Способ наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах и устройство для его осуществления

 

1. Способ наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах, включающий измерение ее расхода, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и точности оттока и притока жидкости в скважине, определяют расход жидкости на выходе из колонны бурильных труб и в призабойной зоне затрубного пространства и по разности этих величин и знаку разности судят о наличии притока или оттока жидкости в пласте. 2. Устройство для наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах, содержащее первый блок измерения расхода жидкости, хронометр, связанный с блоком управления , блоком измерения расхода жидкости , отличающееся тем, что оно снабжено выходным элементом, двумя мультиплексорами, коммутатором опроса, вычислителем и установленным по внешней образующей бурильной трубы вторым блоком измерения расхода жидкости, выполненным в виде 1- h генераторов ультразвуковых колебаний и 2- И датчиков ультразвуковых колебаний, расположенных по разные стороны от генератора, при этом один выход блока управления связан с I -м генератором ультразвуковых колебаний второго блока измерения расхода жидкости , а второй выход блока управления связана с входами коммутатора опроса, мультиплексоров и вычислителя , причем выход каждого датчика i-и пары ультразвуковых колебаний соединен через отдельный мультиплексор с входами вычислителя, выход которого соединен с выходным элементом, а выход первого блока измерения рас- .хода жидкости связан с входом вычислителя . § (Л о ;о 00 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„1209838 A (51)4 Е 21 В 47 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ

3 (р р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3690239/22-03 (22) 27 ° 10.83 (46) 07.02.86, Бюл. У 5 (71) Южное отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки (72) Л.Ф.Крайзман и N.Ä.Рубин (53) 622.04(088.8) (56) Померанц Л.И. и др. Автоматические газокаротажные станции. — М.:

Недра, 1969, с,.93-97.

Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, — Л.: Машиностроение, 1975, с. 518-555. (54) СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ОТТОКОМ

И ПРИТОКОМ ЖИДКОСТИ В БУРЯЩИХСЯ

СКВАЖИНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах, включающий измерение ее расхода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности оттока и притока жидкости в скважине, определяют расход жидкости на выходе из колонны бурильных труб и в призабойной зоне затрубного пространства и по разности этих величин и знаку разности судят о наличии притока или оттока жидкости в пласте.

2. Устройство для наблюдения за оттоком и притоком жидкости в бурящихся скважинах, содержащее первый блок измерения расхода жидкости, хронометр, связанный с блоком управления, блоком измерения расхода жидкости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено выходным элементом, двумя мультиплексорами, коммутатором опроса, вычислителем и установленным по внешней образующей бурильной трубы вторым блоком измерения расхода жидкости, выполненным в виде

i- h генераторов ультразвуковых колебаний и 2- h датчиков ультразвуковых колебаний, расположенных по разные стороны от генератора, при этом один выход блока управления связан с -м . генератором ультразвуковых колебаний второго блока измерения расхода жидкости, а второй выход блока управления связана с входами коммутатора опроса, мультиплексоров и вычислителя, причем выход каждого датчика

1 -й пары ультразвуковых колебаний соединен через отдельный мультиплексор с входами вычислителя, выход которого соединен с выходным элементом, а выход первого блока измерения расхода жидкости связан с входом вычислителя.

12098

Изобретение относится к промысловогеофиэическим Й геохимическим исследованиям скважин в процессе бурения, в частности к определению расходов жидкости в скважине ° S

Целью изобретения является повы- шение надежности и точности оттока и притока жидкости в бурящихся скважинах, На фиг. 1 показана схема измере- 10 ния расхода жидкости в скважине, a — измерительная установка, разрез, о — призабойная часть скважины с размещенной в ней измерительной установкой, вид.сверху; на фиг„ 2 — 15 геометрические построения, .поясняющие способ измерения расхода в затрубном пространстве; на фиг., 3 структурная схема устройства,, реализующего способ наблюдения за жидкос- 2п тью в скважине.

При этом обозначены скважина промывочная жидкость 2, в скважине, колонна 3 бурильных труб (призабойная часть), внешний измерительный 25 блок 4, содержащий несколько измерительных датчиков и включающий центральный элемент 5, верхний 6 и нижний 7 элементы, внутренний измериI тельный блок 8, расход ц - жидкости и в трубах, расход Q -жидкости в затрубном пространстве, изменение h Q расхода жидкости в скважине, вызванное притоком пластовой жидкости через стенку в скважине или уходом промывочной жидкости в пласт., рассТоНННН е,, е,, е„... е, рительных датчиков до стенки скважины, вектор С скорости ультразвукового сигнала, генерируемого элементом 5, его составляющие C, -ttepпендикулярная стенке скважины, — направленная по оси скважины, вектор скорости потока Y, расстояние от бурильной колонны до стенки скважины Е, длина измерительной базы о, т.е. расстояние между центральным и верхним (или нижним) элементами, базовый угол излучения (при 7 = О) О О, реальный угол излучения (при V ф О) /3 .

Способ осуществляется следующим ,образом, В колонну 3 с поверхности закачивается промывочная жидкость 2. Дой- 55 дя до забоя, она через струйное отверстие в долоте попадает в призабойную часть скважины 1 и по за38 2 трубному пространству поднимается до устья. При нормальном режиме бурения расходы жидкости в трубах ц и в затрубном пространстве Q npuIt мерно равны. В ряде случаев зто равенство нарушается. Например, при пересечении скважиной пластов с аномально высоким пластовым давлением образуется значительный приток жидкости из пласта в скважины и и I

Q Q . При наличии в пересекаемых породах трещин или пустот происходит уход жидкости. через трещины из скважины, тогда Q < Q . Обе эти ситуации, также как и некоторые другие, которые могут иметь место при бурении и характеризуются неравенств пг вом/Ц -Q />а Од,„, являются аварийными и требуют немедленного выявления и сигнализации на поверхность для принятия оперативного решения о режиме бурения. Для обнаружения разности расходов использованы два блока, один из них (блок 4) размещен на наружной поверхности колонны труб и предназначен для измерения Q другой (блок 8) находится внутри колонны труб и предназначен для измеI рения Q . Если для измерения расхода внутри колонны могут быть принципиально использованы любые системы, то измерение расхода в затрубном пространстве не может быть. произведено известными расходомерами из-эа непостоянного расстояния Е от стенки трубы до стенки скважины (фиг. 16)

Поэтому используется ультразвуковая измерительная установка, состоящая из датчиков, каждый из которых содер; жит центральный генерирующий элемент 5 и два приемных элемента 6 и 7 (фиг. 1q). Датчики размещены по цилиндрической поверхности колонны в призабойной ее части. При этом расстояния от датчиков до стенки скважины Е; неодинаковы (фиг, 1g).

Чем больше число таких датчиков, тем точнее измерение расхода. Однако реальное их количество определяется сложностью конфигурации скважины, собственными диаграммами перекрытия.

Каждый датчик измеряет расход в одном из секторов, границы которых отмечены на фиг. lb пунктирными линиями.

4 л IE

Расход в затрубном пространстве ч есть сумма этих частичных расходов.

В процессе измерения расхода поочередно включаются центральные элементы 5, 12098 генерирующие ультразвуковой сигнал.

При отсутствии прокачки раствора (Il = О) распространение ультразвукового .сигнала происходит под базовым углом к, При этом сигнал, отражаясь от стенки скважины и попадая на приемные элементы 6 и 7, проходит одинаковые пути за равные отрезки времени

20 Ь

С10

При наличии движения жидкости (V ф О) распространение сигнала происходит уже под; разными углами 31 и и время прохождения сигнала до верхнего приемного 6 1 и нижнего 7 элементов становится неодинаковым.

46Y ei11 са л л

Аь=ь!-Ь2 = 2

С л

С уд 4< з „ л1 11 У л2 3

8 = Е м; = . 6; 7 = С. 7

i=1 i1 1 16 6i1116

Устройство для наблюдения за жидкостью в скважине состоит из хронометра 9, блока 10 управления, блока 11 измерения расхода в затрубном пространстве, коммутатора 12, центральных 13, верхних 14 и нижних 15 элементов блока 11 измерения расхода в затрубном пространстве, мультиплексоров 16 и 17, вычислителя 18, содержащего функциональные блоки 19-23, выходной блох 24, блок 25 измерения расхода в трубе 25 (1... 1 ... Н вЂ” порядковые номера датчиков).

Блок 10 управления содержит гене- 45 ратор тактовых импульсов ГТИ, двоичный счетчик СЧ и дешифратор с управляющими выходами. Каждый управляющий выход соединен с соответствующим элементом схемы, например коммутатором 12, мультиплексорами 16 и 17, вычислителем 18, исполнительным блоком 23. Последовательность включения этих элементов определяется номером выходной цепи дешифратора, т.е. чис- 55 лом импульсов, поступающих на вход счетчика. Один из выходов дешифратора одна Hà IT и срывает. колебания

Учитывая, что площадь сектора, на котором производится измерение одним датчиком, при большом числе датчи- 25 ков и составляет (фиг. 1g) 38 4 генератора и обнуляет СЧ, что осуществляется после выполнения программы. Последующий запуск блока 10 производится хронометром 9 в следующий цикл измерений.

Устройство работает следующим образом.

Через определенные интервалы времени, задаваемые хронометром 9 в зависимости от скорости бурения, блок 10 управления через коммутатор 12 поочередно включает центральные элементы 15 (например, пьезоэлементы), которые генерируют импульсный ультразвуковой сигнал. При этом с элементов 14 и 15 через мультиплексоры 16 и 17 принятые сигналы поступают на вычислитель !8.

Вычислитель 18 имеет E основных блоков и выполняет следующие функции.

Блок 19 определяет разность во времени между приходом ультразвукового сигнала на верхний 14 и нижний 15 элементы, т.е. 1I . Блок 20 по приведенной формуле вычисляет Я;, для чего предварительно 61. возводится в квадрат. Блок 21 суммирует Q; эа один цикл опроса всех элементов для и получения О = K. Q На вход бло;=1 I ка 22 подается значение Я с блока. 25 измерения расхода и Q, noIt лученное в блоке 21. На выходе его образуется ьЦ = Q — QII . Блок 23 анализирует з начение а Я, определя-: ет его модуль и знак. Если(ай/ b04on то вырабатывается. сигнал оперативной сигнализации аварийной ситуации. Знак д Q показывает приток или отток жидкости иэ скважины. Результат передается в блок 24, который формирует сигнал, передаваемый на поверхность по бескабельному кана« лу связи (гидравлический, электрический).

Использование изобретения позволяет оперативно обнаружить аварийное состояние скважины за счет аномального измерения расхода промывочной жидкости на забое скважины по отношению к расходу на поверхности, причем использование скважинного и наземно-, го компонентов аппаратуры дает возможность обнаружения зарождения аварийной ситуации, что позволяет провести оперативные предупреждающие аварию мероприятия. Поэтому экономический эффект изобретения определяется суммой потерь, которых удалось избежать при устранении аварии. е, Ф

1 ) с

1 е

1 °

° °

j ° е е

° е е е а е

1 1 ! 1 +

l

° ° е!. °t ° е

° . е, С е д

° е ° е

° ее е ° е1

l е

° е е е

° ° е

° °

° ° е ° °

° °

1 ! (1209838 е

° е, °

° °

° ° е е ° ь "

1209838

ВНИИПИ Заказ 479/4O Тирах 548 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ухгород, ул.Проектная, 4