СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ)
SCANNING DEVICE FOR SURVEY OF OPERATING WELLS (VERSIONS)

Изобретение относится к области исследований скважин, в частности - для исследования действующих наклонных и горизонтальных скважин.
В настоящее время для исследования скважин широко применяются многомодульные связки приборов, обеспечивающие контроль параметров по ширине всего исследуемого пласта. Однако увеличение модулей приводит к созданию устройств, которые являются очень длинными, тяжелыми и дорогими. Длина и вес такого устройства усложняют, в свою очередь, управление им как в скважине, так и на поверхности.
Второй проблемой в последние годы, наряду с увеличением количества скважин, вскрытых горизонтальным пластом, стало возрастающее требование по повышению нефтеотдачи пластов, что требует дополнительных гидродинамических исследований. При этом опыт зарубежных фирм и отдельные гидродинамические исследования в горизонтальных скважинах в России показывают, что применение традиционных подходов решения промысловых и геофизических задач в данном случае не дает положительных результатов.
Задача сокращения длины связки скважинного комплекса может решаться, например, путем размещения параметрических датчиков и узлов измерения в корпусе одного модуля и/или совмещением их конструкций в одном узле/элементе узла скважинного прибора (патенты РФ №№2260692, 2319004).
Известен скважинный зонд термометра - его варианты - п.п.7-10 (RU, №2303130, Е21В 47/06, 2003), конструкция которого представляет собой продольный зонд с центраторами, установленными на верхнем и нижнем конце, и датчики температуры, равномерно разнесенные по окружности относительно продольной оси зонда и установленные на рессорах центраторов. Причем, при измерениях в процессе подъема зонда датчики температуры располагают на верхних рессорах верхнего центратора, а при измерениях в процессе спуска зонда датчики температуры располагают на нижних рессорах нижнего центратора. При этом каждый из датчиков температуры, установленный на рессоре центратора, должен находиться на строго фиксированном расстоянии от стенки НКТ или эксплуатационной колонны с учетом радиуса НКТ или эксплуатационной колонны соответственно, что обеспечивается ограничительной планкой на каждой из рессор центраторов.
Известное техническое решение повышает точность измерений, так как обеспечивает задачу непрерывного измерения температуры вдоль линии перемещения датчика температуры без перемешивания жидкости перед датчиком в процессе спуско-подъемных операций. Однако на практике применение известного зонда малоэффективно, поскольку в процессе работы требуется периодическая остановка скважины и замена зондов в зависимости от операции спуска или подъема.
Известно устройство для получения данных в скважине, добывающей углеводородное сырье (RU, №2209964, Е21В 47/06, 2005), которое представляет собой модуль датчиков с закрепленным на его конце многорычажным центратором. Модуль выполнен в виде герметичного трубчатого кожуха, в котором размещен набор датчиков (в том числе датчик давления и датчик температуры) и телеметрическая система. Внешний многорычажный центратор закреплен на выступающем из нижней части кожуха остове. На каждом кронштейне рычагов центратора установлены локальные датчики измерителя скорости потока. В модуле устройства, кроме датчиков, размещены: средство определения трехмерного положения каждого из локальных датчиков на центраторе и средство измерения диаметра, датчики которого установлены между каждой парой противоположных кронштейнов центратора, что в совокупности с измерением скорости потока обеспечивает измерение дебита многофазной жидкости.
Известное устройство обеспечивает регулирование эксплуатационных параметров в скважине, добывающей углеводородное сырье, а также обеспечивает возможность диагностики аварийных ситуаций.
Однако данное устройство не дает достоверной картины о контролируемых параметрах, в том числе - о влагосодержании пласта, по сечению горизонтальной части ствола в крутонаклоненных или горизонтальных скважинах, а также о температуре пласта.
Кроме того, выполнение конструкции модуля датчиков с герметичным кожухом требует обеспечения определенной технологии при сборке устройства и снижает надежность конструкции устройства в процессе эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является комплексный скважинный прибор (RU, №2292571, G01V 5/12, oп. 2007 г.), который представляет собой модуль датчиков в виде удлиненного корпуса с закрепленным на конце модуля датчиков расходомером, а в модуле датчиков установлены датчики локатора муфт, гамма-каротажа, давления, температуры, влагомера, термокондуктивного расходомера и резистивиметра. Причем датчики температуры и влагомера установлены в одном сквозном окне со смещением относительно продольной оси прибора на равные расстояния.
Известное устройство отличается высокой надежностью конструкции и частично решает задачу сокращения длины прибора. Однако данные измеренных параметров каждого из разнесенных по оси прибора датчиков для одной и той же точки скважины в процессе исследований регистрируются с задержкой во времени относительно друг друга и далее сводятся к этой точке посредством компьютерной обработки, что вносит свою погрешность и снижает оперативность получения информации.
Задачей настоящего изобретения является разработка многофункционального устройства для исследования горизонтальных и наклонно направленных действующих скважин, обеспечивающего оценку эффективно работающей толщины коллекторов поступления углеводородов и воды, в том числе контроль прорыва воды в продуктивных коллекторах и/или выделение эффективно работающих интервалов.
Поставленная задача решается следующим образом.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин, содержащее модуль датчиков, выполненный в виде удлиненного корпуса, в котором установлены один термометр, манометр, термокондуктивный дебитомер, локатор муфт, узел ориентации выносных электродов и канал гамма-каротажа, и многорычажный расходомер, закрепленный на конце модуля датчиков, согласно варианту 1 изобретения дополнительно снабжено установленными в модуле датчиков вторым термометром и, как минимум, тремя датчиками влагометрии, при этом выносные электроды датчиков влагометрии равномерно разнесены относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства и встроены в самораскрывающиеся тяги рычажной системы расходомера.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин, содержащее модуль датчиков, выполненный в виде удлиненного корпуса, в котором установлены один термометр, манометр, термокондуктивный дебитомер, локатор муфт, узел ориентации выносных электродов и канал гамма-каротажа, и многорычажный расходомер, закрепленный на конце модуля датчиков, согласно варианту 2 изобретения дополнительно снабжено установленными в модуле датчиков, как минимум, двумя термометрами и датчиком влагометрии, при этом выносные электроды термометров равномерно разнесены относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства и встроены в самораскрывающиеся тяги рычажной системы расходомера.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин, содержащее модуль датчиков, выполненный в виде удлиненного корпуса, в котором установлены один термометр, манометр, термокондуктивный дебитомер, локатор муфт, узел ориентации выносных электродов и канал гамма-каротажа, и многорычажный расходомер, закрепленный на конце модуля датчиков, согласно варианту 3 изобретения дополнительно снабжено установленными в модуле датчиков, как минимум, тремя датчиками влагометрии и, как минимум, двумя термометрами, при этом выносные электроды термометров и выносные электроды датчиков влагометрии равномерно разнесены относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства и встроены в самораскрывающиеся тяги рычажной системы расходомера.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин, содержащее модуль датчиков, выполненный в виде удлиненного корпуса, в котором установлены один термометр, манометр, термокондуктивный дебитомер, локатор муфт, узел ориентации выносных электродов и канал гамма-каротажа, и многорычажный расходомер, закрепленный на конце модуля датчиков, согласно варианту 4 изобретения дополнительно снабжено установленными в модуле датчиков, как минимум, тремя датчиками влагометрии; как минимум, двумя термометрами, а также рычажным центратором, установленным на свободном конце модуля датчиков, при этом выносные электроды термометров, равномерно разнесенные относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства, встроены в самораскрывающиеся тяги рычажной системы расходомера, а выносные электроды датчиков влагометрии, равномерно разнесенные относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства, встроены в тяги рычажной системы центратора.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин, содержащее модуль датчиков, выполненный в виде удлиненного корпуса, в котором установлены один термометр, манометр, термокондуктивный дебитомер, локатор муфт, узел ориентации выносных электродов и канал гамма-каротажа, и многорычажный расходомер, закрепленный на конце модуля датчиков, согласно варианту 5 изобретения дополнительно снабжено установленными в модуле датчиков, как минимум, тремя датчиками влагометрии; как минимум, двумя термометрами, а также рычажным центратором, установленным на свободном конце модуля датчиков, при этом выносные электроды датчиков влагометрии, равномерно разнесенные относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства, встроены в самораскрывающиеся тяги рычажной системы расходомера, а выносные электроды термометров, равномерно разнесенные относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства, встроены в тяги рычажной системы центратора.
Заявленное техническое решение имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- наличие в приборе многозондового влагометра с выносными электродами, встроенными в плечи рычажной системы расходомера (или центратора) и ориентированными по периметру скважины (вариант 1 изобретения), обеспечивает сканирование влагосодержания нефти по всему сечению горизонтальной части ствола скважины и, в совокупности с двумя локальными термометрами, позволяет получить более объективную информацию по характеру распределения температурных аномалий;
- наличие в приборе многозондового термометра с выносными электродами, встроенными в плечи рычажной системы расходомера (или центратора), и ориентированными по периметру скважины, обеспечивает сканирование температурного поля по всему сечению горизонтальной части ствола скважины, а также повышение оценки характера распределения скоростей потока в плоскопараллельной среде по сечению скважины и, в совокупности с двумя влагомерами (вариант 2 изобретения), обеспечивает выделение эффективно работающих интервалов и контролирует прорыв воды в продуктивных коллекторах;
- разнесение выносных электродов многозондового термометра и многозондового влагомера на разные рычажные системы на концах модуля датчиков (вариант 3 изобретения) позволяет увеличить количество выносных электродов, а соответственно и количество рычагов рычажных систем, не увеличивая поперечные размеры устройства, а также обеспечивает возможность проведения исследований предложенным сканирующим устройством в скважинах малого диаметра и НКТ с сохранением заданной точности в процессе измерений;
- локализация датчиков влагометрии и термометрии в одном модуле с другими датчиками (манометр, дебитомер, локатор муфт, узлел ориентации выносных электродов, канал гамма - каротажа и т.д.) повышает достоверность считываемой информации с учетом гидродинамических параметров скважины непосредственно в точке измерения.
На фиг.1 показан вариант конструкции шестирычажного сканирующего устройства для исследования действующих скважин (варианты 1-3 изобретения).
На фиг.2 показано размещение выносных электродов в плечах рычажной системы расходомера - в исходном и в рабочем состоянии.
На фиг.3 показан вариант конструкции шестирычажного сканирующего устройства для исследования действующих скважин (варианты 4-5 изобретения).
На фиг.4 показано размещение выносных электродов в плечах рычажной системы центратора.
На фиг.5 приведена конструкция рычажного расходомера с самораскрывающимися тягами.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин (далее - устройство) содержит удлиненный модуль 1, в корпусе которого размещены шесть датчиков влагометрии, два термометра, локатор муфт и локальные датчики - гамма-каротажа, расхода, манометр (не показаны). На конце модуля 1 закреплен высокочувствительный расходомер 2 (варианты изобретения 1-3) и/или центратор 4 (вариант изобретения 4-5). В плечах самораскрывающейся многорычажной рычажной системы расходомера 2 и/или центратора 4 закреплены выносные электроды 3 и 5 - термометров и/или датчиков влагометрии соответственно.
Расходомер 2 содержит самораскрывающуюся многорычажную систему из двуплечих тяг 6 и одноплечих тяг 7, эластичную турбинку 8, опирающуюся на подшипники 9, хвостовик 10, втулки 11, пружину 12, закрылки 13 и узел регистрации оборотов 14 турбинки 8. Конструкция самораскрывающейся многорычажной системы расходомера 2 обеспечивает постоянный межцентровой зазор в подшипниках эластичной турбинки 8 независимо от угла наклона устройства.
Выносные электроды 3 (5) электрически связаны с соответствующими термометрами и/или датчиками влагометрии модуля 1 и закреплены на верхних плечах двуплечих тяг 6 расходомера 2 на одинаковом уровне в локальной области вращения эластичной турбинки 8. Выносные электроды 3 (5) могут быть установлены и на нижних плечах двуплечих тяг 6 - существенного влияния на результат измерений это не оказывает.
Работа с предложенным устройством осуществляется следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину самораскрывающуюся многорычажную систему расходомера 2 с закрепленными на плечах двуплечих тяг 6 выносными электродами 3 (5) складывают, сжимая к продольной оси устройства и сминая при этом турбинку 8.
В сложенном виде расходомер 2 не выходит за габариты корпуса модуля 1. В таком виде устройство на геофизическом кабеле спускают в колонну труб. Закрылки 13 удерживают турбинку 8 в сложенном состоянии и предохраняют ее от механических воздействий в процессе спуска по колонне труб.
В процессе спуска под воздействием давления внутрискважинной жидкости пружина 12 освобождает самораскрывающуюся многорычажную систему расходомера 2. После спуска ниже колонны труб самораскрывающаяся многорычажная система расходомера 2 и эластичная турбинка 8 распрямляются в рабочее положение. Под воздействием потока скважинной жидкости эластичная турбинка 8 начинает вращаться.
Размещенными в модуле 1 термометрами и/или датчиками влагометрии, одновременно с регистрацией числа оборотов эластичной турбинки 8, осуществляется регистрация параметров выносных электродов 3 (5) и отслеживается изменение состава влагосодержания по сечению всего ствола скважины и/или выделение температурных аномалий в продуктивных коллекторах, пересеченных горизонтальными или наклонно направленными скважинами. При этом посредством геофизического кабеля производится совместная регистрация данных всех сканирующих и локальных датчиков, установленных в модуле 1, и их оперативная обработка наземной аппаратурой.
По окончании работы устройство на геофизическом кабеле затаскивается в колонну труб. Самораскрывающаяся многорычажная система расходомера 2 при этом принудительно сжимается, сминая эластичную турбинку 8 и прижимая закрылки 13. Устройство извлекается из скважины.
Аналогично осуществляется работа с предложенным устройством с применением центратора 4 (варианты изобретения 4-5).
Перед спуском в колонну труб пружинно-рычажную систему центратора 4 с закрепленными на его плечах выносными электродами 3 (5), как и многорычажную систему расходомера 2, принудительно сжимают и в таком виде спускают на геофизическом кабеле в колонну труб. По окончании работы устройство на геофизическом кабеле поднимают вверх. Рычажная система центратора 4, как и расходомера 2, принудительно складывается. Устройство втягивается в колонну труб и извлекается на поверхность.
На практике проводилось сканирование предложенным устройством (конструкция по варианту изобретения 1) с выносными электродами шести датчиков влагометрии. Устройство обеспечило сканирование влагосодержания нефти по сечению крутонаклоненной и горизонтальной части ствола скважины с достаточно высокой точностью измерений содержания воды в нефти в диапазоне 0%-60%. В диапазоне содержания воды в нефти выше 60% - датчики влагометрии работали в режиме индикации.
Для обеспечения равномерного разнесения относительно друг друга по окружности в плоскости поперечного сечения устройства выносные электроды 3 (5) термометров и датчиков влагометрии (вариант 3) встраиваются в плечи многорычажной рычажной системы расходомера 2 попеременно через один.
На практике испытывались также 6- и 8-рычажные системы расходомеров 2 с одновременным применением 3-зондовых влагомеров и термометров и 4-зондовых влагомеров и термометров соответственно. Практические исследования показали, что увеличение количества выносных электродов термометров и/или датчиков влагометрии повышает чувствительность последних и информативность измерений, однако это требует соответственного увеличения количества рычагов расходомера 2. С целью сохранения надежности конструкции устройства, а также снижения диаметра устройства на свободном конце модуля 1 был установлен центратор 4 (фиг.3), в плечи рычагов которого встроены выносные электроды 3 термометров (на практике испытывался 6-рычажный центратор с соответствующим количеством выносных электродов).
Таким образом, предложенная конструкция сканирующего устройства для исследования действующих скважин (варианты), содержащая, наряду с локальными датчиками (термометр, манометр, канал гамма-каротажа, дебитомер, датчики ориентации выносных электродов, локатор муфт и т.д.) также и многорычажные сканирующие влагомеры и сканирующие термометры, позволяет отслеживать динамику изменения состава влагосодержания по сечению всего ствола скважины и повышает достоверность выделения температурных аномалий в продуктивных коллекторах, пересеченных горизонтальными или наклонно направленными скважинами. При этом создаются наиболее объективные условия для совместной обработки данных по всем сканирующим и локальным датчикам.
Сканирующее устройство для исследования действующих скважин (варианты) в зависимости от решаемых задач может использоваться как в качестве самостоятельного потокометрического модуля, так и в комплексе с другими скважинными приборами и использоваться для контроля интервалов перфорации и привязки результатов измерений к разрезу как вертикальной, так и наклонной или горизонтальной скважины.