Способ исследования обсадных колонн в скважине и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленностии позволяет повысить точность исследования путем непрерывного определения внутреннего диаметра, выявления желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом . Для этого исследования проводят непрерывно во время движения снаряда двумя идентичными, диаметрально противоположно расположенными датчиками (Д), закрепленными на вращающемся с помощью двигателя цилиндре. При этом измеряются ирегистрируются расстояния от Д до внутренней поверхности колонны в диаметрально противоположных направлениях.. Результирующие сигналы с каждого из с f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (50 4 Е 21 В 47/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3911062/22-03 (22) 17.04.85 (46) 30,01.87. Бюл. № 4 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро промысловой геофизики (72) В.Н.Колесников и Г.Н.Рубан (53) 622.241 ° 5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 446639, кл. E 21 В 47/08, 1972 °

Авторское свидетельство СССР № 888373, кл. E 21 В 47/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР ¹- 261318, кл. Е 21 В 47/04, 1967. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБСАДНЫХ

КОЛОНН В CKBARHHE И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области нефтяной и газовой промьппленности. и позволяет повысить точность исследования путем непрерывного определения внутреннего диаметра, выявления желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом, Для этого исследования проводят непрерывно во время движения снаряда двумя идентичными, диаметрально противоположно расположенными датчиками (Д), закрепленными на вращающемся с помощью двигателя цилиндре, При этом измеряются и ре гистрируются расстояния от Д до внутренней поверхности колонны в диаметрально противоположных направлениях,.

Результирующие сигналы с каждого из

1286758 кающих во время его движения, меньme частоты вращения датчиков, поэтому в определенные моменты ось колонны будет лежать в плоскости датчиков и в эти моменты при наличии смещения скважинного снаряда относительно оси колонны один из датчиков будет максимально приближен к внутренней поверхности колонны, другой максимально удален, что при.регистрации отметится как наличие противоположных экстремумов.

При одинаковых расстояниях от датчиков до колонны будут зарегистрированы одинаковые показания. Совместная обработка ревультатов измерений двумя диаметрально противоположно расположенными датчиками позволит исключить влияние на результаты измерений смещения скважинного снаряда относительно оси колонны во время его движения.

Непрерывный контроль за вращени,ем датчиков и функционированием электрической схемы устройства позволит избежать ложных записей.

Устройство содержит по два одинаковых датчика, каждый из которых представляет измерительные преобразователи 1 и компенсационные преобразователи 2. Последние со стороны колонны (He показаны) закрыты фер ромагнитными экранами 3. Перед их полюсными наконечниками 4 расположен центратор в виде эксцентрика 5.

Преобразователи l и 2 закреплены противоположно друг другу при помощи опор 6 к цилиндру 7, кинематически связанному с двигател6м, apam щимся вокруг трубы 8 (не показан).

Снаружи преобразователи 1 и 2 закрыИзобретение относится к способам и устройСтвам, используемым при проведении исследований в обсадных колоннах нефтяных и газовых скважин, и служит для определения внутренне- 5 го диаметра, выявления желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом.

Целью изобретения является повышение точности исследования путем не-1О прерывного определения внутреннего диаметра, выявления желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом.

На фиг. 1 представлено расположеВ ние измерительных и компенсационных преобразователей устройства для исследования обсадных колонн в скважине на фиг, 2 — функциональная схема устройства; на фиг. 3 — пример 20 реалиэацииь способа.

Большая деятельность проводимых исследований, сокращение времени, необходимого для проведения исследований на скважине, и осуществление непрерывного контроля за вращением датчиков и функционированием измерительной схемы устройства достигается путем исследований, проводимых. непрерывно во время движения скважинного снаряда двумя идентичными, диаметрально противоположно расположенными датчиками, закрепленными на вращающемся при помощи двигателя цилиндре. При этом измеряются и 35 регистрируются расстояния от датчиков до внутренней поверхности колонны в диаметрально противоположных направлениях, Причем частота соб ственных колебаний скважинного снаря- 4О да относительно оси колонн, возниД поступают через контактные кольца платы переключателя 19 на соответствующий модулятор (М) 16. Преобразованные в M 16 сигналы поступают на усилитель 1 7 мощности и с него по кабелю в наземную часть телевизионной системы. Здесь сигналы разделяются по частоте, преобразуются в постоянный ток, пропорциональный расстоянию от Д до внутренней поверхности, который регистрируется в виде диаграммы, Одновременно третьим каналом с помощью контактной щетки 25, кольца 26 со вставкой 27, резистора 28 и M 16 регистрируется стандарт-сигнал с добавочного трансформатора 22 с метками вращения Д. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1286758 ты тороидальным корпусом 9 иэ неметаллического материала, в котором размещен также двигатель.

Функциональная схема устройства для исследования обсадных колонн в скважине (фиг. 2) включает блок 1 электроники и блок II датчиков.

Кроме того, устройство содержит схему контроля, включающую генераторные обмотки 10, измерительные 10 обмотки 11 размещенные на магнитопроводе 12, блок питания 13, разделительный дроссель 14, разделительный конденсатор 15, модуляторы 16,. усилитель мощности 17, подготови- 15 тельное реле 18, .платы переключателя 19, переключатель (исполнительный электромагнит) 20, эталонный резистор 21 и добавочный трансформатор 22. 20

В блоке II датчиков находятся ,преобразователи 1 и 2, двигатель 23, ! ,конденсатор 24, контактные кольца с .щетками 25, кольцо 26 с вставкой 27, резистор 28 постоянного сопротивле- 25 ния (компенсатор давления и редуктор не показаны).

Наземная часть устройства включает блок управления 29, источник питания двигателя 30, источник питания 30 датчиков и электронной схемы 31, блок демодуляторов 32 и регистратор 33.

Связь между наземной частью устройства и скважинным снарядом осуществляется при помощи трехжильного каротажного кабеля 34.

Первичная обмотка 35 трансформатора 22 зашунтирована регистром 28 постоянного сопротивления, вторичная р0 обмотка 36 подключена к входу модулятора 16, а вставка 27 выполнена в изолированном от корпуса 9 кольце

26 с возможностью взаимодействия с щеткой 25 и соединена через резистор с корпусом 9 (связь не показана).

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения прибор питает- 50 ся по жиле кабеля током частотой

300 Гц. Этот ток проходит дроссель

14, первичную обмотку трансформатора блока питания 13, цепь подготовительного реле 18, норМально замкнутый контакт P-1, эталонный резистор

21 и замыкается на корпусе. Питание генераторных обмоток датчиков осуществляется от трансформатора блока питания 13 через контактные кольца 25.

В основу измерения положен метод, заключающийся в том, что в двух идентичных электромагнитных преобразова-телях, включенных по дифференциальной схеме, при одинаковых условиях в измерительных . обмотках наводится ЭДС, равная по величине, но противоположная по знаку.

Результирующий сигнал датчика ра"; вен нулю, но стоит изменить зазор между измерительным преобразователем и ферромагнитной колонной, как на одной из индикаторных катушек 1 появйтся преобладающая ЭДС. Результирующий сигнал будет отлнчен от ну,ля и меняться пропорционально изменению зазора. В данном устройстве нулевой результирующий сигнал, соответствующий л;инимальному расстоянию между измерительным преобразователем и колонной, устанавливают при помощи эксцентрика 5, расположенного перед полюсными наконечниками 4 (фиг. 2) компенсационного преобразователя 2..Результирующие сигналы с каждого из датчиков поступают через контактные кольца 25 платы переключателя 19 на соответствующий модулятор 16. В модуляторах происходит преобразование сигналов, промодулированных по амплитуде,и сигналов,промодулированных по частоте.

С модуляторов информационные сигналы поступают на усилитель 17 мощности и с него через конденсатор

15 по жиле кабеля в наземную часть телевизионной системы. В наземной части аппаратуры сигналы разделяются по частоте, преобразуются в постоянный ток, пропорциональный расстоянию от датчиков до внутренней поверхности, который и регистрируется в виде диаграммы.

Вращение цилиндра 7, на котором расположены преобразователи 1 и 2, происходит при помощи однофазного синхронного двигателя 23, питание которого током частотой 50 Гц и напряжением 220 В осуществляется от .источника питания двигателя по двум жилам кабеля 34.

1 г

Конденсатор 24 служит для сдвига фаз подаваемого на различные обмотки двигателя напряжения.

Переключатель 20 позволяет калибровать измерительные каналы по стандарт- и нуль-сигналам, подклю86758

12 чая к входам модулятора добавочный трансформатор 22, датчики или замыкая входы модулятора на корпус. Для переключения по жиле кабеля с поверхности падается импульс постоянного тока, Под действием этого импульса подготовительное реле 18, размыкая контакт P-1, включает в цепь тока обмотку исполнительного электромагнита 20, который осуществляет перевод контактов переключателя в соседнее положение °

Напряжение стандарт-сигнала снимается с эталонного резистора 21 через добавочный трансформатор 22.

В положении нуль-сигнала входные цепи замыкаются на корпус.

Контроль за вращением датчиков и функционированием измерительной схемы осуществляется при помаши добавочного трансформатора 22, контактной щетки 25, кольца 26 с вставкой

27, резистора 28 и соответствующе о модулятора 16. Кольцо полностью изолировано, а вставка 27 через резистор 28 соединена с корпусом. В момент прохождения щетки через вставку шунтируется вход модулятора, на который постоянно подается стандартсигнал с добавочного трансформатора

22, по которому калибруют измерительную схему., В результате регистратором 33 будет записана диаграмма стандарт-сигнала с метками, свидетелвствующими а вращении датчиков, Изменение уров- . ня общего регистрируемого сигнала будет свидетельствовать о том, что произошли нарушения в работе измери:тельной схемы устройства,.что позволит своевременно обнаружить неисправность, Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Движение скважинного снаряда вдоль оси колонны .осуществляется со скоростью 180 м/ч. Вращение датчиков теплостойким синхронным двигателем через редуктор

10 об/мин или 1 оборот за 6 с., Колебания скважинного снаряда возникают, в основном, при прохождении им стыковых соединений труб колонны скважины или через 8—

10 м. При скорости 180 м/ч колебания . скважинного снаряда возникают через

3- 3,5 мин. 3а это же время датчик совершает 30-35 оборотов. Поэтому колебания скважинного снаряда не ска6 зывают я на качестве регистрируемого материала, При скорости движения скважинного снаряда 600 м/ч колебания скважинного снаряда будут происходит через

60 с, что опять же в 10 раз реже частоты вращения датчика.

Регистрация результатов измерения производится на диаграммную бумагу

fp регистратора каротажной станции тремя каналами в масштабе глубин 1:20, Двумя каналами регистрируются показания датчиков, третьим каналом регистрируется стандарт-сигнал с добавоч15 ного трансформатора с сигналами,свидетельствующими о вращении датчиков.

Длительность исследований при такой скорости движения скважинного снаряда составляет 0,15 м по оси ко20 лонны, так как за время одного оборота датчика скважинный снаряд перемещается на 0,3 м, а измерения про— водятся двумя диаметрально противо" положно расположенными датчиками.

25 Датчик имеет зону исследований по оси колонны в каждый момент времени порядка 0,150 м, поэтому внутренняя поверхность колонны будет исследоваться практически полностью.

30 Кроме этого, можно проводить исследования при скорости движения скважинного снаряда 600 м/ч, движение диаграммной бумаги при этом устанавливают в масштабе глубин 1:200 (1 см диаграммной бумаги — 200 см продвижения снаряда).

Детальность исследований при этом составит 0,5 м. По результатам этих исследований можно наметить участки ,10 для детальных исследований по известному методу, Пример. При проведении исследований колонн скважин скважинный снаряд спускается до нижней отметки исследуемой колонны. Во время спуска скважинного снаряда настраивается регистратор по нуль-сигналу и стандарт-сигналу.

При подъеме скважинного снаряда

50 со скоростью 600 м/ч производится регистрация показаний обоих датчиков и стандарт-сигнала с метками вращения датчика регистратором каротажной станции в масштабе глубин

1;200.

По результатам этой записи определяют участки для детальных исследований, границы желобообразных выработок, износов стенок колонн, про1286758 мую линию с характерными метками вращения датчика. Отклонение этой линии от прямой свидетельствует .о нарушениях в работе устройства °

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет повысить точность определения внутреннего диаметра, желобообразных выработок и степени изно- са обсадных труб бурильным инструментом, повысить детальность исследований, исследовать практически всю внутреннюю поверхность колонн, сократить время, необходимое для проведения исследований.

Контроль за вращением датчиков и функционированием измерительной схемы устройства позволяет исключить запись ложных диаграмм при неработающем двигателе и своевременно обнаружить неисправность электрической схемы устройства.

Ф о р м у л а и з обре т е н и я

1, Способ исследования обсадных колонн в скважине, основанный на измерении расстояний от вращающегося датчика скважинного снаряда до внутренней поверхности колонны с последующей регистрацией, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности исследования путем непрерывного определения внутреннего диаметра, выявление желобообразных выработок и степени износа обсадных труб бурильным инструментом измерения производят при движении скважинного снаряда в двух диаметрально противоположных направлениях и одновременно с регистрацией расстояний регистрируют стандарт-сигнал с метками вращения датчиков.

2. Устройство для исследования обсадных колонн в скважине, включающее тороидальный корпус, внутри которого размещены двигатель, кинематически связанный с цилиндром для вращения последнего, контактные кольца с щетками, центратор и размещенный на цилиндре датчик, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительным датчиком, схемой контроля, модулятором и вставкой, при этом дополнительный датчик размещен на цилиндре диаметрально противоположно первому датчику, схема контростирающихся на значительные (до десятков метров) расстояния.

Вторым этапом проводят исследования намеченных участков колонны более детально. Для этого опускают 5 до нижней границы самого нижнего выбранного интервала и проводят регистрацию показаний датчиков и стандарт-сигнала с метками вращения датчика при скорости подъема скважинно- 10

ro снаряда до 180 м/ч. Регистрацию производят на диаграммную бумагу регистратора каротажной станции в масштабе глубин 1:20.

Записи первого и второго датчиков 15 (показано) повторяют одна другую со о сдвигом на 180 и по виду напоминают синумлиды. Такой вид запись приобретает при наличии смещения скважинного снаряда относительно оси колон- 20 ны. При отсутствии такого смещения запись преобретает вид прямой линии.

При наличии износа он отображается на записи характерными импульсами тем большей амплитуды, чем больше величина износа.

По этим записям определяются величина внутреннего диаметра колонны

Фц„и величина износа az.

Внутренний диаметр равен сумме ве- 30 личины диаметра окружности, по которой вращаются датчики (эта величина постоянна и известна для каждого прибора), и полусуммы расстояний и 1 от каждого датчика до колонны в точке противоположно расположенных экстремумов. Отсчеты берутся по градуировочной зависимости, которая строится при помощи градуировочного устройства во время сборки и наладки скважинного снаряда. Градуировочная зависимость представляет собой зависимость показаний датчика от расстояния между датчиком и.внутренней поверхностью колонны.

Величина износ z определяется . как разность расстояния от датчика до колонны в точке максимального износа z и расстояния от датчика ког лонны, если бы в ней не было износа z< °

Если износ имеет протяженность более 0,15 м (желобообразная выработка), то он будет периодически отмечаться каждым датчиком. Постоянное определение его величины дает представление о характере выработки и определяется ее профиль. Запись стандарт-сигнала представляет собой пря- ля включает в себя трансформатоРе первичная обмотка которого эашунтирована резистором постоянного сопротивления, а вторичная — подключена к входу модулятора, причем вставка

0 1

Корректор А.Обручар

Редактор А. Гулько

Заказ 7692/32 Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г„- Ужгород, ул. Проектная, 4 ао

1286758 1О выполнена в изолированном от корпуса кольце с возможностью взаимодействия со щеткой и соединена через другой резистор с корпусом.

Г Л 4 Х 6 7 8 УNAÔ

ФигЗ

Составитель В.Стрельченко

Техред И.Ходанич