Устройство и способ для обнаружения ствола скважины

 

Изобретение относится к геофизической аппаратуре, предназначенной для обнаружения ствола скважины. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности измерения или обнаружения призабойной зоны или пласта изнутри. Для этого определяют состояние призабойной зоны с помощью электрических, акустических, механических или радиоактивных измерений и зондирования по состоянию призабойной жидкости или окружающих подповерхностных слоев (пластов) в течение или во время процесса обнаружения ствола скважины. Сочетание возможности измерения или определение состояния призабойной зоны или пласта изнутри (например, с помощью ядерного источника или датчика) или в качестве составной части устройства для обнаружения ствола скважины, которое выполняло как механические, так и телеметрические функции одновременно или последовательно, является настоящим изобретением. Преимущественное конструктивное решение устанавливает электроды в качестве зонда на крае устройства для обнаружения ствола скважины таким образом, чтобы это устройство могло измерять удельное сопротивление призабойной жидкости R_m и потенциал самопроизвольной поляризации S_p по мере того, как он направляет оборудование через ствол скважины. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к геофизической аппаратуре в сочетании с устройством для обнаружения ствола скважины.

Обнаружение стволов скважин с помощью поперечного гибкого устройства, устанавливаемого в основании измерительной аппаратуры или оборудования, является обычной практикой при проведении измерений в скважине. Такое устройство обычно изготавливается из однородных эластомеров или подобных эластичных материалов. Основная форма этого устройства имеет гладкий конусообразный профиль, равномерно увеличивающийся по разрезу при приближении к измерительной аппаратуре или оборудованию для обеспечения более жесткого изгибающего момента в боковом изгибе по направлению к концевой части устройства. Возможны многочисленные вариации выбора материала, профилей поперечного разреза, длин и использования выступов. Невзирая на специфику механической конструкции такого устройства, его цель - направить часть оборудования или измерительной аппаратуры на предназначенное место независимо от положения, кривизны или размера ствола, а также состояния, текстуры и прочих свойств стенки ствола.

Определение состояния призабойной зоны с помощью электрических, акустических, механических или радиоактивных измерений и зондирования по состоянию призабойной жидкости или окружающих подповерхностных слоев пласта является установившейся практикой. Однако в настоящее время технологии измерения состояния призабойной зоны и обнаружения ствола являются взаимно исключающими. Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности измерения или обнаружения призабойной зоны или пласта изнутри (как например, с помощью ядерного источника/датчика) или в качестве составной части устройства для обнаружения ствола скважины, которое выполняло бы как механические, так и телеметрические функции одновременно или последовательно.

Одним из конструктивных решений является устройство, в котором установлены электроды в качестве зонда на крае аппарата для обнаружения стволов таким образом, чтобы этот аппарат мог измерять удельное сопротивление призабойной жидкости Rm и потенциал самопроизвольной поляризации Sp, когда он направляет аппарат в стволе скважины. Ориентация и положение электродов по отношению друг к другу и окружающей среде являются неотъемлемой частью конструкции. Многочисленные моделирования показали, что сочетание электродов, рассматриваемое в настоящем документе в качестве иллюстративного и предпочтительного конструктивного решения, дает отличное качество измерений и возможность уменьшить размер ствола и эффект приближения.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 изображает устройство для обнаружения ствола скважины, известное из предшествующего уровня техники; фиг. 2 изображает устройство для обнаружения ствола скважины, показанное на фиг. 1, частично в разрезе, для демонстрации специального устройства для прикрепления устройства к каротажному инструменту; фиг. 3 изображает зонд с электродными датчиками, известный из предшествующего уровня техники; фиг. 4 изображает устройство для обнаружения ствола скважины, согласно настоящему изобретению с электродными датчиками зонда, изображенного на фиг. 3, прикрепленными к основанию этого устройства; фиг. 5 изображает поперечное сечение по линии 5-5 на фиг. 4.

В патенте США за номером 5574371, выданном Табану и прочим, описан зонд, изображенный на фиг. 3, который может быть встроен в концевую часть устройства для обнаружения стволов скважин. Упоминание данного патента Табану используется в настоящем описании в качестве ссылки. Измерительный зонд 26 прочно присоединяется и крепится к основанию (т.е. концевой части) устройства для обнаружения стволов скважин, как показано на фиг. 4 (для удобства описания обозначения, используемые в настоящем документе для зонда 26, изображенного на фиг. 3-5, являются теми же, что и на фиг. 5 патента 371). Измерительный зонд 26 приспосабливается для измерения потенциала S_p самопроизвольной поляризации и удельного сопротивления R_m бурового раствора в скважине. Измерительный зонд снабжен донным электродом 32 (A₀), устанавливаемым в основании зонда 26 при спуске каротажного инструмента в скважину, вторым электродом 34(A₁) для измерения потенциала самопроизвольной поляризации S_p и не менее чем одним измерительным электродом 36 (M₁, М₂), устанавливаемым возле донного электрода 32 (A₀) для измерения разности потенциалов в районе бурового раствора, находящегося непосредственно возле и ниже донного электрода 32 (A₀) измерительного зонда 26. При зарядке измерительного зонда 26 ток поступает в буровой раствор между донным электродом 32 (A₀) и вторым электродом 34 (A₁). Ток вначале поступает в буровой раствор через донный электрод 32 (A₀) и течет в направлении, почти параллельном продольной оси кабеля каротажного инструмента. Так как измерительный электрод 36 (M₁, М₂) устанавливается возле донного электрода 32 (A₀), измерительный электрод 36 (M₁, М₂) измеряет разность потенциалов, относящуюся к удельному сопротивлению R_m, в районе бурового раствора непосредственно под донным электродом 32 (A₀). К тому же, разность потенциалов в таком месте, измеряемая измерительным электродом 36 (М₁, М₂), контролируется током, испускаемым или получаемым донным электродом 32 (A₀) и протекающим в этом месте.

Так как ток, первоначально испускаемый или получаемый донным электродом 32 (A₀) измерительного зонда 26, распространяется в буровом растворе в направлении, почти параллельном продольной оси зонда 26, только незначительное количество этого тока проходит через пограничную зону между буровым раствором в стволе скважины и пластом, через который пробурен ствол скважины. В результате разность потенциалов, измеряемая измерительным электродом 36 (М₁, M₂), контролируется преимущественно разностью потенциалов, существующей в районе бурового раствора, находящегося возле и непосредственно под донным электродом 32 (A₀). Поэтому, несмотря на возможную большую разницу сопротивлений на границе между проводимым буровым раствором в стволе скважины и пластом, через который пробурен ствол скважины, т.к. большая часть тока, принимаемого и испускаемого донным электродом 32 (A₀), не может пересечь пограничную зону, разность сопротивлений не влияет на точность измерений удельного сопротивления R_m бурового раствора, замеряемого измерительным зондом 26.

Измерение потенциала S_p самопроизвольной поляризации можно выполнить с помощью любого электрода. На данном иллюстративном примере верхний электрод был выбран вследствие его размера и близости к стволу скважины. Проведение измерений S_p является обычной практикой и включает сравнение внутрискважинного измерения разности потенциалов постоянного тока с показаниями электрода на поверхности. Эти измерения используют для определения контуров проницаемых пластов, оценки глинистости, определения удельного сопротивления пластовых вод и корреляции данных. Вследствие чрезвычайной важности и повсеместного использования таких данных возможность проведения измерений в крайней нижней точке геофизического инструмента является большим преимуществом.

На фиг. 1 и 2 изображено устройство 10 для обнаружения ствола скважины, известное из предшествующего уровня техники. На этих фигурах специальное приспособление 12 (известное в качестве резьбового монтажного соединения) с резьбами 13 соединяет устройство 10 для обнаружения стволов скважин с основанием каротажного инструмента (на чертеже не показан). Материал 14, например резина, составляет основу устройства для обнаружения ствола скважины и вводит в зацепление приспособление 12 при помощи соответствующей внутренней компоновки (как показано под номером 12а на фиг. 2), который поддерживает проводимость связи металл-резина. Предохранитель 15 резьбы защищает резьбы 13 во время транспортировки (т.е. при простое), а также служит в качестве ручки. Однако при такой компоновке зонд (например, как показано под номером 26 на фиг. 3) нельзя расположить у основания устройства 10 для обнаружения ствола скважины 10, изображенного на фиг. 1 и 2, т.к. такая конструкция не обеспечивает готового средства сообщения с зондом. Возможности такого устройства были бы ограничены только функцией обнаружения ствола скважины и не выполняли бы никаких измерительных функций.

На фиг. 4 и 5 представлен вариант выполнения устройства по настоящему изобретению, показанного, в основном, под номером 10а. Зонд, как например 26 на фиг. 3, прикреплен к концевой части устройства для обнаружения стволов скважин или зонда 10а. Электрические провода 16 проходят через канал 19, отлитый или просверленный в устройстве или зонде 10а. Если прикрепление к колонне труб должно быть выполнено с помощью приспособления 12, показанного на фиг. 2, т.е. резьбового монтажного соединения, приспособление 12 должно быть модифицировано путем удлинения канала 19 таким образом, чтобы обеспечить контакт между электродами зонда 26 и другим измерительным оборудованием, расположенным на уровне каротажного инструмента или земли. При конструктивном решении, изображенном на фиг. 4 и 5, устройство для обнаружения ствола скважин или зонд 10а крепится непосредственно к колонне труб с помощью болтов или установочных винтов (на чертеже не показаны) через отверстия 17 для болтов во вкладыше 18, а контакт происходит с помощью проводов 16, проходящих через канал 19 устройства для обнаружения стволов скважин или зонда 10а. Как указывалось выше, устройство 10а направляет каротажный инструмент через ствол скважины, вокруг препятствий и изгибов, в то время как зонд 26 выполняет измерения параметров ствола или пласта, т.е. в нашем примере удельного сопротивления R_m и потенциала S_p самопроизвольной поляризации. Устройство 10а изготавливается из гибкого материала 14а, например, такого эластомера, как дюронитриловый каучук 90. Еще одним предпочтительным материалом является неопрен 80-85 твердости "А" по Шору (соединение "Малони" 330-R, поставляемое "Малони текникал продактс, S & В текникал продактс", Форт-Уорт, Техас). Желательно, чтобы устройство для обнаружения ствола скважины могло быть сконструировано из других полимеров, пружин, их соединений или из других физических материалов, обеспечивающих боковым силам изменяющуюся жесткость.

На фиг. 5 изображено устройство для обнаружения ствола скважины 10а в сечении вдоль линии 5-5 на фиг. 4. Этот вид на сечение через отверстия 17 для болтов, в которые вставляют болты или установочные винты (на чертеже не показаны), используемые для крепления устройства 10а к каротажному инструменту (на чертеже не показан). Отверстия 17 для болтов выполнены в съемном наконечнике 18, заключенном в гибком материале 14а; наконечник 18 преимущественно изготовлен из малоуглеродистой стали.

Возможны различные варианты выполнения описанного здесь устройства для обнаружения ствола скважины, и при его производстве не следует ограничиваться каким-либо особым сочетанием производственных процессов или технологий или последовательности процессов или технологий.

Данное изобретение обеспечивает существенное преимущество перед предшествующей технологией, а именно обеспечивает измерение параметров ствола скважины с незначительными искажениями или воздействием пласта, в то же время обеспечивая функции обнаружения ствола скважины для направления устройства вниз по стволу. К тому же, сенсорная точка для потенциала S_p самопроизвольной поляризации передвигается в основание датчика, таким образом позволяя производить измерения пласта на забое скважины.

Изобретение описывается в зависимости от предпочтительных конструктивных решений потенциала S_p самопроизвольной поляризации и средства для измерения удельного сопротивления R_m бурового раствора, как показывает данная иллюстративная конструкция. Однако функции изобретения не ограничиваются только этими измерениями, а могут быть расширены для измерения других характеристик ствола скважины или пласта с помощью инструментов вышеупомянутого электрического, акустического, механического или радиоактивного типа. Изменения, разброс характеристик и модификации основной конструкции могут быть выполнены без отступления от концепции данного изобретения. К тому же, эти изменения, разброс характеристик и модификации были бы очевидны для специалистов в области данной технологии, которые могут использовать инструкцию, прилагаемую к данному заявлению. Все эти изменения, разброс характеристик и модификации должны быть в пределах объема изобретения, который ограничивается нижеследующими заявлениями.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения ствола скважины, приспособление для присоединения к основанию колонны инструмента в стволе скважины, для направления этого инструмента в стволе скважины и для измерения параметров ствола или пласта, содержащее гибкий узел, прикрепленный к основанию колонны инструмента для направления инструмента в стволе скважины и имеющий поверхность основания, проходящую в ствол под колонной инструмента, отличающееся тем, что гибкий узел имеет измерительное средство, встроенное в основание гибкого узла и предназначенное для измерения характеристик ствола скважины или пласта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средство получения информации, относящейся к характеристикам ствола или пласта, и передачи информации в пункт, удаленный от данного устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерительного средства использован датчик измерений, установленный в гибком узле.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерительного средства использован акустический датчик, установленный в гибком узле.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерительного средства использовано механическое средство.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий узел сужается по направлению к поверхности основания гибкого узла.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий узел изготовлен из эластомерного материала.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что эластомерным материалом является резина.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что резиной является доронитрил 90.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что материалом является неопрен.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительное средство содержит первое множество поверхностей, входящих в поверхность основания и занятое электродом, предназначенным для измерения характеристик ствола скважины или пласта, и второе множество поверхностей, входящих в поверхность основания гибкого узла, свободное от электродов и предназначенное для разделения электродов друг от друга.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что донный электрод, занимающий одну из первого множества поверхностей, приспособлен для испускания первого тока в ствол скважины, второй электрод, занимающий другую из упомянутого первого множества поверхностей, приспособлен для приема первого тока из ствола скважины, второй электрод приспособлен для испускания второго тока в ствол скважины, донный электрод приспособлен для приема второго тока из ствола скважины.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один измерительный электрод, занимающий еще одну из первого множества поверхностей и имеющий измерительный электрод возле донного электрода и ствола скважины, приспособленный для измерения разности, потенциалов в стволе скважины, определяемой током, проходящим через ствол скважины.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что первое множество поверхностей, включая поверхность донного электрода, поверхность второго электрода и измерительный электрод, соединено со вторым множеством поверхностей и образует одну сплошную электропроводящую донную поверхность.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что содержит второй измерительный электрод, занимающий еще одну из первого множества поверхностей, имеющий вторую поверхность и установленный возле одного измерительного электрода, приспособленного для измерения разности потенциалов в стволе скважины, при этом первое множество поверхностей вместе со вторым множеством поверхностей образуют одну сплошную электропроводящую поверхность измерительного электрода.

16. Способ обнаружения ствола скважины посредством направления колонны инструмента, включающей устройство, содержащее гибкий узел, в стволе скважины, и измерения характерных параметров ствола скважины или пласта, отличающийся тем, что встраивают в основание гибкого узла измерительное средство, приспособленное для измерения характеристик ствола скважины или пласта, прикрепляют гибкий узел к основанию колонны инструмента, спускают колонну инструмента и гибкий узел в ствол скважины, используют средство коммуникации между измерительным средством и колонной инструмента, получают данные, относящиеся к характеристикам ствола скважины или пласта, и передают эти данные в пункт, удаленный от гибкого узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5