Результат интеллектуальной деятельности: Комплексный прибор для исследования скважин

Изобретение относится к геофизической технике и может быть использовано для проведения гидротермодинамических исследований пластов и, преимущественно, паронагнетательных скважин, в частности, для уточнения геолого-гидродинамической модели продуктивного пласта и залежи, контроля продуктивности скважин и т.п.

Известен комплектный прибор для исследования скважин [RU 2442891 C1, Е21В 47/00, 20.02.2016], выполненный с возможностью спуска в ствол скважины на каротажном кабеле и содержащий цилиндрический корпус, рычажный центратор, центрирующий прибор по оси скважины, датчик температуры потока флюида и термоиндикатор притока, расположенные на оси прибора, а также датчики состава флюида, размещенные на рычагах центратора и распределенные по периметру ствола скважины, причем на оси прибора расположен дополнительный датчик состава флюида, центратор имеет по меньшей мере шесть рычагов, на каждом из которых размещен по меньшей мере один дополнительный датчик температуры потока флюида и по меньшей мере один дополнительный термоиндикатор притока, распределенные по периметру ствола скважины на одной линии с датчиками состава параллельно оси прибора, при этом прибор в хвостовой части снабжен дополнительным верхним рычажным центратором.

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Кроме того, известен комплексный скважинный прибор [RU 2292571 С1, G01V 5/12, 27.01.2007], содержащий составной корпус, в котором установлены датчики локатора муфт (ЛМ), гамма-каротажа (ГК), давления (Р), температуры (Т), влагомера (W), термокондуктивного расходомера (СТИ) и резистивиметра (РИ), при этом в приборе последовательно сверху вниз размещены в герметичной части составного корпуса датчики ГК, ЛМ и Р, причем чувствительная мембрана датчика Р соединена с окружающей средой гидропроводным каналом, а в герметичных полостях негерметичной части составного корпуса - датчики Т, W, СТИ и РИ, причем датчики Т и W расположены в одном месте и смещены относительно продольной оси прибора на равные расстояния.

Недостатком этого устройства также являются относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является комплексный скважинный прибор [RU 2495241 С2, Е21В 47/00, 10.10.2013], содержащий составной корпус, подсоединенный к геофизическому регистратору через геофизический кабель, который опускают на этом кабеле через насосно-компрессорные трубы на забой скважины и в котором установлены датчики локатора муфт (ЛМ), гамма-каротажа (ГК), давления (Р), температуры (Т), влагомера (W), термокондуктивного расходомера (СТИ) и резистивиметра (РИ), размещенные последовательно сверху вниз, в герметичной части составного корпуса - датчики ГК, ЛМ и Р, причем чувствительная мембрана датчика Р соединена с окружающей средой гидропроводным каналом, а в герметичных полостях негерметичной части составного корпуса - датчики Т, W, СТИ и РИ, причем датчики Т и W смещены относительно продольной оси прибора на равные расстояния и установлены в корпусе, на котором выполнены две пары взаимоперпендикулярных, разных по ширине сквозных окон, снабженных поперечными перемычками, причем прибор снабжен модулем расходомера, содержащим центратор, хвостовик, корпус и установленную по оси корпуса турбинку с датчиками оборотов и направления вращения, при этом в верхней части прибора установлен датчик усилий F, между прибором и модулем расходомера установлены стыковочный узел с фиксатором и двухшарнирный взаимоперпендикулярный электропроводный узел с осевым смещением осей вращения относительно продольной оси прибора, а прибор снабжен объемным модулем или влагомера (W), или термовлагомера (T-W), или вискозиметра (В).

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность измерений, вызванная относительно низкой точностью измерительных приборов, работающих в условиях высоких температур, и относительно узкие функциональные возможности, вызванные относительно низкой грузонесущей способностью кабеля, что не позволяет использовать устройство на глубинах, как правило, более 1800 м.

Задачей, которая решается в полезной модели, является создание комплексного прибора для исследования преимущественно паронегнетательных скважин с более широкими функциональными возможностями и более высокой точностью.

Требуемый технический результат заключается в повышении точности с одновременным расширением функциональных возможностей.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, выполненное в виде вертикально удлиненного корпуса, в котором размещены датчик температуры, датчик давления и локатор сплошности, соединенные с геофизическим кабелем, который выполнен с возможностью через кабельную головку в верхней части корпуса передачу сигналов от датчика температуры, датчика давления и локатора сплошности на внешний геофизический регистратор, согласно полезной модели, в качестве датчика давления используют струнный датчик с открытым входом, в качестве датчика температуры используют струнный датчик с закрытым входом, заполненным высокотемпературной жидкостью в смеси с инертным газом, причем у струнных датчиков правая и левая части цилиндров выполнены с диаметрами, отличающимися на 2 мм, а оси цилиндров смещены относительно друг друга на 1-2 мм, при этом у струнного датчика давления толщина струн составляет 0,22 мм, у струнного датчика температуры 0,24 мм, а их корпус и стягивающие струны выполнены из цельной заготовки.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что струнные датчики давления и температуры выполнены из стали 29Н26КХБТЮ-ВИ.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве геофизического кабеля используют одножильный кабель с двумя повивами с разрывным усилием 2400 кгс.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в смеси высокотемпературной жидкости с инертным газом в качестве высокотемпературной жидкости используют или СОФЭКСИЛ-ТСЖ или полиметилсилоксановый эфир ПФМС-6, а в качестве инертного газа - азот в объеме 17.4-17.5% от объема смеси.

На чертеже представлен комплексный прибор для исследования скважин.

На чертеже обозначены:

1 - блок датчика давления;

2 - блок датчика температуры;

3 - локатор сплошности;

4 - переходник к утяжелителю;

5 - фильтр;

6 - датчик давления;

7 - катушки возбуждения;

8 - датчик температуры;

9 - пружина;

10 - магниты;

11 - блок герметизации;

12 - сальник;

13 - геофизический кабель;

14 - гермоввод;

15 - кабельная головка.

Комплексный прибор для исследования скважин выполнен в виде вертикально удлиненного корпуса, в котором размещены датчик 8 температуры, датчик 6 давления и локатор 3 сплошности, соединенные с геофизическим кабелем 13, который выполнен с возможностью через кабельную головку 15 в верхней части корпуса передачу сигналов от датчика 8 температуры, датчика 6 давления и локатора 3 сплошности на внешний геофизический регистратор.

Особенностью предложенного устройства является то, что в качестве датчика 6 давления используют струнный датчик с открытым входом, в качестве датчика 8 температуры используют струнный датчик с закрытым входом, заполненным высокотемпературной жидкостью в смеси с инертным газом, причем у струнных датчиков правая и левая части цилиндров выполнены с диаметрами, отличающимися на 2 мм, а оси цилиндров смещены относительно друг друга на 1-2 мм, при этом у струнного датчика давления толщина струн составляет 0,22 мм, у струнного датчика температуры 0,24 мм, а их корпус и стягивающие струны выполнены из цельной заготовки.

Кроме того, к дополнительным особенностям устройства относится то, что датчики давления выполнены из стали 29Н26КХБТЮ-ВИ, в качестве геофизического кабеля используют одножильный кабель с двумя повивами с разрывным усилием 2400 кгс, а в смеси высокотемпературной жидкости с инертным газом в качестве высокотемпературной жидкости используют или СОФЭКСИЛ-ТСЖ или полиметилсилоксановый эфир ПФМС-6, а в качестве инертного газа - азот в объеме 17.4-17.5% от объема смеси.

Комплексный прибор для исследования скважин используют следующим образом.

Комплексный прибор для исследования скважин используется, преимущественно, для исследования добывающих и нагнетательных скважин глубиной от 1600 м и выше с аномально высокими пластовыми температурами, а также скважин, подвергающихся паротепловой или парогазовой обработке.

Комплексный прибор для исследования скважин предназначен для уточнения геолого-гидродинамической модели продуктивного пласта и залежи, в частности установления типа коллектора, определение фильтрационно-емкостных свойств пласта и оценки их изменения по площади и во времени, установления характера зависимости фильтрационных свойств от забойного давления, оценки гидродинамической связи по пласту и выявления непроницаемых границ.

Кроме того, прибор позволяет осуществить контроль продуктивности скважин, в частности, провести мониторинг состояния призабойной зоны скважин, сделать выбор скважин-кандидатов для проведения работ по повышению их продуктивности и оценить технологическую эффективность методов воздействия на призабойную зону и пласт.

Прибор может быть использован для анализа режимов работы скважин с целью их оптимизации, выбора способа эксплуатации и расчета подъемников, для контроля энергетического состояния залежей по данным измерений и гидродинамического моделирования, подготовить информацию по результатам гидродинамических исследований для математического моделирования, проектирования и контроля за разработкой нефтяных месторождений.

При парогазовом и паротепловом воздействии на пласт и призабойную зону скважин, кроме того, могут решаться задачи определения параметров теплоносителя, нагнетаемого в скважину (температура и давление на устье, на забое, степень сухости пара на забое, расчет тепловых потерь), определения интервалов поглощения теплоносителя в интервале перфорации, расчет количества теплоносителя, поступающего в различные интервалы, определения технического состояния нагнетательной колонны (при нагнетании пара), а также другие задачи, связанные с контролем разработки месторождений с применением паротепловых, парогазовых и термогазовых методов.

Преобразователь давления представляет собой петлю Бурдона, изготовленную вместе со стягивающей струной из одного материала с низким коэффициентом температурного расширения. Принцип действия струнного преобразователя заключается в изменении собственных колебаний стягивающей струны от ее натяжения, которое пропорционально давлению. Измерение производится следующим образом: на катушку возбуждения подаются с определенной периодичностью токовые импульсы, возбуждающие колебания струны, что приводит к возникновению колебаний в катушке, которые расшифровываются и преобразуются в величину давления регистрирующей аппаратурой. Струнные датчики давления и температуры настроены на разные собственные резонансные частоты. Изменения давления изменяет резонансную частоту струнного датчика давления (открытый вход), а изменения температуры изменяют резонансную частоту датчика температуры (закрытый вход), что фиксируется геофизическим регистратором, который, в свою очередь, высоковольтным импульсом длительностью, равной резонансной частоте, возбуждает затухающие колебания стягивающих струн датчиков. Длительность импульса возбуждения должна автоматически подстраиваться под резонансные частоты струнных датчиков. Время следования импульсов возбуждения для разных резонансных частот происходят каждые 5 секунд. Частоты колебаний стягивающих струн определяются геофизическим регистратором по нескольким неискаженным колебаниям и потом преобразуются в инженерные физические единицы давления. Первые колебания стягивающих струн всегда искажены. Чтобы избежать погрешности в измерениях первые 100 периодов частоты пропускаются, т.к. они будут искаженными, из последующих 100 периодов формируется импульс, длительность которого измеряется в микросекундах. Так как частота колебаний, генерируемая датчиком давления, нелинейно зависит от изменения давления, то весь диапазон измеряемых величин разбивается на определенное количество линейных участков, обеспечивающих необходимую погрешность измерений.

Локатор 3 сплошности представляет собой катушку индуктивности, размещенную на постоянном магните, и служит для наблюдения пути прохождения прибора в канале ствола скважины и привязки комплексного прибора по глубине. Принцип действия локатора основан на регистрации изменении магнитного поля катушки за счет влияния изменения сплошности колонны труб скважины (муфты, перфорация и прочее).

Комплексный прибор для исследования скважин измеряет давление и температуру по стволу скважины, производит локацию сплошности и передает полученную информацию по однопроводной линии связи внутри геофизического кабеля, выполняющего и функции грузонесущего кабеля, к электронному блоку (регистратору), расположенному на поверхности, для последующего преобразования в стандартный электрический сигнал и регистрации по соответствующим каналам измерения и обработки для обеспечения, в частности, с целью визуального отображения на мониторе компьютера и сохранения данных в электронном виде для дальнейшей обработки. Возможно применение трехпроводной лини связи, например, с использованием кабеля КГ3x0.75-60-260 (диаметр 10,25 мм), что существенно упростит наземную аппаратуру, однако усложнит конструкцию и успешность уплотнения кабеля на устье скважины. Кроме того, на кабель диаметром 10.25 мм, уже при давлении 10 MПа на устье скважины, будет действовать выталкивающая сила, равная 82,5 кгс (для кабеля диаметром 5.6 мм - 45 кг), что потребует увеличение веса груза. Учитывая, что проходное отверстие пакера, как правило, не более 60 мм, потребуется большая высота лубрикатора и сложность заправки в него прибора. Поэтому вариант с использованием однопроводной линии считать основным. Однако при работе в открытом стволе может использоваться и трехжильный кабель.

Комплексный прибор для исследования скважин после полной сборки и присоединения к кабелю заправляется в лубрикатор, и после уплотнения кабельного ввода в лубрикатор последний путем открытия лубрикаторной задвижки берется иод давление.

Включается вторичная аппаратура, производится измерение сопротивления комплексных приборов по отношению к земле, в случае если это сопротивление ниже регламентных значений приборов - поднимается, если выше или равно - производится начало измерений. Генератор импульсов посылает импульсы размерами несколько микросекунд через гермовод 14 на струнный датчик 6 давления, на струнный датчик 8 температуры и локатор 3 сплошности. Импульс в локаторе 3 сплошности затухает ввиду большой индуктивности. Импульс на манометре датчика 8 температуры приводит к колебанию струн, которые колеблются с собственной частотой и возвращаются для расшифровки. Собственная частота датчика 6 давления и датчика 8 температуры составляет 400-500 и 500-600 Гц, соответственно. При расшифровке отбрасываются первые и последние сто колебаний и формируется усредненный массив, по которому и определяются давление и температура. Разница колебаний датчика 6 давления и датчика 8 температуры организуется разностью толщины струн 0.22-0.24 мм соответственно.

Струнный датчик 6 давления, струнный датчик 8 температуры и локатор 3 сплошности присоединяются параллельно к одножильному кабелю, например КТл1х0.75 - 30-260 (диаметр 5,6 мм). У струнных датчиков давления и температуры левая и правая части цилиндров имеют разные диаметры. Так, например, правая часть имеет диаметр 20 мм, а левая часть - 22 мм. Это создает условие большего изгиба правой части и дополнительного усилия растяжения на струну. Кроме того, оси цилиндров смещены относительно друг друга на 1-2 мм, что при воздействии давления создает дополнительный момент, растягивающий струну, и, как следствие, повышает чувствительность датчиков.

Таким образом, благодаря усовершенствованиям известного устройства достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности при одновременном расширении функциональных возможностей.