Способ и устройство для мониторинга газа в буровой скважине

Изобретение относится к области исследования скважин и применяется для мониторинга газа в буровой скважине (МГС). Техническим результатом является повышение точности измерений, повышение надежности работы устройства. Для этого измеряют параметр газа с использованием контроллера, выполненного с возможностью автоматического периодического измерения параметра газа. Обнаруживают воду в жидком виде в указанном МГС устройстве или вблизи него. При этом формируют реакцию на обнаружение воды, если обнаружена вода в жидком виде, включая по меньшей мере одну реакцию из: деактивации устройства, передачи сигнала тревоги, зажигания светового предупреждения. Автономное устройство для мониторинга газа в буровой скважине (МГС) содержит датчик для измерения параметра газа и контроллер, выполненный с возможностью автоматического периодического использования указанного датчика. МГС устройство дополнительно содержит датчик воды, выполненный с возможностью обнаружения воды в жидком виде в указанном МГС устройстве или вблизи него. При этом контролер выполнен с возможностью формирования реакции на обнаружение воды, если обнаружена вода в жидком виде, включая по меньшей мере одну реакцию из: деактивации устройства, передачи сигнала тревоги, зажигания светового предупреждения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы. 2 ил.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для мониторинга газа в буровой скважине (МГС).

Уровень техники в области изобретения

Мониторинг концентрации газов, в особенности метана и двуокиси углерода, создающихся в местах хранения отходов и в прилегающей почве, становится общим требованием закона из-за потенциальных проблем, которые эти газы вызывают, такие как риск взрыва и проникновение в здания. В настоящее время анализ большей части газа, содержащегося в слоях земли, производится либо путем точечного взятия пробы, либо путем использования больших дорогих стационарных станций мониторинга. Не так давно было признано, что возникновение газа и его распространение зависит от факторов окружающей среды, таких как барометрическое давление и движение подземных вод, при понимании того, что точечное взятие проб часто не учитывает такие изменения.

Целью предпочтительных вариантов настоящего изобретения является преодоление или предотвращение недостатков известных устройств и способов, вне зависимости от того, говорится ли здесь о таких устройствах или способах или их недостатках или нет.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению в первом его аспекте предлагается автономное устройство для мониторинга газа (МГС) в буровой скважине, содержащее датчик для измерения параметра газа и контроллер, выполненный с возможностью автоматического периодического использования указанного датчика для выполнения измерения параметра газа.

Параметром газа может быть, без ограничений, присутствие или отсутствие конкретного газа, уровень концентрации газа, давление газа, температура газа и т.д.

Предпочтительно, МГС устройство дополнительно содержит сквозную вентиляционную трубу и вентиляционный клапан, предназначенный для управляемого открывания вентиляционной трубы, которая при нахождении в открытом состоянии обеспечивает канал для газа наружу из указанного устройства. При использовании это создает средство для отвода находящихся в скважине газов из скважины в атмосферу и уравновешивания давления газа в скважине с атмосферным давлением. Предпочтительно, МГС устройство выполнено с возможностью автоматического периодического открывания вентиляционного клапана.

Предпочтительно, МГС устройство выполнено с возможностью размещения по существу в обсадной трубе скважины. Предпочтительно, МГС устройство выполнено с возможностью размещения большей части его объема в обсадной трубе скважины. Предпочтительно, МГС устройство выполнено с возможностью размещения более 75% его объема в обсадной трубе скважины. Предпочтительно, МГС устройство выполнено с возможностью размещения более 90% его объема в обсадной трубе скважины. Предпочтительно, МГС устройство содержит основную часть, размещаемую в обсадной трубе скважины и имеющую не более 50 мм в поперечнике.

Предпочтительно, МГС устройство содержит батарею питания.

Предпочтительно, МГС устройство содержит канал для газа, проходящий от входа для газа к датчику параметра газа. Предпочтительно, имеется датчик давления газа, выполненный с возможностью измерения давления газа в канале для газа. Предпочтительно, канал для газа проходит от зоны входа газа к зоне выхода газа. То есть тестируемый газ возвращается назад к буровой скважине при использовании. Предпочтительно, МГС устройство содержит входной клапан, предназначенный для управления потоком газа, поступающего в канал для газа. Предпочтительно, МГС устройство содержит выходной клапан, предназначенный для управления потоком газа, выходящего из канала для газа. Предпочтительно, МГС устройство содержит насос, выполненный с возможностью нагнетания газа из зоны входа газа указанного устройства к датчику параметра газа. Предпочтительно, насос выполнен с возможностью нагнетания исследуемого газа от датчика параметра газа.

Предпочтительно, МГС устройство содержит датчик давления, выполненный с возможностью измерения атмосферного давления при использовании.

Предпочтительно, МГС устройство дополнительно содержит датчик воды, выполненный с возможностью обнаружения воды в жидком виде в указанном устройстве или вблизи него, при этом контроллер выполнен с возможностью формирования реакции на обнаружение воды, если обнаружена вода в жидком виде. Реакцией на обнаружение воды может быть закрытие указанного устройства, чтобы передать сигнал предупреждения, зажечь предупреждающий свет или реагировать иным образом.

Предпочтительно МГС устройство дополнительно содержит встроенное запоминающее устройство, предназначенное для хранения данных, вырабатываемых указанным устройством.

Предпочтительно МГС устройство дополнительно содержит фильтр, расположенный перед входом в канал для газа и предназначенный для отфильтровывания одного или более видов частиц и влаги.

Предпочтительно МГС устройство дополнительно содержит крышку, предназначенную для крепления указанного устройства к обсадной трубе скважины. Предпочтительно между обсадной трубой и крышкой расположено газонепроницаемое уплотнение. Понятно, что "газонепроницаемое" уплотнение может не предотвратить протечку всех газов полностью, но уменьшает ее до таких пределов, что это не влияет существенно на измерения.

Предпочтительно, МГС устройство содержит канал для газа, проходящий от зоны входа газа к датчику параметра газа, входной клапан, предназначенный для управления входом газа в канал для газа, выходной клапан, предназначенный для управления выходом газа из конца канала для газа, удаленного от входа для газа, и насос, предназначенный для нагнетания находящегося в скважине газа в датчик параметра газа.

Предпочтительно, МГС устройство выполнено с возможностью одновременного измерения атмосферного давления и давления газа в скважине. Следует понимать, что выражение "одновременно" может не означать точной одновременности, но будет обозначать достаточно узкое временное окно, чтобы позволить рассматривать давления как одновременные для целей анализа.

Предпочтительно, МГС устройство содержит средство передачи данных наружу из устройства.

Предпочтительно, МГС устройство является переносным. Под "переносным" мы понимаем, что пользователь может переносить его в руках.

Предпочтительно, МГС устройство содержит датчик уровня воды. Предпочтительно, датчик уровня воды содержит проволочный преобразователь давления. Предпочтительно, датчик уровня воды присоединен к нижней части указанного устройства так, что при использовании он свисает в скважину.

Согласно настоящему изобретению во втором его аспекте предложен автономный способ мониторинга газа в скважине, который выполняют с использованием контроллера, выполненного с возможностью автоматического периодического измерения параметра газа.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение ниже описано только в качестве примера со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг.1 является схематической иллюстрацией площадки с буровой скважиной с предложенным устройством для мониторинга газа в буровой скважине и

Фиг.2 является схематическим вертикальным разрезом предложенного устройства для мониторинга газа в буровой скважине.

Описание предпочтительных вариантов выполнения

На фиг.1 показана буровая скважина 2 в грунте в месте хранения отходов. Скважина 2 поддерживается обсадной трубой 4, в которой расположены боковые отверстия 6 для обеспечения возможности взятия проб.

На фиг.2 показано устройство 8 для мониторинга газа в буровой скважине, содержащее крышку 10, которая имеет внутренний канал 12 для размещения устройства 8. Крышка 10 имеет наружную резьбу 14, взаимодействующую с соответствующей внутренней резьбой (не показана) на трубе 4. В альтернативном случае крышка может быть выполнена как часть корпуса. В случае, когда не может использоваться подходящая резьба для крышки 10, для установки устройства 8 в буровой скважине используется уплотнение 16.

Устройство 8 состоит из основной части 17, которая представляет собой автономный блок, удовлетворяющий требованиям IP-68 по окружающим условиям, т.е. по существу водонепроницаемый. Устройство 8 содержит верхнюю часть 30, внешнюю трубу 32 и концевую заглушку 34 с порами для газа. Внешний диаметр трубы 32 в этом варианте составляет приблизительно 40 мм, что позволяет вставлять ее в типичную обсадную трубу буровой скважины. В этом варианте выполнения длина трубы 32 составляет 600 мм, но может быть меньше.

Устройство 8, кроме того, имеет впуск 36 для газа, управляемый впускным клапаном 38 и ведущий к фильтру 40 для воды и частиц, предназначенному для удаления избыточной влаги и/или частиц из входящих газов. Подходящим фильтром является фильтр для частиц и влаги, такой, который выпускается фирмой геотехнических инструментов из Sovereign House, Queensway, Leamington Spa, United Kingdom. Проточный канал для текучей среды проходит от фильтра 40 к насосу 42 для газа и к ряду камер 44, 46, 48, 50 для анализа параметров газа и затем к выпускному клапану 52.

Каждая камера для анализа имеет соответствующий анализатор (не показан) для измерения какого-либо параметра газа. Может быть измерен любой подходящий параметр, причем анализаторы обычно используются для мониторинга концентрации углеводородов (в особенности, метана), двуокиси углерода, кислорода и сульфида водорода.

Устройство 8, кроме того, содержит объединенный блок 54, включающий контроллер и запоминающее устройство и предназначенный для управления работой устройства 8, и батарею 56, делающую работу устройства 8 автономной, т.е. независимой от получения энергии от внешнего источника.

Для измерения давления газа внутри к проточному каналу присоединен датчик 58 давления газа. Еще один датчик 60 давления газа служит для измерения атмосферного давления через отверстие 62 в верхней части 30 устройства 8. Данные о давлении газа от обоих датчиков 58 и 60 поступают к контроллеру 54.

Через устройство 8 от концевой заглушки 34 к выпускному отверстию 66 в верхней части 30 устройства 8 в атмосферу проходит вентиляционная труба 64, для управления открыванием которой в атмосферу служит клапан 68.

Также показан датчик 70 воды, который обнаруживает присутствие воды в устройстве или ее близость и при таком обнаружении передает сигнал контроллеру 54. Чтобы определить присутствие воды в жидком виде, используется датчик электрической проводимости.

Кроме того, к нижней части устройства МГС может быть присоединен датчик уровня воды (не показан), который при использовании может свисать снизу в буровую скважину. Также может использоваться проволочный преобразователь давления.

Верхняя часть 30 содержит соединитель 72, позволяющий осуществлять обмен данными с удаленными устройствами и активацию блока. Кроме того, здесь может быть прикреплен датчик давления для мониторинга уровня воды в скважине.

Устройство 8 монтируется в скважине 2 в ее обсадной трубе, причем крышка 10 обеспечивает газонепроницаемое уплотнение.

С течением времени газы скапливаются в скважине 2. Устройство 8 выполнено с возможностью автоматического и периодического тестирования проб газа из скважины посредством специального программирования контроллера 54. Ниже описан процесс, посредством которого это выполняется.

Для обеспечения датчиков параметров газа свежей пробой газа из скважины открывают оба клапана, входной 38 и выходной 52, и приводят в действие насос 42 для нагнетания газа из скважины через проточный канал. Концевая заглушка 34 и окружающая внешняя зона являются зоной входа газа, т.е. зоной, из которой при использовании газ входит в устройство. Влага и частицы удаляются фильтром 40.

Измерение давления газа производят датчиком 58 давления, а контрольное измерение атмосферного давления выполняют датчиком 60 давления. Эти данные хранят в контроллере/устройстве 54.

Входной и выходной клапаны 38 и 52 затем закрывают.

Измерения параметров газа выполняют датчиками для газа. Может отслеживаться любой подходящий параметр, включая один или более из следующих параметров: присутствие или отсутствие конкретного газа, уровень концентрации газа, давление газа, содержание влаги в газе и т.д. Данные измерений параметров газа хранятся в контроллере/памяти 54.

Чтобы можно было делать последовательные периодические измерения, делают переустановку таймера в контроллере 54.

Данные, хранящиеся в контроллере/устройстве 54, могут быть переданы через проводное соединение в соединителе 72 или посредством беспроводной передачи. Это соединение может также использоваться для программирования контроллера 54 для управления работой устройства в соответствии с конкретными требованиями. Например, могут быть установлены такие параметры, как частота забора проб, должна ли выборка быть регулярной или нерегулярной, следует ли проводить периодический выпуск в атмосферу и т.д.

На существующей основе, если датчик 70 воды обнаруживает присутствие воды в устройстве, контроллеру 54 посылается сигнал об обнаружении воды, и контроллер может предпринять соответствующий шаг, такой как деактивация устройства 8, передача сигнала тревоги, зажигание светового предупреждения и т.д. Это может как защитить устройство 8 от повреждения, так и избежать искажения результатов сделанных измерений.

По мере скапливания газов в скважине может быть полезным открывать скважину в атмосферу, чтобы уменьшить давление внутри нее, но также обеспечить возможность перезапустить операцию выборки путем уравнивания давления в скважине с атмосферным давлением. Таким образом, базовая линия для любого мониторинга может быть переустановлена и может быть предпринят анализ изменения газовых параметров. Устройство 8 может быть выполнено с возможностью выпуска газа из скважины в атмосферу периодически или по инструкции.

Таким образом, предложено компактное автономное устройство МГС, которое можно удобно использовать в буровой скважине для периодического получения данных о параметрах газа в скважине.

Все документы, которые были оформлены одновременно с этим описанием или ранее и которые открыты для ознакомления, принимаются во внимание, и содержание всех таких документов включено в настоящее описание посредством ссылки.

Все признаки, приведенные в этом описании (включая формулу изобретения, реферат и чертежи), и/или этапы любого способа или процесса, описанные здесь, могут объединяться в любой комбинации, за исключением комбинаций, где по меньшей мере некоторые из признаков и/или этапов являются взаимоисключающими.

Все признаки, описанные в этом изобретении (включая пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), могут быть заменены альтернативными признаками, служащими для той же, эквивалентной или подобной цели, если явно не сказано иное. Таким образом, если явно не высказано иное, каждый описанный признак является только одним примером общего ряда эквивалентных или подобных признаков.

Изобретение не ограничивается деталями вышеупомянутого варианта (вариантов) выполнения. Изобретение относится к любому новому свойству или их комбинации, приведенной в этом описании (включая пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), или к любому новому этапу или любой комбинации новых этапов способа, описанного здесь.

1. Автономное устройство (8) для мониторинга газа в буровой скважине (МГС), содержащее датчик для измерения параметра газа и контроллер (54), выполненный с возможностью автоматического периодического использования указанного датчика для выполнения измерения параметра газа, отличающееся тем, что МГС-устройство (8) дополнительно содержит датчик (70) воды, выполненный с возможностью обнаружения воды в жидком виде в указанном МГС-устройстве (8) или вблизи него, при этом контроллер (54) выполнен с возможностью формирования реакции на обнаружение воды, если обнаружена вода в жидком виде, включая по меньшей мере одну реакцию из: деактивации устройства (8), передачи сигнала тревоги, зажигания светового предупреждения.

2. Автономное устройство (8) по п.1, которое дополнительно содержит сквозную вентиляционную трубу (64) и вентиляционный клапан (68), предназначенный для управляемого открывания вентиляционной трубы (64), которая при нахождении в открытом состоянии обеспечивает канал для газа наружу из указанного МГС-устройства (8).

3. Автономное устройство (8) по п.2, которое выполнено с возможностью автоматического периодического открывания вентиляционного клапана (68).

4. Автономное устройство (8) по п.1, которое выполнено с возможностью размещения, по существу, в обсадной трубе (4) скважины.

5. Автономное устройство (8) по п.4, которое выполнено с возможностью размещения большей части его объема в обсадной трубе (4) скважины.

6. Автономное устройство (8) по п.1, которое содержит основную часть (17), размещаемую в обсадной трубе (4) скважины и имеющую не более 50 мм в поперечнике.

7. Автономное устройство (8) по п.1, в котором имеется датчик (58) давления газа, выполненный с возможностью измерения давления газа в канале для газа.

8. Автономное устройство (8) по п.1, которое содержит датчик (60) давления, выполненный с возможностью измерения атмосферного давления при использовании.

9. Автономное устройство (8) по п.1, которое дополнительно содержит крышку (10), предназначенную для крепления указанного устройства (8) к обсадной трубе (4) скважины.

10. Автономное устройство (8) по п.1, которое содержит канал для газа, проходящий от зоны входа газа к датчику параметра газа, входной клапан, предназначенный для управления входом газа в канал для газа, выходной клапан, предназначенный для управления выходом газа из конца канала для газа, удаленного от входа для газа, и насос (42), предназначенный для нагнетания находящегося в скважине газа в датчик параметра газа.

11. Автономное устройство (8) по п.1, которое выполнено с возможностью одновременного измерения атмосферного давления и давления газа в скважине.

12. Автономное устройство (8) по любому из пп.1-11, которое содержит датчик уровня воды.

13. Автономное устройство (8) по п.12, в котором датчик уровня воды присоединен к нижней части указанного устройства (8) так, что при использовании он свисает в скважину.

14. Автономный способ мониторинга газа в буровой скважине (МГС), который выполняют с использованием контроллера (54), выполненного с возможностью автоматического периодического измерения параметра газа, отличающийся тем, что обнаруживают воду в жидком виде в указанном МГС-устройстве или вблизи него, при этом формируют реакцию на обнаружение воды, если обнаружена вода в жидком виде, включая по меньшей мере одну реакцию из: деактивации устройства (8), передачи сигнала тревоги, зажигания светового предупреждения.