием множества сейсмографов согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0010]
На Фиг. 7 проиллюстрирована блок-схема, включающая этапы способа измерения акустических вибраций в скважине при помощи сейсмографа с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0011]
На Фиг. 8 проиллюстрирована типовая бурильная система, в которой используют датчик, содержащий сейсмограф с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012]
Настоящее изобретение относится к сейсмографам, используемым в разведке и добыче нефти и газа, и, более конкретно, к сейсмографам с двойным сердечником, которые содержат блокирующий механизм для груза сейсмографа во избежание повреждения и выхода из строя чувствительного к вибрациям механизма.
[0013]
Варианты реализации в соответствии с настоящим изобретением включают высокочувствительный и упрочненный акустический датчик для обеспечения точных измерений для сейсмического каротажа скважины в течение длительного срока эксплуатации. Устройства в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают решение неотложных проблем, связанных с вибрацией, возникающих при осуществлении сейсмических измерений во время бурения (СИВБ). При осуществлении СИВБ желательно измерять свойства акустических волн, проходящих сквозь различные пласты, через которые проходит ствол скважины, пробуренный с целью разведки и добычи нефти и газа. Акустические датчики представляют собой устройства, выполненные для преобразования смещения, полученного при помощи акустической волны, в электрический сигнал, такой как ток или напряжение. Акустические датчики в соответствии с настоящим изобретением включают сейсмографы.
[0014]
Сейсмографы представляют собой датчики, используемые в скважинных инструментах, таком как буры, для сейсмического каротажа и вертикального сейсмического профилирования. Сохранение работоспособности сейсмографа в тяжелых условиях скважины, таких как обычно возникающие в ходе операций бурения скважины, является проблемой вследствие высокого давления, вибрации и температур. Сильные вибрации и удары, испытываемые прибором для каротажа во время бурения (КВБ) или прибором для измерения во время бурения (ИВБ), влияют на связанные датчики с перемещающимися грузами, такие как сейсмографы, что приводит в результате к преждевременному выходу из строя датчика. При более глубоком бурении необходимы более чувствительные акустические датчики вследствие ослабевания сейсмических волн. Варианты реализации, раскрытые в данном документе, включают сейсмограф с двойным сердечником, который обеспечивает повышенную чувствительность, уменьшение количества кабельных разводок и возможность обладания признаками для обеспечения сохранения работоспособности датчика в неблагоприятных условиях (высокая температура, давление и т.д.). В некоторых вариантах реализации изобретения сейсмограф, раскрытый в данном документе, может работать в температурных условиях вплоть до 200°C или более. Кроме того, варианты реализации изобретения, раскрытые в данном документе, обеспечивают возможность осуществления акустических измерений в любой ориентации относительно силы тяжести (всенаправленный акустический датчик).
[0015]
Сейсмографы представляют собой чувствительные к вибрациям устройства, которые динамично работают как система «масса-пружина-демпфер» и электрически работают как система «индуктор-резистор». Принцип работы сейсмографов является аналогичным принципу работы механической системы «масса-пружина-демпфер» для его динамического характера работы, связанного с электрической системой «индуктор-резистор» для его электрических индукционных свойств. При перемещении магнита относительно катушки, он вызывает разницу потенциалов в катушке, которая «сопротивляется» перемещению груза, что записывается в виде измерения датчика. В некоторых вариантах реализации изобретения магнит может оставаться неподвижным при перемещении груза и катушки относительно него, без ограничения объема настоящего изобретения. Соответственно, в некоторых вариантах реализации изобретения магнит может представлять собой перемещающийся груз, а катушки остаются неподвижными. В этом отношении, специалисту в данной области техники понятно, что нет никакого ограничения касательно того, что-либо магнит, либо катушки, либо магниты и катушки представляют собой перемещающиеся грузы. Соответственно, электрическое напряжение генерируется при относительном перемещении между катушкой и магнитом. Высокий уровень вибрации в условиях скважины вызывает избыточное перемещение груза сейсмографа и возникновение поломки, вызванной усталостью материала, в пружине сейсмографа. Сейсмограф, раскрытый в данном документе, содержит двойной магнитный сердечник, упакованный в корпусе и имеющий два электрических коннектора. Двойной магнитный сердечник, раскрытый в данном документе, обеспечивает более высокую чувствительность, уменьшение количества электрических проводов, а также возможность блокировки груза сейсмографа в положении, когда он не используется.
[0016]
Чувствительность устройства и соотношение сигнал-шум (ССШ) увеличиваются при последовательном соединении ряда сейсмографов. В этом отношении, двойной сердечник, раскрытый в данном документе, обеспечивает улучшенную чувствительность и повышает качество данных для последующей обработки. Кроме того, упаковка двойного сердечника, описанная в данном документе, снижает количество проводов на половину, что уменьшает комплектацию в проводах и электроники.
[0017]
Варианты реализации в соответствии с настоящим изобретением включают несколько способов снижения возможности выхода из строя вследствие вибрации, таких как ограничение перемещающегося груза и добавление прокладок для повышенной амортизации при перемещении груза. Способы не ограничены выполнением в одной настройке, а также могут быть осуществлены в сочетании с перечисленными ниже способами. Соответственно, некоторые сейсмографы, раскрытые в данном документе для снижения возможности выхода из строя, содержат радиальный блокирующий механизм для перемещающегося груза, осевой блокирующий механизм для перемещающегося груза, амортизирующую прокладку или их сочетание.
[0018]
На Фиг. 1 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе типового сейсмографа 100 с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Сейсмограф 100 с двойным сердечником содержит корпус 101, имеющий пластины 106a, b, охватывающие сердечник 108, выровненный относительно чувствительной оси 150. Сейсмограф 100 также содержит первый магнит 110a, размещенный на сердечнике 108, с полярностью «север-юг» (N-S), который выровнен относительно чувствительной оси 150. Первый набор 112a катушек размещен вокруг сердечника 108 и может, по меньшей мере, частично перекрываться первым магнитом 110a. Первый набор 112a катушек механически связан с корпусом 101 посредством пружины 102a и пластины 106a. Второй магнит 110b смещен в осевом направлении от первого магнита 110a вдоль сердечника 108 с полярностью «север-юг» (N-S), выровненной параллельно полярности первого магнита 110a. Второй набор 112b катушек размещен вокруг сердечника 108 и, по меньшей мере, частично перекрывается вторым магнитом 110b. Вторая пружина 102b механически связывает второй набор 112b катушек с корпусом 101, вместе с пластиной 106b. Первый коннектор 107a может быть электрически связан с первым набором 112a катушек, и второй коннектор 107b может быть электрически связан со вторым набором 112b катушек. В некоторых вариантах реализации изобретения пружина 102a электрически связывает первый коннектор 107a с первым набором 112a катушек посредством пружины 102a, и пружина 102b электрически связывает второй коннектор 107b со вторым набором 112b катушек. В некоторых вариантах реализации изобретения первый набор 112a катушек и второй набор 112b катушек последовательно электрически связаны. В некоторых вариантах реализации изобретения пружины 102c и 102d механически связывают сердечник 108 с наборами 112a, b катушек. Первый набор 112a катушек электрически связан со вторым набором 112b катушек посредством пружин 102c и 102d. Пружина 102c также механически связывает первый набор 112a катушек с сердечником 108. Пружина 102d также механически связывает второй набор 112b катушек с сердечником 108. Пружины 102a, 102b, 102c и 102d совместно названы в данном документе как «пружины 102».
[0019]
В некоторых вариантах реализации изобретения первый набор 112a катушек содержит проводящий элемент, такой как провод, намотанный несколько раз вокруг бобины 114a. И второй набор 112b катушек содержит проводящий элемент, такой как провод, намотанный несколько раз вокруг бобины 114b. Центральный диск 105 может быть связан с сердечником 108 и может устанавливаться между первым набором 112a катушек и вторым набором 112b катушек и иным образом разделять их в осевом направлении. Центральный диск 105 проходит в радиальном направлении из сердечника 108, располагаясь между первым и вторым наборами 112a, b катушек, в целостном виде как проиллюстрировано на Фиг. 1.В некоторых вариантах реализации изобретения первый набор 112a катушек перемещается относительно сердечника 108 вдоль чувствительной оси 150 при первом перемещении, и второй набор 112b катушек перемещается относительно сердечника 108 вдоль чувствительной оси 150 при втором перемещении. Второе перемещение может не зависеть от первого перемещения, тем самым улучшая чувствительность сейсмографа 100 с двойным сердечником.
[0020]
На Фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе сейсмографа 100 с двойным сердечником (далее названного как «сейсмограф 100»), имеющего радиальный блокирующий механизм 200, который может содержать блокирующий штифт 205, согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Подобные ссылки на позиции из Фиг. 1, которые используются в Фиг. 2, представляют подобные компоненты сейсмографа 100, которые не будут снова описаны. Сейсмограф 100 может дополнительно содержать корпус 201, подобный корпусу 101 (Фиг. 1), и дополнительно содержать отверстие 203, которое вмещает радиальный блокирующий механизм 200. Отверстие 203 в корпусе 201 может содержать два круглых отверстия, которые расположены диаметрально противоположно (т. е. смещены друг от друга по окружности на 180°) в корпусе 201, как проиллюстрировано на Фиг. 2. Следует иметь в виду, что отверстие 203 может иметь любую другую форму, подходящую для обеспечения достижения, по меньшей мере, части радиального блокирующего механизма 200 внутренней части сейсмографа 100.
[0021]
В типовой операции радиальный блокирующий механизм 200 может быть выполнен с возможностью приложения центростремительного радиального усилия для фиксирования положения сердечника 108 относительно первого набора 112a катушек и относительно второго набора 112b катушек. В типовых вариантах реализации, проиллюстрированных на Фиг. 2, радиальный блокирующий механизм 200 содержит, по меньшей мере, один блокирующий штифт 205 (показаны два), который проходит сквозь отверстия 203 и выполнен с возможностью центростремительного радиального перемещения относительно корпуса 201 при помощи исполнительного механизма 207a, b. При их центростремительном радиальном перемещении блокирующий(ие) штифт(ы) 205 надавливают на диск 105 и наборы 112 катушек, тем самым блокируя сердечник 108 и наборы 112a, b катушек в фиксированном положении относительно друг друга. Исполнительный механизм 207a, b для перемещения блокирующего штифта 205 может содержать поворотный исполнительный привод, винтовой механизм, гидравлический механизм, пневматический механизм или любое их сочетание.
[0022]
На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе радиального блокирующего механизма 200, выполненного с возможностью регулировки положения первого набора 112a катушек и второго набора 112b катушек относительно положения нулевого смещения вдоль направления, параллельного чувствительной оси 150, согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Подобные ссылки на позиции из Фиг. 1, которые используются в Фиг. 3 представляют подобные компоненты сейсмографа 100, которые не будут снова описаны. В некоторых вариантах реализации изобретения блокирующий штифт 205 может содержать углубление 305 для помещения центрального диска 105 при приложении радиального усилия. В типовой операции блокирующий штифт 205 может быть выполнен с возможностью смещения в осевом направлении наборов 112a, b катушек вдоль чувствительной оси 150, перемещаясь, как указано стрелками 310, для поиска положения равновесия для пружины 102, которая связывает наборы 112a, b катушек с сердечником 108. В положении равновесия вдоль чувствительной оси 150 пружины 102 прилагают незначительное или нулевое восстанавливающее усилие к наборам 112a, b катушек; таким образом, достигая более стабильной физической блокирующей конфигурации. Помещение наборов 112a, b катушек в положение равновесия снижает возможность перемещения груза во время вибрации и предотвращает возможный выход из строя пружин 102 вследствие усталости и натяжения материала пружины.
[0023]
Положение равновесия для наборов 112a, b катушек в сейсмографе 100 может зависеть от конкретной ориентации чувствительной оси 150 относительно силы тяжести. Например, при выравнивании чувствительной оси 150 близко с горизонтальному положению, положение равновесия для наборов катушек 112 может находиться примерно в центре сердечника 108, поскольку они могут быть в целом не подвержены воздействию силы тяжести. Более того, при выравнивании чувствительной оси 150 близко к вертикальному положению, положение равновесия может быть слегка смещено вниз относительно корпуса 101, 201 (Фиг. 1 и 2), относительно горизонтального положения равновесия, вследствие веса наборов 112a, b катушек.
[0024]
На Фиг. 4 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе сейсмографа 100, имеющего осевой блокирующий механизм 400, который содержит осевые исполнительные приводы 405a,b, согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Подобные ссылки на позиции из Фиг. 1, которые используются в Фиг. 4 представляют подобные компоненты сейсмографа 100, которые не будут снова описаны. Сейсмограф 100 содержит корпус 401, подобный корпусу 101 (Фиг. 1), но дополнительно содержит отверстие 403 для помещения осевого блокирующего механизма 400. Отверстие 403 в корпусе 401 может содержать два кольца, образованные на противоположных концах корпуса 401, как проиллюстрировано на Фиг. 4. Отверстие(я) 403 в корпусе 401 может иметь любую другую форму, подходящую для обеспечения достижения по меньшей мере части осевого блокирующего механизма 400 внутренней части сейсмографа 100.
[0025]
В типовой операции осевой блокирующий механизм 400 блокирует груз сейсмографа путем приложения осевых усилий 410 вдоль чувствительной оси 150 (не показано для упрощения), и, тем самым, зажимая пружины 102 между пластинами 106. Исполнительные приводы 405a и 405b обеспечивают усилие сжатия 410 с использованием одного из поворотного механизма, винтового механизма, гидравлического механизма, пневматического механизма или любого сочетания вышеуказанного.
[0026]
На Фиг. 5 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе сейсмографа 100 с двойным сердечником, содержащего амортизирующие прокладки 505a, 505b, 505c и 505d (далее в совокупности названные как прокладки 505) для предотвращения выхода из строя пружин 102 и улучшения эксплуатационной надежности устройства согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Подобные ссылки на позиции из Фиг. 1, которые используются в Фиг. 5 представляют подобные компоненты сейсмографа 100, которые не будут снова описаны. Прокладки 505 могут быть размещены внутри сейсмографа 100 в местах, выполненных с возможностью ограничения перемещения и увеличения амортизирующих усилий на перемещающемся грузе наборов 112 катушек. Включение прокладок 505 улучшает сохранение работоспособности датчика в условиях скважины, поскольку амортизирующие прокладки 505 поглощают и рассеивают часть акустической энергии, передаваемой сейсмографу 100, и, тем самым, снижают ударное воздействие, которое иным бы образом накапливалось внутренними компонентами сейсмографа 100. В типовых вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 5, первая амортизирующая прокладка 505a может становиться между первым набором 112a катушек и внутренней стенкой на верхней части корпуса 101, и вторая амортизирующая прокладка 505b может становиться между вторым набором 112b катушек и внутренней стенкой на нижней части корпуса 101. Некоторые варианты реализации изобретения дополнительно включают дополнительные амортизирующие прокладки 505c и 505d, которые становятся между каждым из первого набора 112a катушек и центральным диском 105 (прокладка 505c), и второго набора 112b катушек и центральным диском 105 (прокладка 505d). Соответственно, амортизирующие прокладки 505 могут быть выполнены с возможностью накопления удара и вибрационной нагрузки в осевом направлении и иным образом способствуют уменьшению повреждения сейсмографа 100, вызванного чрезмерным ударом и/или вибрационной нагрузкой.
[0027]
На Фиг. 6 проиллюстрирован вид сверху акустического датчика 650 с использованием ряда сейсмографов 600a, 600b и 600c (далее в совокупности названных как сейсмографы 600) согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Так как только три сейсмографа 600 изображены как включенные в акустический датчик 650, следует понимать, что данное количество является исключительно иллюстративным и любое количество сейсмографов 600 может быть включено в акустический датчик в соответствии с настоящим изобретением. В вариантах реализации в соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере, один из сейсмографов 600 представляет собой блокирующий сейсмограф с двойным сердечником, подобный любому из вариантов реализации сейсмографа 100, в целом описанных выше (ср. Фиг. 1). Соответственно, по меньшей мере один из сейсмографов 600 содержит первый и второй магниты 110a, 110b, размещенные на сердечнике 108, с полярностью, выровненной относительно первой чувствительной оси 150. Кроме того, по меньшей мере, один из сейсмографов 600 содержит первый и второй наборы 112a, 112b катушек, размещенные вокруг сердечника 108 и перекрывающие первый и второй магниты 110a и 110b, соответственно, вдоль чувствительной оси 150 (см. Фиг. 1). Первая и вторая пружины 102a, b могут устанавливаться между первым и вторым наборами 112a, b катушек и корпусом 101 и механически связывать их (Фиг. 1). Кроме того, первый и второй наборы 112a, 112b могут быть электрически последовательно связаны.
[0028]
Как проиллюстрировано на Фиг. 6, первый сейсмограф 600a содержит первую чувствительную ось 150a, второй сейсмограф 600b содержит вторую чувствительную ось 150b, и третий сейсмограф 600c содержит третью чувствительную ось 150c. В вариантах реализации изобретения в соответствии с настоящим изобретением первая чувствительная ось 150a, вторая чувствительная ось 150b и третья чувствительная ось 150c являются перпендикулярными или примерно перпендикулярными друг другу. Далее, чувствительные оси 150a, 150b и 150c будут в совокупности названы как «чувствительные оси» 150». В операции в некоторых вариантах реализации чувствительные оси 150 в акустическом датчике 650 могут образовывать трехмерную (3D) ортогональную координатную раму 670.
[0029]
Каждый из сейсмографов 600 дополнительно содержит блокирующий исполнительный привод 620a, 620b и 620c, соответственно (далее названный в совокупности как «блокирующие исполнительные приводы 620»). По меньшей мере, в одном сейсмографе с двойным сердечником, включенном в датчик 650, блокирующие исполнительные приводы 620 могут быть выполнены с возможностью фиксирования положения первого и второго наборов 112a, 112b катушек и сердечника относительно друг друга. Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации изобретения блокирующие исполнительные приводы 620 содержат, по меньшей мере, один из радиальных блокирующих исполнительных приводов или осевых блокирующих исполнительных приводов, используемых для управления радиальным и осевым положениями радиального блокирующего механизма 200 (Фиг. 2) и осевого блокирующего механизма 400 (Фиг. 4), соответственно. Датчик 650 также содержит контроллер 610, связанный с каждым из сейсмографов 600 посредством исполнительных приводов 620 и коннекторов 607. Контроллер 610 может содержать схему памяти, хранящую команды, и схему процессора, выполненную с возможностью осуществления команд в схеме памяти. Схема памяти может включать любой тип машиночитаемого носителя, используемого в области техники. Соответственно, при выполнении схемой процессора команд, это вызывает сообщение контроллера 610 с сейсмографами 600 и осуществление измерений согласно способам, раскрытым в данном документе.
[0030]
Акустический датчик 650 обеспечивает возможность осуществления акустических измерений в любой ориентации относительно силы тяжести (всенаправленный акустический датчик). Соответственно, датчики в соответствии с вариантами реализации изобретения, проиллюстрированные на Фиг. 6, желательны в бурильных системах, когда ствол скважины может иметь горизонтальную или квазигоризонтальную ориентацию, или когда ствол скважины переходит из вертикальной ориентации в горизонтальную или квазигоризонтальную ориентацию.
[0031]
На Фиг. 7 проиллюстрирована блок-схема, включающая этапы способа 700 измерения акустических вибраций в стволе скважины при помощи сейсмографа с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Сейсмограф в способе 700 может быть подобным или таким же как сейсмограф 100 с двойным сердечником согласно Фиг. 1 или, по меньшей мере, один из сейсмографов 600a, 600b, 600c в акустическом датчике 650 согласно Фиг. 6. Соответственно, сейсмограф может содержать корпус, первый и второй магниты, установленные на сердечнике внутри корпуса, и первый и второй наборы катушек вокруг сердечника, причем сердечник выровнен вдоль чувствительной оси (например, корпус 101, магниты 110, набор 112 катушек, сердечник 108 и чувствительная ось 150, все согласно Фиг. 1). Кроме того, в некоторых вариантах реализации в соответствии со способом 700 сейсмограф может содержать блокирующий механизм с исполнительными приводами (например, радиальный и/или осевой блокирующие механизмы 200 и 400 согласно Фиг. 2 и 4, соответственно). Исполнительные приводы могут содержать любой тип исполнительного устройства или механизма, включающего, но без ограничения, поворотный механизм, винтовой механизм, гидравлический механизм, пневматический механизм или любое сочетание вышеуказанного.
[0032]
Этап 702 включает блокировку сейсмографа для предотвращения перемещения его внутренних наборов катушек относительно сердечника. Этап 702 можно осуществлять до начала образования бурильным инструментом ствола скважины с целью предотвращения повреждения сейсмографа, вызванного амплитудой высоких вибраций и ударом, которые инструмент создает при образовании им траектории ствола скважины. Соответственно, в некоторых вариантах реализации изобретения этап 702 осуществляют при движении инструмента вдоль ствола скважины. В некоторых вариантах реализации этап 702 включает обеспечение радиального усилия для фиксирования внутренних компонентов в сейсмографе, таких как центральный диск и первый и второй наборы катушек. Соответственно, в некоторых вариантах реализации изобретения этап 702 может также включать размещение первого и второго наборов катушек вдоль чувствительной оси в сейсмографе до положения равновесия, и затем блокировку сейсмографа на месте. В некоторых вариантах реализации изобретения этап 702 включает обеспечение вертикального усилия вдоль чувствительной оси для фиксирования внутренних компонентов в сейсмографе относительно друг друга (например, наборы катушек, зафиксированные относительно сердечника и магнитов). Этап 702 может включать приведение в действие поворотного механизма, приведение в действие винтового механизма, приведение в действие гидравлического механизма, приведение в действие пневматического механизма или любого сочетания вышеуказанного с целью перемещения сейсмографа в положение равновесия и блокировки его на месте.
[0033]
Этап 704 включает введение сейсмографа в ствол скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения в соответствии со способом 700 сейсмограф представляет собой один из ряда сейсмографов, расположенных в ряду или матрице датчиков, разнесенных с известными интервалами друг от друга вдоль бурильной колонны. В некоторых вариантах реализации изобретения этап 704 также включает размещение акустического источника на известном месте относительно сейсмографа. Акустический источник может представлять собой взрывной заряд или ударное устройство, выполненное с возможностью выработки акустического импульса или сигнала, который проходит сквозь геологические пласты, через которые проложен ствол скважины.
[0034]
В некоторых вариантах реализации этап 704 включает выравнивание чувствительной оси сейсмографа вдоль продольного направления в скважине. Кроме того, этап 704 может включать выравнивание чувствительной оси сейсмографа в направлении, перпендикулярном продольному направлению в скважине. Более того, в некоторых вариантах реализации изобретения этап 704 включает размещение, по меньшей мере, двух сейсмографов с чувствительными осями, выровненными в перпендикулярном направлении относительно друг друга. Например, в одном варианте реализации этап 704 включает размещение трех сейсмографов с чувствительными осями, ориентированными перпендикулярно друг другу, и одной из чувствительных осей, выровненных в соответствии с продольным направлением ствола скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения продольное направление ствола скважины может совпадать или быть примерно параллельно силе тяжести (вертикальный ствол скважины). В некоторых вариантах реализации изобретения продольное направление ствола скважины может отклоняться по существу от силы тяжести, например, ствол скважины может быть горизонтальным или практически горизонтальным на некоторых точках.
[0035]
Этап 706 включает разблокировку блокирующего механизма сейсмографа для измерения акустического сигнала. Соответственно, этап 706 может включать разблокировку блокирующего механизма сейсмографа как раз перед срабатыванием взрывного устройства и перед созданием ударной волны взрывным устройством, и передачу акустического импульса сейсмографу. Время, требуемое для прохождения сейсмической волны, является, как правило, небольшим. Таким образом, в некоторых вариантах реализации этап 706 включает разблокировку сейсмографа перед генерированием сейсмических волн и после завершения бурения и прекращения циркуляции бурового раствора. В некоторых вариантах реализации изобретения этап 706 включает разблокировку сейсмографа как раз после размещения сейсмографа в его желательном месте. Этап 708 включает блокировку сейсмографа радиальным и/или осевым блокирующими механизмами при превышении порога вибрации, таким образом, увеличивая срок эксплуатации сейсмографа посредством предотвращения нарастающей усталости материала, износа и напряжения, создаваемого сильными вибрациями, создаваемыми бурильным инструментом.
[0036]
Специалисту в данной области техники будет понятно, что способы в соответствии с настоящим изобретением могут включать, по меньшей мере, один, но не все, из этапов в способе 700. Более того, способы в соответствии с настоящим изобретением могут включать, по меньшей мере, все этапы в способе 700. И способы в соответствии с настоящим изобретением могут включать, по меньшей мере, один из этапов в способе 700, осуществляемых последовательно или параллельно. Кроме того, способы в соответствии со способом 700 могут включать, по меньшей мере, один из этапов в способе 700, осуществляемых в любом порядке, одновременно по времени или практически одновременно по времени.
[0037]
На Фиг. 8 проиллюстрирована типовая бурильная система 800, в которой используют датчик 801, содержащий сейсмограф с двойным сердечником согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Сейсмограф с двойным сердечником в датчике 801 может быть таким же или подобным любому из сейсмографов с двойным сердечником, описанных в данном документе. Более того, в некоторых вариантах реализации изобретения датчик 801 может быть таким же или подобным акустическому датчику 650, который использует ряд сейсмографов, как проиллюстрировано на Фиг. 6 выше. Стволы скважины могут быть сформированы путем бурения в земле 802 с использованием бурильной системы 800. Бурильная система 800 может быть выполнена с возможностью для управления забойным оборудованием (КНБК) 804, размещенным или иным образом расположенным в нижней части бурильной колонны 806, проходящей в землю 802 от вышки 808, расположенной на поверхности 810. Вышка 808 содержит рабочую трубу 812, используемую для опускания и поднимания бурильной колонны 806.
[0038]
КНБК 804 может содержать буровое долото 814, функционально связанное с буровым снарядом 816, который выполнен с возможностью осевого перемещения в пределах пробуренного ствола 818 скважины, прикрепленного к бурильной колонне 806. Во время эксплуатации буровое долото 814 проникает в землю 802 с образованием ствола 818 скважины. КНБК 804 обеспечивает управление направлением бурового долота 814 во время его продвижения в землю 802. На буровом снаряде 816 на полупостоянной основе могут быть установлены различные измерительные приборы, такие как прибор для измерения во время бурения (ИВБ) и прибор для каротажа во время бурения (КВБ). Датчик 801 может образовывать часть одного из инструментов ИВБ или КВБ для получения измерений скважины в условиях бурения. В других вариантах реализации измерительные приборы могут быть автономными устройствами внутри бурового снаряда 816, как проиллюстрировано на Фиг. 8. В некоторых вариантах реализации изобретения буровой снаряд 816 может содержать кабель для электрического связывания батареи, источника электропитания или детекторной схемы на поверхности 810 с коннекторами в сейсмографе с двойным сердечником внутри датчика 801 (например, коннекторы 107 согласно Фиг. 1 и 6). В некоторых вариантах реализации изобретения сейсмограф с двойным сердечником в датчике 801 может получать электропитание от батареи, расположенной в датчике 801, и провод может передавать электрический сигнал от датчика 801 к поверхности 810.
[0039]
Флюид или «буровой раствор» из емкости 820 для бурового раствора может нагнетаться вниз по скважине с использованием насоса 822 для бурового раствора, питаемого находящимся поблизости источником электропитания, таким как первичный двигатель или двигатель 824. Буровой раствор может нагнетаться из емкости 820 для бурового раствора через стояк 826, подающий буровой раствор в бурильную колонну 806 и направляющий его к буровому долоту 814. Буровой раствор выходит через одну или более форсунок, расположенных в буровом долоте 814, и во время бурения охлаждает буровое долото 814. После выведения из бурового долота 814, буровой раствор циркулирует обратно к поверхности 810 через кольцевое пространство, образованное между стволом 818 скважины и бурильной колонной 806, и во время циркуляции возвращает буровой шлам и отходы к поверхности 810. Шлам и смесь бурового раствора проходят через линию 828 потока, где обеспечивается их обработка, при которой очищенный буровой раствор снова возвращают вниз по скважине через стояк 826. Соответственно, датчик 801 может быть использован для сейсмических измерений при бурении ствола 818 скважины. Процедуры сейсмических измерений с использованием датчика 801 могут включать любой один или все из этапов в способе измерения акустических вибраций в стволе скважины (например, способ 700, ср. Фиг. 7).
[0040]
Хотя бурильная система 800 проиллюстрирована и описана относительно системы вращательного бурения на Фиг. 8, многие типы бурильных систем могут быть использованы в выполнении вариантов реализации изобретения. Например, буры и бурильные вышки, используемые в вариантах реализации изобретения, могут быть использованы на суше (как проиллюстрировано на Фиг. 8) или в море (не показано). Расположенные на суше бурильные вышки, которые могут быть использованы в соответствии с вариантами реализации изобретения, содержат, например, плавучие буровые установки, стационарные платформы, гравитационные структуры, буровые судна, полупогружные буровые платформы, самоподъемные буровые вышки, платформы с натяжными опорами и т.п. Следует понимать, что варианты реализации изобретения могут быть применены к различным вышкам от небольших и портативных до крупных и стационарных. Кроме того, описанные в данном документе относительно бурения нефти, различные варианты реализации изобретения могут быть использованы во многих других применениях. Например, раскрытые способы могут быть использованы в бурении для разведки полезных ископаемых, исследования окружающей среды, добычи природного газа, операций подземной установки, добычи, водяных скважинах, геотермальных скважинах и т. п. Кроме того, варианты реализации изобретения могут быть использованы в узлах нагрузки на пакерах, в спуске подвесок хвостовиков, в спуске колонн оконцовки и т.д. без отклонения от объема раскрытия изобретения.
[0041]
Хотя варианты реализации изобретения, раскрытые в данном документе, осуществлены в контексте ИВБ или КВБ, как проиллюстрировано на Фиг. 8, некоторые варианты реализации изобретения могут включать использование сейсмографов, раскрытых в данном документе, также в проводных приложениях. Нужно добавить, по меньшей мере, высказывание в абзаце. В некоторых вариантах реализации изобретения сейсмограф(ы), раскрытый в данном документе, может быть размещен в зонде или инструменте, спускаемом на проводе, на тросе или шлангокабеле. Соответственно, в таких конфигурациях блокировка сейсмографов может быть желательным признаком для увеличения срока эксплуатации устройств.
[0042]
Понятно, что различные варианты реализации изобретения, направленные в данном документе на управление компьютером и искусственные нейронные сети, включающие различные блоки, модули, элементы, компоненты, способы и алгоритмы, могут быть осуществлены с использованием компьютерного аппаратного оборудования, программного оборудования, их сочетаний и т.п. Для иллюстрации данной взаимозаменяемости аппаратного оборудования и программного оборудования, различные иллюстративные модули, элементы, компоненты, способы и алгоритмы были в целом описаны в рамках их функциональности. Реализация такой функциональности в виде аппаратного оборудования или программного оборудования будет зависеть от конкретного применения и любых предписанных ограничений в конструкции. По меньшей мере, по данной причине, специалисту в данной области техники будет понятна возможность реализации описанной функциональности различными способами для конкретного применения. Кроме того, различные компоненты и блоки могут быть расположены в различном порядке или разделены отличным способом, например, без отклонения от объема определенно описанных вариантов реализации.
[0043]
Компьютерное аппаратное оборудование, используемое для выполнения различных иллюстративных блоков, модулей, элементов, компонентов, способов и алгоритмов, описанных в данном документе, может включать процессор, выполненный с возможностью осуществления одной или более последовательностей команд, программируемых положений или кода, хранящегося на энергонезависимом машиночитаемом носителе. Процессор может представлять собой, например, микропроцессор общего назначения, микроконтроллер, процессор цифровой обработки сигналов, специализированную интегральную микросхему, программируемую пользователем вентильную матрицу, программируемое логическое устройство, контроллер, машину состояний, стробированную логику, дискретные аппаратные компоненты, искусственную нейронную сеть или любой подобный подходящий элемент, который может выполнять вычисления или другие операции с данными. В некоторых вариантах реализации изобретения компьютерное аппаратное оборудование может дополнительно содержать элементы, такие как память (например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), стираемое постоянное запоминающее устройство (СПЗУ)), регистры, жесткие диски, съемные диски, CD-ROM, DVD или любое другое подобное подходящее запоминающее устройство или носитель.
[0044]
Исполняемые последовательности, описанные в данном документе, могут быть осуществлены одной или более последовательностями кода, содержащегося в памяти. В некоторых вариантах реализации такой код может быть считан в память от другого машиночитаемого носителя. Выполнение последовательностей команд, содержащихся в памяти, может вызывать осуществление процессором этапов способа, описанных в данном документе. Один или более процессоров в компоновке с несколькими процессорами могут также быть применены для выполнения последовательностей команд в памяти. Кроме того, аппаратно реализованная схема может быть использована на месте или в сочетании с командами программного обеспечения для осуществления различных вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе. Таким образом, варианты реализации настоящего изобретения не ограничены любым конкретным сочетанием аппаратного оборудования и/или программного оборудования.
[0045]
Как используется в данном документе, машиночитаемый носитель будет относиться к любому носителю, который непосредственно или опосредованно обеспечивает выполнение команд процессором. Машиночитаемый носитель может принимать множество форм, включая, например, энергонезависимые носители, энергозависимые носители и передающие носители. Энергонезависимые носители могут включать, например, оптические или магнитные диски. Энергозависимые носители могут включать, например, динамическую оперативную память. Передающие носители могут включать, например, коаксиальные кабели, провод, оптические волокна и провода, которые формируют шину. Обычные формы машиночитаемых носителей могут включать, например, гибкие магнитные диски, гибкие диски, жесткие диски, магнитные пленки, другие подобные магнитные носители, CD-ROM, DVD, любые подобные оптические носители, перфорированные карточки, бумажные ленты и подобные физические носители с формованными отверстиями, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, СППЗУ и флэш-СППЗУ.
[0046]
Раскрытые в данном документе варианты реализации изобретения включают:
[0047]
A. Устройство, которое содержит корпус, включающий сердечник, выровненный относительно чувствительной оси, первый магнит, размещенный на сердечнике, с полярностью, выровненной относительно чувствительной оси, первый набор катушек, размещенный вокруг сердечника и перекрывающий первый магнит вдоль чувствительной оси, причем первый набор катушек механически связан с корпусом посредством первой пружины, второй магнит, размещенный на сердечнике и смещенный в осевом направлении от первого магнита с полярностью, сориентированной параллельно полярности первого магнита, и второй набор катушек, размещенный вокруг сердечника и перекрывающий второй магнит вдоль чувствительной оси, причем второй набор катушек механически связан с корпусом посредством второй пружины, при этом первый набор катушек и второй набор катушек электрически последовательно связаны, и сердечник механически связан с первым набором катушек посредством третьей пружины и механически связан со вторым набором катушек посредством четвертой пружины.
[0048]
B. Акустический датчик, который содержит первый сейсмограф с первой чувствительной осью и второй сейсмограф со второй чувствительной осью, перпендикулярной первой чувствительной оси, причем, по меньшей мере, первый сейсмограф содержит корпус, содержащий сердечник, выровненный относительно чувствительной оси, первый магнит, размещенный на сердечнике, с полярностью, выровненной относительно чувствительной оси, первый набор катушек, размещенный вокруг сердечника и перекрывающий первый магнит вдоль чувствительной оси, причем первый набор катушек механически связан с корпусом посредством первой пружины, второй магнит, размещенный на сердечнике и смещенный в осевом направлении от первого магнита с полярностью, выровненной параллельно полярности первого магнита, и второй набор катушек, размещенный вокруг сердечника и перекрывающий второй магнит вдоль чувствительной оси, причем второй набор катушек механически связан с корпусом посредством второй пружины, при этом первый набор катушек и второй набор катушек электрически последовательно связаны, и сердечник механически связан с первым набором катушек посредством третьей пружины и механически связан со вторым набором катушек посредством четвертой пружины.
[0049]
C. Способ, который включает блокировку сейсмографа для предотвращения перемещения внутренних наборов катушек от сердечника, введение сейсмографа в ствол скважины, разблокировку блокирующего механизма сейсмографа для измерения акустического сигнала и блокировку сейсмографа при помощи блокирующего механизма сейсмографа при превышении порога вибрации.
[0050]
Каждый из вариантов реализации изобретения A, B и C может включать один или более из следующих дополнительных элементов в любой комбинации: Элемент 1: дополнительно содержащий центральный диск, связанный с сердечником и проходящий в радиальном направлении от него, причем центральный диск находится между первым набором катушек и вторым набором катушек и разделяет их. Элемент 2: дополнительно содержащий первый коннектор, электрически связанный с первым набором катушек, и второй коннектор, электрически связанный со вторым набором катушек. Элемент 3: причем первый коннектор электрически связан с первым набором катушек посредством первой пружины, и второй коннектор электрически связан со вторым набором катушек посредством второй пружины. Элемент 4: причем первый набор катушек электрически связан со вторым набором катушек посредством третьей и четвертой пружин. Элемент 5: причем первый набор катушек перемещается относительно сердечника вдоль чувствительной оси при первом перемещении, и второй набор катушек перемещается относительно сердечника вдоль чувствительной оси при втором перемещении независимо от первого перемещения. Элемент 6: дополнительно содержащий первую амортизирующую прокладку, расположенную между корпусом и по меньшей мере одним из первого набора катушек и второго набора катушек. Элемент 7: дополнительно содержащий вторую амортизирующую прокладку, расположенную между центральным диском и, по меньшей мере, одним из первого набора катушек и второго набора катушек. Элемент 8: дополнительно содержащий, по меньшей мере, один радиальный блокирующий механизм, выполненный с возможностью прохождения, по меньшей мере, сквозь одно отверстие, образованное в корпусе, для приложения радиального усилия, которое фиксирует относительное положение каждого из сердечника, первого набора катушек и второго набора катушек относительно корпуса. Элемент 9: причем, по меньшей мере, один радиальный блокирующий механизм содержит блокирующий штифт с углублением для помещения центрального диска при приложении радиального усилия, и при этом блокирующий штифт смещает в осевом направлении первый и второй наборы катушек вдоль чувствительной оси для поиска положения равновесия для первой и второй пружин. Элемент 10: дополнительно содержащий, по меньшей мере, один осевой блокирующий механизм с осевым исполнительным приводом, который сжимает первую пружину и вторую пружину вдоль чувствительной оси для фиксирования относительного положения каждого из сердечника, первого набора катушек и второго набора катушек относительно корпуса. 11: причем, по меньшей мере, один осевой Исполнительный привод выбран из группы, состоящей из поворотного механизма, винтового механизма, гидравлического механизма, пневматического механизма или любого их сочетания.
[0051]
Элемент 12: причем, по меньшей мере, один из первого и второго сейсмографов дополнительно содержит, по меньшей мере, один блокирующий исполнительный привод, выполненный с возможностью фиксации положения первого набора катушек, второго набора катушек и сердечника относительно друг друга. Элемент 13: причем, по меньшей мере, один блокирующий исполнительный привод содержит один из радиального блокирующего исполнительного привода и осевого блокирующего исполнительного привода.
[0052]
Элемент 14: дополнительно включающий генерирование акустического сигнала, который проходит, по меньшей мере, сквозь один геологический пласт, через который проходит скважина. Элемент 15: причем введение сейсмографа в ствол скважины включает введение ряда сейсмографов в ствол скважины, расположенных на известном расстоянии друг от друга. Элемент 16: причем введение сейсмографа в ствол скважины включает выравнивание чувствительной оси в сейсмографе вдоль продольной оси ствола скважины. Элемент 17: причем введение сейсмографа в ствол скважины включает размещение, по меньшей мере, двух сейсмографов таким образом, что чувствительная ось первого сейсмографа будет перпендикулярной чувствительной оси второго сейсмографа. Элемент 18: причем введение сейсмографа в ствол скважины включает введение сейсмографа в ствол скважины в одной из морской нефтяной платформы или континентальной нефтяной платформы.
[0053]
В качестве неограничивающего примера, типовые комбинации, применимые к A, B и C, включают: Элемент 2 с Элементом 3; Элемент 5 с Элементом 6; Элемент 6 с Элементом 7; Элемент 8 с Элементом 9; и Элемент 10 с Элементом 11.
[0054]
Таким образом, раскрытые системы и способы хорошо подходят для достижения целей и получения преимуществ, указанных выше, а также присущих им. Конкретные варианты реализации изобретения, раскрытые выше, являются исключительно иллюстративными, поскольку идеи настоящего раскрытия изобретения могут быть модифицированы и реализованы с применением отличных, но эквивалентных способов, очевидных для специалистов в данной области техники, которые ознакомятся с настоящим описанием. Кроме того, для деталей конструкции или схемы, проиллюстрированных в данном документе, не предусмотрены никакие ограничения, кроме раскрытых в приведенных ниже пунктах формулы изобретения. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации, раскрытые выше, могут быть изменены, скомбинированы или модифицированы, при этом считается, что все подобные изменения входят в объем настоящего раскрытия изобретения. Системы и способы, иллюстративно раскрытые в данном документе, могут быть соответствующим образом реализованы при отсутствии любого элемента, явным образом не описанного в данном документе, и/или любого дополнительного элемента, описанного в данном документе. Несмотря на то, что сочетания и способы описаны как «содержащие», «имеющие в своем составе» или «включающие» различные компоненты или этапы, эти сочетания и способы также могут «состоять главным образом из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, раскрытые выше, могут варьироваться на некоторую величину. Во всех случаях, когда описан числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, подразумевают, в частности, описание любого числа и любого включенного диапазона, находящегося в пределах указанного диапазона. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от приблизительно a до приблизительно b» или, эквивалентно, «от приблизительно a до b» или, эквивалентно, «от приблизительно a-b»), описанный в данном документе, следует понимать как описывающий каждое число и диапазон, входящие в более широкий диапазон значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Более того, применяемая в формуле изобретения форма единственного числа предполагает наличие одного или более выражаемых в ней элементов. При наличии противоречий в применении слова или термина в настоящем описании и одном или более патентов или других документов, которые могут быть включены в данный документ посредством ссылки, следует принимать определения, соответствующие настоящему описанию.
[0055]
Как используется в данном документе, выражение «по меньшей мере один из», предшествующее последовательности наименований, со словами «и» или «или» для отделения любого из этих наименований, изменяет перечисление в целом, а не каждый элемент перечисления (т.е., каждое наименование). Выражение «по меньшей мере один из» допускает значение, включающее, по меньшей мере, одно из любого одного из наименований, и/или по меньшей мере одно из любой комбинации наименований, и/или по меньшей мере одно из каждого из наименований. Для примера: каждое из выражений «по меньшей мере один из A, B и C» или «по меньшей мере один из A, B или C» относится только к A, только к B или только к C; любой комбинации A, B и C; и/или по меньшей мере к одному из A, B и C.