Аппаратурно-методический автономный комплекс для каротажа горизонтальных скважин на бурильных трубах

 

Использование: в области геофизики для проведения комплекса геофизических исследований горизонтальных скважин при поисках и разведке залежей полезных ископаемых, для одновременного электрического и радиоактивного каротажа, инклинометрии и т.д. Сущность изобретения: для расширения набора применяемых методов ГИС путем свободного формирования сборки автономных модулей, снижения времени и стоимости геофизических исследований устройство содержит автономные геофизические модули, соединенные шарнирно между собой в сборку, к верхней части которой присоединяется устройство для соединения сборки с колонной буровых труб. Комплекс дополнительно снабжен запорным приспособлением и обтекателем с циркуляционными отверстиями, нижний конец которого содержит посадочное седло, а верхний - муфту для соединения его с буровой трубой. Устройство для соединения сборки с колонной буровых труб состоит из штока обратного хода, представляющего собой трубу с окнами для бурового раствора, снабженную на нижнем конце средством для крепления шарнирного соединения геофизического модуля, а на верхнем конце амортизатором и удерживающим приспособлением, представляющим собой разрезные пружинные лепестки тюльпанообразной формы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для проведения комплекса геофизических исследований горизонтальных скважин при поисках и разведке залежей полезных ископаемых. Автономный комплекс может быть использован для одновременного проведения электрического и радиоактивного каротажа, инклинометрии и т.д. в наклонных и горизонтальных скважинах.

Известна технологическая система проведения геофизических исследований горизонтальных скважин стандартной кабельной геофизической аппаратурой "Горизонталь-1" (разработка АО НПФ "Геофизика", г. Уфа) (Научно-технический вестник АИС "Каротажник" - вып. 36, Тверь, 1997, с.88). Система основана на применении электрорадиопрозрачного контейнера, который состоит из стеклопластиковой трубы длиной 4-6 м. Скважинный прибор для каротажа размещается внутри контейнера и доставляется на забой горизонтальной скважины на буровом инструменте. Кабель, как канал связи, через специальный переводник пропускается в затрубное пространство. Наличие стеклопластиковой трубы снижает прочность устройства и не позволяет использовать его при каротаже скважин, имеющих малые радиусы искривления.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявленному изобретению является аппаратурно-методический комплекс "Горизонт" (разработка ВНИИГИС, г. Октябрьский) (Научно-технический вестник АИС "Каротажник" - вып. 36, Тверь, 1997, с. 85), предназначенный для исследования горизонтальных скважин приборами, спускаемыми на бурильных трубах. Конструктивно скважинный прибор состоит из семи унифицированных модулей, имеющих общие шины питания, управления и передачи данных. Модули помещены в стеклопластиковый корпус, который с помощью стального переходника крепится к буровому инструменту и доставляется на заданную глубину исследований горизонтальной скважины без применения каротажного кабеля. Предусмотрена возможность промывки при спуске бурового инструмента на забой. Все измерения производятся за один спуск-подъем, что дает жесткую увязку точек записи методов ГИС между собой.

Наземное оборудование включает в себя глубиномер, датчик веса, персональный компьютер, устройство сопряжения с объектом (УСО) и матричный принтер. Недостатками АМК "Горизонт" являются: - набор применяемых методов ГИС (комплекса исследований) ограничен конструкцией автономного комплексного скважинного прибора и задан постоянным; - диаметр скважинного прибора (180 мм) требует обязательной проработки скважины перед спуском комплекса, что увеличивает общее время на проведение исследований; - наличие стеклопластикового корпуса не только ограничивает комплекс исследований, но и создает аварийные ситуации, когда изгибающие и осевые нагрузки в скважине превышают 15-20 тонн; - единый блок питания, блок памяти и блок управления в случае какой-либо неисправности приводит к отказу всей системы; - включение комплекса через заранее установленный временной интервал может привести к включению системы задолго до начала исследований; - проведение измерений со скоростью 180-360 м/час требует применения аварийного привода лебедки буровой установки; - вес единого модуля более 100 кг и более чем четырехметровая длина требуют применения погрузочно-разгрузочных и транспортных средств; - жесткая стыковка АМК "Горизонт" с буровым инструментом приводит к излишним записям измеряемых параметров при движении бурового инструмента вниз при его посадке на клинья для отворачивания очередной извлеченной свечи. Эти повторные записи, зафиксированные на диаграммах всех методов, должны быть устранены при обработке результатов исследований с помощью специальных методик. Работа с АМК "Горизонт" показала его эффективность при исследовании горизонтальных скважин, позволила отработать технологию измерений, методические приемы обработки, интерпретации и предоставления информации, полученной в терригенном и карбонатном разрезах. Однако, анализ полученных материалов показывает, что в пределах одного нефтяного пласта часто его свойства (пористость, глинистость, нефтенасыщенность и проницаемость) изменяются в широких пределах и используемый набор геофизических методов не всегда обеспечивает однозначную интерпретацию результатов измерений. Кроме того, при интерпретации необходимо учитывать вещественный состав пород, их плотность, трещиноватость и т.п. Для этой цели требуется более широкий набор геофизических методов.

Изобретение направлено на решение следующих задач: - повышение информативности геофизических исследований горизонтальных скважин; - сокращение времени исследований; - сведение к минимуму аварийности этого вида работ.

В результате решения данных задач реализуются новые технические результаты, заключающиеся в расширении набора одновременно применяемых методов ГИС (комплекса исследований), который не ограничен и определяется решаемыми задачами путем свободного формирования сборки автономных геофизических модулей, снижения времени и стоимости геофизических исследований за счет того, что сборка автономных модулей стандартных скважинных приборов диаметром 73 мм доставляется на забой горизонтальной скважины внутри бурового инструмента, не требуя предварительной проработки скважины, а измерения в скважине производятся при подъеме бурового инструмента со скоростью 720-750 м/час в заданном интервале глубин (т.е. на первой штатной скорости буровой лебедки) с исключением повторных записей за счет штока обратного хода, снижении трудоемкости проведения геофизических исследований за счет того, что вес отдельных модулей автономного комплекса не превышает 25-30 кГ, а длина 2 м, и поэтому сборочные операции не требуют специальных погрузочно-разгрузочных и транспортных средств.

Указанные технические результаты достигаются тем, что автономный комплекс для каротажа горизонтальных скважин содержит автономные геофизические модули, соединенные между собой в сборку, к верхней части которой присоединяется устройство для соединения сборки с колонной буровых труб, при этом комплекс дополнительно снабжен обтекателем с циркуляционными отверстиями для бурового раствора, нижний конец которого содержит посадочное седло, а верхний муфту для соединения его с буровой трубой, и запорным приспособлением, состоящим из металлического цилиндрического основания с проточкой для прохода бурового раствора и закрепленными на нем центрирующими лепестками. Устройство для соединения сборки с колонной буровых труб состоит из штока обратного хода, представляющего собой трубу с окнами для бурового раствора, снабженную на нижнем конце средством для крепления шарнирного соединения геофизического модуля, а на верхнем конце амортизатором и удерживающим приспособлением, представляющим собой разрезные пружинные лепестки тюльпанообразной формы. Автономные геофизические модули соединены между собой шарнирными соединениями.

Целесообразно снабжать каждый автономный геофизический модуль феррозондовым датчиком, помещенным в диамагнитном корпусе автономного модуля для автоматического включения автономного модуля при его выходе из обтекателя.

Целесообразно также, чтобы длина штока обратного хода превышала длину обратного хода бурового инструмента при посадке его на клинья для предотвращения повторных записей измеряемых параметров.

Каждый автономный геофизический модуль может дополнительно содержать автономные блоки питания, блоки преобразования сигналов и памяти.

Автономные модули могут быть соединены между собой шарнирными соединениями с регулируемым углом перекоса для предотвращения разрушения сборки при возникновении изгибающих нагрузок.

Выталкивание сборки из бурильной колонны и приведение модулей в рабочее положение происходит только при сбросе в буровую колонну запорного приспособления и продавливания его циркуляцией бурового раствора до посадки на гнездо устройства для соединения сборки с колонной буровых труб. Нижняя часть бурильной колонны заканчивается обтекателем, нижний конец которого содержит посадочное седло на которое садится амортизатор устройства для соединения сборки с колонной буровых труб, и циркуляционные отверстия, обеспечивающие циркуляцию бурового раствора.

Автономные модули соединены со штоком обратного хода и между собой шарнирными соединениями с регулируемым углом перекоса. Включение каждого автономного модуля происходит при его выходе из обтекателя за счет изменения сигнала на феррозондовом датчике, помещенном в диамагнитном корпусе автономного модуля, а выключение при подъеме бурильной колонны - при обратном изменении сигнала на феррозондовом датчике при вхождении автономного модуля в башмак ранее спущенной обсадной колонны или в обтекатель. Все автономные модули дополнительно содержат автономные блоки питания, блоки преобразования сигналов и памяти.

На фиг. 1 представлена схема компоновки сборки геофизических модулей в бурильной трубе во время спуска в скважину.

На фиг. 2 представлена схема расположения сборки модулей в открытом стволе горизонтальной скважины 10 после ее выталкивания из обтекателя за счет повышения перепада давления при посадке запорного приспособления 11 на посадочное гнездо 12 устройства для соединения сборки с колонной буровых труб.

На фиг. 3 представлена блок-схема наземного оборудования аппаратурно-методического автономного комплекса.

Верхняя часть сборки содержит устройство для соединения сборки с колонной буровых труб 1, шток обратного хода 2, набор функциональных геофизических модулей 3, соединенных между собой шарнирными соединениями 4. Бурильная труба 5, в которой размещена сборка автономных модулей, заканчивается обтекателем 6 с посадочным седлом 7 и промывочными (циркуляционными) отверстиями 8. Устройство для соединения сборки с колонной буровых труб 1 садится на замковое соединение 9 и опускается в скважину 10.

Аппаратурно-методический автономный комплекс работает следующим образом. На мостках буровой производится сборка автономных скважинных геофизических модулей, реализующая необходимый комплекс ГИС. К верхней части сборки подсоединяется устройство для соединения сборки с колонной буровых труб 1 и шток обратного хода 2. В скважину опускается свеча (25 м) бурового инструмента, на конце которой имеется обтекатель 6. После этого вспомогательной лебедкой сборка поднимается над устьем скважины и медленно опускается в бурильные трубы 5 до посадки на замковое соединение 9.

Далее производится наращивание очередной свечи бурового инструмента и обычный спуск его на забой горизонтальной скважины. В случае необходимости может осуществляться промывка скважины, а также вращение бурового инструмента ротором, при этом сборка скважинных геофизических модулей остается на месте, надежно зафиксированная устройством 1. Процесс спуска аппаратурно-методического комплекса на забой горизонтальной скважины, его выталкивание из бурового инструмента и каротаж сопровождаются записью в компьютер (с отображением на экране монитора) информации от наземных датчиков: глубины, веса инструмента, давления, положения клиньев ротора (фиг. 3). При достижении забоя горизонтальной скважины, что фиксируется по глубиномеру и по разгрузке инструмента через датчик веса, инструмент поднимается из скважины на длину сборки и устанавливается на клинья ротора, после чего внутрь бурового инструмента сбрасывается запорное приспособление 11, на верхнюю часть инструмента наворачивается квадрат и дается циркуляция бурового раствора.

При посадке запорного приспособления 11 на гнездо 12 происходит частичное перекрытие проходного сечения в устройстве для соединения сборки с колонной буровых труб 1, что приводит к повышению перепада давления на нем и к его срыву с замкового соединения 9 бурильной трубы 5. Сборка под перепадом давления начинает двигаться вдоль бурильной трубы 5 и выходит из обтекателя 6. После прохождения устройства 1 мимо циркуляционных отверстий 8 и посадки его на седло 7 происходит падение давления, что является сигналом о выходе сборки из бурильной трубы 5 в открытый ствол скважины 10 и готовности ее модулей 3 к работе. Включение питания модулей 3 происходит поочередно при выходе из обтекателя 6 по сигналу феррозондовых датчиков, установленных в диамагнитных корпусах модулей 3. Питание самих феррозондовых датчиков подключается заранее при программировании работы модулей 3 через персональный компьютер (дежурный режим с минимальным потреблением энергии).

Далее начинается подъем бурового инструмента и каротаж спущенным комплексом. В горизонтальной части ствола скважины 10 и в интервале выхода на горизонталь до углов 40-45^o сборка будет лежать на нижней стенке ствола скважины, так как модули соединены между собой шарнирными соединениями с регулируемым углом перекоса, позволяющими автономным модулям 3 свободно вращаться относительно друг друга.

При подъеме и отвинчивании очередной свечи буровой инструмент сажают на клинья ротора. При этом происходит движение инструмента вниз в диапазоне 0,5-1,0 м. В заявляемом комплексе движение инструмента вниз при посадке на клинья ротора не приводит к обратному движению сборки модулей, так как при этом происходит перемещение обтекателя 6 относительно штока обратного хода 2, а сборка остается на месте. Этим самым достигается исключение повторной записи измеряемых параметров, которые являются излишними и требуют корректного устранения при обработке полученного материала. Таким образом, при наличии штока обратного хода запись геофизической информации будет осуществляться только при движении сборки снизу вверх. Отключение питания модулей 3 (перевод их в дежурный режим) осуществляется при вхождении модулей 3 в башмак ранее спущенной колонны (технической или кондуктора) по сигналу феррозондовых датчиков, экранируемых стальной колонной. В качестве дополнительного варианта предусматривается включение и выключение модулей по заранее установленному времени.

После выхода из интервала исследований скорость подъема инструмента может быть увеличена до 1500-2000 м/час. После извлечения сборки из скважины ее опускают на мостки для разборки. Зарегистрированная информация из автономных модулей через считывающее устройство переписывается в компьютер, в который ранее записывалась информация в функции времени: давление на насосах, вес на крюке, положение клиньев, глубина нахождения обтекателя, положение талевого блока. Совмещение информации от наземных датчиков, зарегистрированной на компьютере во время подъема инструмента с забойной информацией от сборки, переписанной в компьютер после ее подъема на дневную поверхность, осуществляется путем совмещения шкалы времени в хронометрах компьютера и автономных приборов. Таким образом, вся геофизическая информация оказывается зарегистрированной в функции глубин, как и при обычном каротаже. После перенесения зарегистрированной информации из сборки в компьютер осуществляется просмотр и редактирование полученной информации, а затем отредактированная информация в виде каротажных диаграмм выводится через принтер/плоттер для передачи Заказчику непосредственно на скважине. В случае необходимости на скважине может быть выдано и предварительное заключение. Информация по радиомодемной связи может быть также передана на базу для глубокой интерпретации.

Так как все наземное оборудование, необходимое для реализации технологии проведения ГИС в горизонтальных скважинах, с помощью аппаратурно- методического автономного комплекса входит в комплект компьютеризированных станций геолого-технологических исследований, устанавливаемых на всех бурящихся горизонтальных скважинах, на скважину требуется транспортировать только забойную часть комплекса в разобранном виде - скважинные приборы и оснастку.

Формула изобретения

1. Автономный комплекс для каротажа горизонтальных скважин, содержащий автономные геофизические модули, соединенные между собой в сборку, к верхней части которой присоединяется устройство для соединения сборки с колонной буровых труб, отличающийся тем, что комплекс дополнительно снабжен обтекателем с циркуляционными отверстиями, нижний конец которого содержит посадочное седло, верхний - муфту для соединения его с буровой трубой, и запорным приспособлением, состоящим из металлического цилиндрического основания с проточкой для прохода бурового раствора и закрепленными на нем центрирующими лепестками, устройство для соединения сборки с колонной буровых труб состоит из штока обратного хода, представляющего собой трубу с окнами для бурового раствора, снабженную на нижнем конце средством для крепления шарнирного соединения геофизического модуля, а на верхнем конце - амортизатором и удерживающим приспособлением, представляющим собой разрезные пружинные лепестки тюльпанообразной формы, а автономные геофизические модули соединены между собой шарнирными соединениями.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что каждый автономный геофизический модуль снабжен феррозондовым датчиком, помещенным в диамагнитном корпусе автономного модуля.

3. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина штока обратного хода превышает длину обратного хода бурового инструмента при посадке его на клинья.

4. Комплекс по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что каждый автономный геофизический модуль дополнительно содержит автономные блоки питания, блоки преобразования сигналов и памяти.

5. Комплекс по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что автономные модули соединены между собой шарнирными соединениями с регулируемым углом перекоса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3