Устройство измерения в буровой скважине

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (5D 4 Е 21 В 47 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2484353/22-03 (22) 17.05.77 (31) 687471 (32) 17. 05. 76 (33) ПБ (46) 30.03.87. Бюл. Р 12 (7 1) Шлюмбергер Оверсиз, С,А, (РА) (72) Ник А,Шастер (US) (53) 622.242 (088.8) (56) Патент США N- 3312934, кл, 340- 18, опублик. 1967.

Патент США Р 3849721, кл. 340-18, опублик. 1974.

Патент США Р 3330374; кл. 181-05, опублик, 1967.

Патент США У 3524162, кл. 181-05, опублик. 1970, Патент США У 3304537, кл. 185-05, опублик, 1967, (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ИЗККРЕИИЯ В

БУРОВОЙ СКВАЖИНЕ, содержащее две группы приемных и передающих преобразователей, укрепленных вдоль суппортного элемента, установленного с возможностью перемещения в скважине и протянувшегося вдоль направления, параллельного направлению

его перемещения, измерительную аппаратуру,. включающую блок памяти, блок управления и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем компенсации отклонения буровой скважины и/или отклонения преобразователей внутри буровой скважины, приемные преобразователи размещены один от другого на таком же расстоянии вдоль линии, что и передающие преобразователи, и размещены с одной стороны от них, причем преобразователи обеих групп имеют одинаковые рабочие характеристики.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что измерительная аппаратура снабжена блоком выбора и комбинирования измерений, к входу которого подключены группы преобразователей и выходы блока памяти, а к выходам — блок индикации и блок управления.

1301322

Изобретение относится к автоматическим устройствам компенсированного измерения в буровой скважине.

Известны различные устройства измерения в буровой скважине, в которых измерения осуществляются с помощью двух приемников и одного датчика (Т-RR где Т вЂ” датчик, R приемник), однако такие устройства не компенсируют перекоса инструмента по отношению к оси буровой скважины, Чтобы исключить перекос, может быть предусмотрен дополнительный датчик, образующий инструмент, который имеет Т-RR-Т-расстановку.

Каждый из двух датчиков может быть селективно управляемым, при этом может измеряться время распространения до каждого из пвух приемников, Однако в скважинных инструментах типа Т-RR-Т увеличение расстояния

Т-R влечет за собой удлинение инструментов, так как расстояние Т-R удваивается. Более длинные инструменты нежелательны, вследствие дороговизны, затрудненности транспортировки и сложности опускания их в перекошенную HJIH наклонную буровую скважину, Известны также устройства измерения, в которых более длинные расстояния Т-R в расстановке Т-RR-T увеличивают длину спусковых салазок, которая уменьшает вероятность удержания спусковых салазок в непрерывном контакте со стенкой буровой скважины.

Известна также частично компен- . сирующая система без изменения длины инструмента, в которой запоминаются по меньшей мере два различных измерения для двух различных расстояний. Зто приводит к удорожанию системы и большой уязвимости проблем глубины установок, таких, которые вносятся движением инструмента.

Кроме того, компенсация инструмента не всегда полная.

Известно также устройство, в котором использован дополнительный приемник к каждому из двух существующих. Каждый дополнительный приемник отделен от существующего небольшим расстоянием, соответствующим приблизительно двойному смещению, внесенному рефракционной ошибкой (одно смещение для каждого из двух различ" ных направлений приема)..Таким образом используются четыре приемника, tèíäèêàöèè, приемные преобраэователи размещены один от другого на таком же расстоянии вдоль линии, что и передающие преобразователи, и размещены с одной стороны от них, причем преобразователи обеих групп имеют одинаковые рабочие характеристики.

При этом измерительная аппаратура снабжена блоком выбора и комбинирования измерений, к входу которого подключены группы преобразователей и выходы блока памяти, а к выходамблок индикации и блок управления, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства измерения; на фиг. 2 и 3 - два раздельных положения I u

Ь преобразователей на отметках глубины d и d на фиг. 4 — два положения I u J на отметках глубины d и d>, устройство включает скважинный инструмент 1 с расстановкой датчи45

55 по два для каждого направления приема, Однако такое выполнение усложняет управление и увеличивает стоимость °

Известно устройство измерения в буровой скважине, содержащее две группы преобразователей, укрепленных вдоль суппортного элемента, установленного с возможностью перемещения в скважине и протянувшегося вдоль направления, параллельного направлению его перемещения, измерительную аппаратуру, включающую блок памяти, блок управления и блок индикации.

Однако такое выполнение устройства требует удлинения инструмента, усложняет управление и увеличивает стоимость.

Цель изобретения — повышение точ-. ности измерения путем компенсации отклонения буровой скважины и/или отклонения преобразователей внутри буровой скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения в буровой скважине, содержащем две группы преобразователей, укрепленных вдоль суппортного элемента, установленного с возможностью перемещения в скважине и протянувшегося вдоль направления, параллельного направлению его перемещения, измерительную аппаратуру, включающую блок

35 памяти, блок управления и блок

13013 ков, содержащей четыре преобразователя 2 — 5. Расстановка может входить в инструмент, который выполнен в виде полого шпинделя, приспособленного для центральной или эксцентричной работы, или в спусковой салазочный элемент с датчиками, расположенными на салазках для работы в тесном контакте со стенкой скважины. l0

Последующие пояснения предполагают, что инструмент был опущен к основанию скважины так, что затем он может медлерно возвращаться по направлению к поверхности путем механического управления регистрирующим кабелем 6, наматываемым на лебедку 7, Hà поверхности, что обеспечивает передачу сигнала и команд между инструментом и блоком 8 управления на поверхности. Таким образом, перемещение инструмента может быть непосредственно связано с перемещением на поверхности проволочного троса. 25

Наземный блок 8 управления действует как программный селектор датчиков и приемников, который через кольцевой коллектор на лебедке

7 соединен с регистрирующим кабелем 6 и подземным блоком 9,управления в инструменте 1, находящимся в скважине, Синхронно с перемещением кабеля на управляющий блок 8 и блок 10 памяти измерений подаются импульсы приращения глубины через какое-либо механическое или электрическое соединение 11, а также на блок 12 выбора и комбинирования измерений, если оно имеется у местоположения скважины, так что обработ ка измерений может производиться в то же время. Таким образом, выбор датчиков и соответствующие измерения синхронизированы, 45

Устройство работает следующим образом.

Текущий выбор и комбинирование измерений нет необходимости делать одновременно с получением отдельных замеров. Эти измерения могут быть обеспечены для обработки в более позднее время от обычного цифрового или аналогового накопительного устройства, в месте, удаленном от сква- 55 жины, Однако важно, чтобы вместе с измерениями регистрировались приращения глубины, соответствующие пере22 4 мещениЬ инструмента, так как это необходимо для точного соотношения измерений друг к другу на основе глубины.

Когда инструмент 1, содержащий четырехпреобразовательную расстановку, перемещается вверх через положения глубины I J К .и L систематическим методом выбираются различные датчики, так что при регулярных приращениях выполняется последовательность измерений. Обычно на инструменте определенная точка выбирается в качестве опорной, поэтому измерения, полученные с различными преобразователями, могут быть отнесены одно к другому и к глубине инструмента, расположенного в скважине, так, как зарегистрировано на поверхности, Хотя может быть выбрана любая точка (фиг. 1 изображает), а описание далее основывается на выборе опорной точки глубины, расположенной на инструменте 1 у самого верхнего преобразователя, т,е. преобразователя, который наиболее близок к поверхности -земли, когда инструмент продвигается в скважине.

На фиг, 2, 3 и 4 показано четыре преобразователя расстановки инструмента 10, обозначенные с i пб 4, В описании буква Т с индексом используется как обозначение преобразователей, приемников или датчиков.

Кроме того, два самых верхних преобразователя Т, и Т работают как приемники, а два самйх нижних преобразователя Т и Т работают как датчики.

Желательно, чтобы преобразователи определенного типа, как те, что работают в качестве приемников, были сгруппированы в инструменте или спарены вместе, и чтобы преобразователи перемещались горизонтально и вертикально в скважине координатным образом. Кроме того, заранее выбранный разнос между преобразователями в каждой группе должен быть одинаковым, т.е, разнос между Т, и Т вдоль длины суппортного элемента с преобразователями должен быть таким же, как разнос между датчиками Тэ и

Т . Расстояние между группами преобразователей различных типов, например расстояние между приемником Т и датчиком Тэ, может быть или может не быть таким же, как разнос между

1301322 однотипными преобразователями, в зависимости от физических характеристик измеряемого земного пласта, глубины исследования в требуемом земном пласте.и др, факторов.

Фиг, 2 — 4 изображают расстановку преобразователей Т<, Т, Т и Т в двух раздельных положениях, показанных индексами уровня глубины у вершины каждой расстановки, Эти индексы от I po L относятся к верхнему преобразоватепю Т,, На фиг, 2 и 3 зти положения будут

I и L, т,е. верхний преобразователь

1 находится на отметках глубины d> и с1„ соответственно. На фиг. 4 два положения обозначены I и J, так как верхний датчик Т, находится на отметках глубины d u d соответственно, Когда расстановка продвигается из положения I в положение L (фиг,2 и 3) и иэ положения I в положение J (фиг, 4), она поднимается по сква-жине с глубины d через d, используя Т, как опорную точку глубины.

Датчик Т генерирует сигнал, который распространяется вверх по направлению к приемникам Т и Т,. Каждый из этих приемников преобразовывает принятый сигнал в соответствующий электрический сигнал, который может быть обработан в измерение m. Так как обычно ожидается, что сигнал, распространяющийся от Т> по направлению Т и Т< прибудет сперва к Т а затем к Т, измерение Т вЂ” Т обозначается как m,, а Т вЂ” Т, как mz.

Затем измерения m u m могут быть объединены для получения измерения подповерхностной физической характеристики в зависимости от измеряемых характеристик.

Например, если Т передает акустический импульс, измерения тп< и m представляют время распространения сигнала через пласт и среду, окружающую скважину, от Тэ к Т и Т, соI ответственно, а затем они могут быть объединены для определения интервала времени распространения между Т и Т,, называемого д .

Через некоторый временной промежуток после генерирования сигнала датчиком Т генерируется сигнал датчиком Т, как показано на фиг. 3, который принимается приемниками Т

Например, когда Т> является акустическим импульсным датчиком, интервал времени распространения g t между Т и Т, будет с ошибкой, если участки пути распространения сигнала, которые расположены в буровой скважине, будут различной длины для двух приемников. Такая разность возникает в случае перекоса инструмента, Такой тип компенсации буровой скважины возможен с расстановкой, имеющей значительно более короткую общую длину. Путем объединения первой группы измерений m„ и m, полученных на глубине d (см. фиг. 2 для случая I), с измерениями ш„ и ш полученными на глубине d (ñì. фиг ° 2 для случая 1.), получается новая комбинация замеров от датчиков, имеющих обратные ближние и дальние соотношения, которая обеспечивает и Т, и преобразуется в измерения m и m4 соответственно.

Полная последовательность измерения на глубине d включает, сле5 довательно, все измерения m,, m, m u mz. Далее m обозначает отдельное измерение в общем, безотносительно к типу, причем m выполняется в течение работы Тз с Т2, а г2 с т, 0 m в течение работы Т с Т, а т . с Т,.

Так как четыре измерения могут быть получены за очень короткий промежуток времени по отношению к пере15 мещению инструмента, то они могут считаться полученными на той же самой глубине. Например, акустический датчик может выдавать импульсы порядка 26 раз в секунду. Эта ско20 рость обеспечивает по меньшей мере пять полных последовательностей в секунду, в течение которых при нормальной скорости регистрации имеет место очень незначительное перемещение инструмента. Четыре измерения передаются на поверхность и запоминаются в блоке 10 памяти для последующего использования.

Через некоторое время, когда инструмент продвинется в скважине до глубины с1, как показано на фиг.2 и 3, может быть произведена вторая последовательность измерений m, ш

m и mä и использована для компенси35 рования влияний буровой скважины на отдельные измерения, I

Если емкость блока памяти измерений ограничена, является выгодным объединение некоторых измерений, что7 1301322 8 требуемую компенсацию буровой сква- щие компенсацию этих статистических жины. изменений. Тогда как сравнимая стаКроме того, одновременно со ском — тистическая компенсация могла бы пенсированным измеренным для отреза быть достигнута повторением измерев скважине может быть проделано вто- 5 ния при д, подобные повторные изрое скомпенсированное измерение для мерения ограничивают рабочий цикл большего отрезка, Объединяя вторую инструмента наполовину. В противогруппу измерений m > и m4, полученных положность этому, для получения тана глубине d (см. фиг. 3 для случая кого результата комбинированием

I), с измерениями m и ш, получен- 10 уже имеющихся измерений m, m увелиными на глубине d (см. фиг. 3 для чения рабочего цикла не требуется.

L случая L) получим второе измерение, Могут быть так же скомбинированы скомпенсированное для буровой сква- другие измерения для компенсации жины, но имеющее здесь большее рас- случайных шумов или различных эфстояние Т-R, нежели первое измере- 15 Фектов преобразователей и их отноние. Так получается потому, что вто- сительных положений в скважине. Нарая группа измерений относится к пример, m при глубине Л„может быть преобразователям более удаленным, использовано с тп при чем при первой группе. В некоторых случаях могут также дальнейшее достоинство расстанов- 20 сравниться такие измерения, как та ки преобразователей относится к ee » ттт для детектирования искажений использованию для компенсации стати- буровой скважины, таких как перестических или систематических пог- кос инструмента, Сравнение таких решностей получаемых измерений и измерений может дать показание комможет быть описано со ссылкой на 25 пенсации скважины, приложенной к осфиг, новным измерениям, и тем самым поПри этом измерение m на глубине

2 казание надежности скомпенсированповторяется измерением Р1з при cl ных измерений скважины.

J когда Т замещает Т,, à Т4 замещает Для получения одного скомпенсироТ, при продвижении инструмента в 30 ванного измерения необязательны все

3 скважине. При идеальных условиях четыре измерения в каждой последоваизмерений m равно m . Однако при г тельности и не обязательно делать обычных условиях измерения буровои каждое измерение после отдельного скважины существуют некоторые из- запуска датчика. Однако каждое от-. вестные причины, по которым этого 35 дельное измерение используется по может не произойти. Если могут ожи- меньшей мере дважды в различных комдаться даже небольшие статистические бинациях, обеспечивая два различизменения, например, когда выполня- ных компенсированных измерения при ются акустические измерения интерва- выбранном отрезке скважины, соотла времени прохождения, усреднени- 40 ветствующие двум различным расстоя- .

eM m npu d и т при d получают

2 ниям исследования между датчиком улучшенные измерения, обеспечиваю- и приемником:

m и m, при d (отрезок Т до Т, работает Тз); т тп и m, при с1, (отрезок Т до Т4, работает Т );

m4» m np» d (ovpesoK Т ро Т,, работает Т4) тн„и тп, при dq (отрезок Т., до Т4, работате Т, );

m np» d (Тз до Т» ) и mq при d (74 po T ); пт,при „(Тз до T, ) и тп при т1 .(Т4 до Т ).

Как показано на фиг. 1, каждое 50 бы минимизировать необходимую емизмерение с m no m для каждого

4 кость. Например, измерения m, ш приращения глубины d, d +,,... и для одного и того же приращения глут.д. запоминается блоком 1 памяти, бины (см. фиг. 2 в положении Х с причем каждое приращение порядка приращением с1 ) могут быть вычтены шести дюймов (152,ч мм) или менее. 55 в блоке 12 выббра и комбинирования измерения для образования нового измерения тп = m — m которое в свою очередь, может быть запомнено, заменяя m и m, или если имеется дос9 13 таточная емкость памяти, как дополнительное измерение.

Когда расстановка продвигается в скважине от d до d могут комбинироваться другие измерения, образуя замену или дополнительные измерения. Когда расстановка продвинется до глубины dL (см.положение

L на фиг. 2, 3), будет произведенаполная группа измерений. Те измерения, что были выполнены ранее, могут быть получены из элемента накопления блока 10 памяти, а те, что получены на глубине d теперь сущеL ствуют как текущие измерения. Таким образом, возможно затем объединить эти проделанные измерения для получения скомпенсированных измерений отрезка буровой скважины, изображенного на фиг. 2 — 4 под d>.

Например, вычитая m из m, полученные при dL, текущей глубине в положении L,.èçîáðàæåííîì на фиг, 2, и объединяя этот результат с измерениями тп и m при d>, полученными г ранее в положении I или с прежней комбинацией тп при d>, обеспечиваются скомпенсированные измерения для отрезка буровой скважины, показанного на фиг. 2-4, соответствующие короткому расстоянию исследования Т-R.

Описанные комбинации выражаются для акустического примера реализации измерений в добавлении двух из01322

10 мерений для того же отрезка буровой скважины, одно соответствующее измерению с двумя приемниками, а другое измерению с двумя датчиками, 5 обеспечивая требуемую компенсацию буровой скважины. Б зависимости от разноса однотипных пар преобразователей может быть необходимость в преобразовании масштаба, Если, например, разнос составляет один фут (30,48 см), правильная величина t как показано выходом А, будет получена делением окончательной комбинации на два, В дополнение к объединению этих двух измерений h t различные измерения на различных уровнях глубины могут сравниться для индикации условий буровой скважины, требую20 щих компенсации, или объединяться таким образом, чтобы получить сред. ние измерения, Йапример, m при d> г (см. фиг. 4 для случая I) и m при д (см. фиг. 4 для случая J) могут быть сложены или усреднены для образования m . Эти средние измерения могут затем объединяться для образования измерений а Т или для других целей, Использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить более полную компенсацию буровой скважины, включая перекос инструмента, и позволяет производить измерения по

35 всей длине скважины, 13G1322

Редактор Н. Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор Л, Пилипенко

Заказ 11б4/59 Тираж 533 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

Т ш ! т

m>I

m>

47—

Qf «ю Г

7

Фиг.4