Аппаратура для получения данных в процессе бурения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 040180 (21) 28б56 37/18-25 с присоедимемием заявки йо (23) Приоритет

Опубликовано 151081 Бюллетень йо 38

Дата опубликования описания 1 1081

Союз Советских

Социалистических

Республик (1Ц873181 (51)М. Кл.

G 01 V 1/40

Госудврствеииый комитет

СССР ио яелам изобретений и открытий (53) УДК 550 83 (088.8) 1

В.Н. Носов, О.Л. Кузнецов, Ю.С. Шимелев и Н.A. Марабаев (72} Авторы изобретения с

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохиржи- . (71) Заявитель (54 ) АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ В ПРОЦЕССЕ

БУРЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин в процессе бурения и может быть использовано при разведке нефтяных и газовых месторождений, а

5 также в нефтяной и газовой промышленности

Известна аппаратура для каротажа скважин в процессе бурения, содержащая две электромагнитные муфты, смонтировайные в нижней части бурильной колонны и питаемые с поверхности земли пульсирующим током от прерывателя, установленные на поверхности земли приемники упругих колебаний, усилитепы5 и регистратор (1).

Известна аппаратура для получения .данных в процессе бурения, содержащая источник упругих колебаний, размещенный в забое скважины в виде 20 долота или гидродинамической сирены, размещенные на .дневной поверхности сейсмодатчики, соединенные через переключатели с сейсмоусилителями и фильтрами, коррелятор и индикатор 25 сигналов 12) .

Известна также аппаратура для получения данных в процессе бурения, содержащая источник упругих колебаний в виде бурового инструмента, раз- 30 мещенные на поверхности земли г)-афо-. ны, подключенные к усилителю сигналов и регистратору t3l, Недостатками данных аппаратур является нх малая точность вследствие большой широкополосности источника упругих волн, перекрытия частотных полос полезных сигналов и помех, зависимости ширины приемной диаграммЫ направленности геофонов от частоты, пропадание сигналов при останове бурового инструмента, неравномерности спектра генерируемых сигналов (шумов), и неточность.получаемых данных и надежность приема сигналов иэ забоя вследствие ненаправленности геофонов.

Цель изобретения — увеличение точности получаемых данных в процессе бурения и горных, породах. .Указанная цель достигается тем, что в аппаратуре, содержащей забой-, ный источник упругих колебаний, размещенные на поверхности земли геофоны, подключенные к усилителю сигналов и регистратору, источник упруги колебаний выполнен .гармоническим с постоянной частотой и снабжен модулятором амплитуды, выполненным в виде клапана, движения которого пропорцио873181 нальны величине измеряемого параметра а именно, числу оборотов бурового ин струмента, геофоны Размещены по радиусу от центра скважины параллельно включенными группами на расстояниях друг от дРуга, равных половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических колебаний и подсоединены к усилителю сигналов через введенный блок поворота луча диаграммы направленности, !О выход усилителя подключен к введенным и последовательно соединенным перестраиваемому полосовому Фильтру, детектору и частотомеру, выход которого подключен к регистратору, источник гармонических колебаний выполнен мно- 1 гочастотным в виде стабилизированных по частоте сирен или гидродинамических генераторов на основе использования резонансных стержней или пластин, геофоны подсоединены между собой после- 20 довательно и противофаэно, причем выход каждого геофона подсоединен к переключателю.

На чертеже приведена блок-схема аппаРатуры для получения данных в 75 процессе бурения.

Аппаратура для получения данных в процессе бурения содержит две основные части: забойную и наземную.

В массиве 1 выполнена скважина 2.

В колонну 3 бурильных труб под давлением P подается буровой раствор. На конце колонны размещен буровой турбодвигатель 4, одна из нижних ступеней которого выполнена в виде клапана 5, представляющего собой секторную заслонку с углом 180, насаженную на вращающийся вал. Другой такой же сектор закреплен на корпусе турбодвигателя. В отверстии вала закреплен пластинчатый или стержневой гидроди- 40 намический генератор б, частота которого постоянная и зависит от материала, из которого выполнен стержень или пластина, их продольных и поперечных размеров и свойств бурового раствора. Возможен Вариант выполнения на этом же валу генератора в виде сирены, вращающейся с определенным числом оборотов и числом перепускных отверстий. Это достигается за счет установки дополнительного стабилизатора, например центробежного числа оборотов и свободного вращения ротора сирены. Выполнение пластин и стержней с различными геометрическими размерами или сирен с различным числом пере- пускных окон позволяет получить полихроматический источник упругих волн, спектр которого стабилен во времени и не зависит от условий работы долота

7. На дневной поверхности установлены 60 по радиусу от центра скважины параллельно включенными .группами на расстояниях друг от друга, равных половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических 65 колебаний геофоны 8-12. Выводы геофонов, как это видно из чертежа, соединены между собой последовательно и противофаэно, что дает воэможность сформировать луч 13 диаграммы направленности. Выход каждого геофона подпаян к клемме переключателя 14 блока поворота диаграммы направленности.

Вывод геофона 12 и выход переключателя 14 подключены ко входу усилителя

15, выход которого через последовательно соединенные перестраиваемый полосовой фильтр 16, детектор 17 сигналов и частотомер 18 подключен к регистратору 19.

Аппаратура для получения данных в процессе бурения работает следующим .образом.

В режиме измерения технологических параметров, например, числа оборотов долота турбобура достаточно, чтобы генератор б осуществлял излучение сигналов всего на одной частоте ° Поэтому он содержит пластины (стержни, сирены), настроенные на одну частоту, что дает одновременно воэможность получения большей акустической мощности и обеспечивает работоспособность аппаратуры на более глубоких скважинах. При подаче бурового раствора в колонну 3 последний приводит во вращение турбодвигатель 4 и клапан 5, создающий при каждом обороте вала модуляцию давления в гидросистеме глубиной около 90-100%.. Выходное давление бурового раствора турбодвигателя 4 и клапана 5 возбуждает генератор б, который излучает в пространство сферические акустические волны, промодулированные клапаном 5. Эти волны, распространяясь по толще горных пород массива 1, достигают геофонов 8-12, которые преобразуют колебательные скорости или акустические давления этих колебаний в электрическое напряжение с полярностью или фа- зами, соответствующими чертежу. Последовательное и противофазное включение геофонов дает возможность просто реализовать блок поворота луча диаграммы направленности, который в данном случае вырождается. всего лишь в один переключатель, коммутирующий число. включенных геофонов. При больших значениях 1/g, где 1 - расстояние между геофонами 8 и 12 в длинах волн, соответствующих рабочей частоте генератора б, направление главного лепестка S „ можно определить по Формуле с059 рл» вЂ” .

В (1) Расстояние между любыми соседними геофонами 8-12 равно полуволне 1/2.

Длина волны.Х рассчитывается по обычной формуле 1 = э-(2), где Е - часC тота генератора 6, с - скорость рас. пространения продольной волны в массиве 1. . -, ) !".. ф ь

5 873181

Формула изобретения

При переключении числа геофоноВ переключателем 14 происходит поворот луча диаграммы в пространстве с одновременным расширением или сужением

его ширины: чем больше геофонов имеет приемная антенíà, разнесенных че-, рез базы Л/2, тем больше луч прижат к поверхности земли. Таким образом, с помощью блока поворота переключателя 14.удается направить луч на источник звуковых сигналов, т.е. на забой, а постоянство частоты генератора 6 обеспечивает постоянство шйрины диаграммы, повышая тем самым помехозащищенность, а следбвательно, и точность аппаратуры. С выхода переключателя 14 сигналы усиливаются уси- 15 лителем 15, Фильтруются фильтром 16, огибающая сигналов выделяется с помощью детектора 17. Огибающая несет информацию о числе оборотов долота.

Частотомер производит счет полупери- 20 одов (числа оборотов) в единицу времени, например в секунду или в течение 10 с, а регистратор 19 производит запись этих данных, позволяя проследить эа процессом бурения и .сделать вывод о состоянии бурового инструмента и проходимых пластах. По мере проходки буровой мастер производит поворот луча диаграммы, направляя его на забой. Информация о процессе бурения получается в процессе работы с табло частотомера 18. БСли использовать многоканальную аппаратуру, то можно с помощью одних и .тех же геоФонов иметь возможность следить за несколькими точками пространства и наблюдать отраженные от нижележащих участков массива волны и производить прогноз бурения. В плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, параллельно каждому геофону подключены в 4Q той же полярности еще несколько геофонов для формирования диаграммы направленности в этой плоскости. Сформированная таким образом система из

25 геофонов позволяет получить ширину 4 луча в пределах от 70-15 с возможностью вращения в пространстве от

90-37 . Дискретность поворота при этом меняется от 4 до 30 . Блок поворота диаграммы, содержащий временные задержки и синфазное включение геофонов, являясь более трудно реализуемым устройством, позволяет получить постоянной ширину луча и дискретность поворота в пространстве, а также большую чувствительность. - .- 55

При определении геологических параметров в процессе бурения,.например расчленения разреза скважины, необходимо производить излучение гармоиичес. ких сигналов нескольких частот т.е. ц производить полигармоническое излучение. Генератор 6 должен содержать несколько резонансных элементов, настроенные на заданные частоты, а настрой" ка на эти частоты осуществляется пу1 кем перестройки фильтра 16 и соответствующим разносом геофонов 8-12 или подключением усилителя 15 к одному из антенных устройств для данной частоты, не изображенного на чертеже.

Оценка расчленения и выявление пластов происходит по величине затухания звука на каждой частоте, для чего вместо частотомера подключается вольтметр и по его показаниям производится построение кривой, характеризующей по частоте проходимый пласт.

Выполнение источника упругих колебаний гармоническим с постоянной частотой и снабжение его амплитудным модулятором типа клапана, движение которого пропорционально измеряемому параметру, размещение геофонов по радиусу от центра скважины на расстоянии друг от друга, равном половине длины продольной волны в горной riopoде на частоте источника гармонических колебаний, введение блока поворота диаграммы направленности в простран.стве, введение перестраиваемого поло-.. сового фильтра, детектора и частотомера, выполнение источника полигармониМеским, многочастотным, соединение геофонов последовательно и противофазно выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как при этом увеличивается точность получае мых данных за счет увеличения отношения сигнал — помеха на входе регистрирующей части аппаратуры, .повышается скорость проходки скважины за счет акустического воздействия генератора гармонических сигналов на горные породы в забое и осуществления контроля за ходом бурения. Имеется воэможность контроля не только технологических, но и геологических данных.

1. Аппаратура для получения данных в процессе бурения, содержащая забойный источник упругих колебаний, размещенные на поверхности земли геофоны, усилитель сигналов и регистратор, отличающаяся тем, что, с целью увеличения точности получаемых данных в процессе бурения, источник упругих колебаний выполнен гармоническим с постоянной частотой и снабжен модулятором амплитуды, выполненным в виде .клапана, движения которого. пропорциональны числу оборотов бурового инструмента, геофоны размещены по радиусу от центра .скважины íà расстоянии друг от друга, равном половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических колебаний и подсоединены к усилителю сигналов через дополнительно введенный блок поворота луча диаграммы направлейности с переключателями, выход усилителя подключен к последова873181 аказ 9027/72

Подписное тельно соединенным введенным дополнительно перестраиваемому полосовому фильтру, детектору и частотомеру, выход которого подключен к регистратору.

2. Аппаратура по п.l о т л и ч аю щ а я с я тем, что источник гармонических колебаний выполнен многочас5 тотным

3. Аппаратура по п.l, о т л и ч аю щ а я с я тем, что источник гармонических колебаний выполнен в виде стабилизированной по частоте гидродинамической сирены.

4. Аппаратура по п.l, о т л и ч аю щ а я с я тем, что геофоны соединены между собой последовательно и противофаэно, причем выход каждого i5 геофона подключен к переключателю блока поворота луча диаграммы направленности.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1.Патент СОВ 9 2933144, кл. 173-1, опублик. 1960.

2. Баталов Е.А., Рукавицын В.Н., Яблоновский В.И. Разработка методики акустической пеленгации местоположения забоя скважины в процессе бурения при спектрально-корреляционном приеме акустических сигналов.,Сб. научных трудов ВНИИЯГГ, М., 1977, с.130-143.

3. Патент США 9 4003017, кл. 340-155, опублик. 1977 (прототип) .

Филиал ППП Патент, r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4