способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации
Классы МПК: | E21B47/12 средства передачи сигналов измерения из скважины на поверхность, например каротаж в процессе бурения G01V3/30 с использованием электромагнитных волн |
Автор(ы): | Григашкин Г.А., Стеблев Ю.И., Кульчицкий В.В., Скоробогатов Е.Г. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-08-16 публикация патента:
20.02.2003 |
Изобретение относится к области исследований скважин в процессе бурения и может быть использовано для проведения электромагнитного каротажа в процессе бурения. Задачей изобретения является повышение надежности и информативности определения параметров разбуриваемых пластов. В зоне контроля возбуждают переменное двухчастотное электрическое поле посредством подключения системы каротажа к электрическому разделителю телеметрической системы с электромагнитным каналом связи. Для измерения сигналов реакции контролируемой среды используют указанный электрический разделитель, металлический кронштейн и диэлектрический корпус приборного контейнера, в котором размещена скважинная аппаратура каротажа. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего телеметрическую систему с беспроводным электромагнитным каналом связи, датчики тока и преобразователи напряжения три электронных ключа, двухканальный цифроаналоговый преобразователь, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, память команд, память хранения результатов, устройство ввода-вывода и цифровой сигнальный процессор с портом управления коммутацией и последовательным портом в качестве электродов для создания и измерения зондирующего электрического поля используются электрический разделитель, металлический кронштейн, корпусная точка скважинной аппаратуры каротажа и диэлектрический корпус приборного контейнера, в котором размещена аппаратура каротажа. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения, включающий операции возбуждения зондирующего электрического поля в зоне контроля и измерения сигналов реакции контролируемой околоскважинной среды с помощью цилиндрических электродов-зондов, и определение электрофизических параметров среды, отличающийся тем, что в зоне контроля возбуждают переменное двухчастотное электрическое поле посредством подключения системы каротажа к электрическому разделителю телеметрической системы с электромагнитным каналом связи, при этом в качестве электродов-зондов используют электрический разделитель, металлический кронштейн и диэлектрический корпус приборного контейнера, в котором размещена скважинная аппаратура каротажа, проводят измерение комплексных величин напряжения![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-56t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-57t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-58t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-59t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-60t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-61t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-62t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-63t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-64t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-65t.gif)
причем комплексные проводимости Yи1(w1), Yи2(w2), Yи3(w1) и Yи3(w2) определяются по измеренным значениям комплексных токов
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-66t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-67t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-68t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-69t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-70t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-71t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-72t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-73t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-74t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-75t.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемые способ и устройство относятся к области контрольно-измерительной техники и предназначены для проведения каротажа газонефтяных скважин в процессе бурения в составе MWD систем с беспроводным электромагнитным каналом связи. При бурении нефтяных и газовых скважин информация о геологических свойствах разреза необходима для оперативной оптимизации траектории скважин, особенно горизонтальных, с целью вывода разбуриваемой скважины в наиболее продуктивные в нефтяном или газовом отношении пласты. Известен способ диэлектрического каротажа скважин, заключающийся в том, что в скважинном приборе применен цилиндрический конденсатор из двух обкладок. Одна из обкладок (нижняя) представляет собой латунный цилиндр, а второй обкладкой служит корпус прибора. Указанный конденсатор-зонд включен в колебательный контур, и по измеренной частоте контура и напряжения на нем судят о диэлектрической проницаемости разбуриваемого плата [ 1 ]. Соответствующее устройство содержит автогенератор, в который включен колебательный контур со скважинным конденсатором зондом, генератор-гетеродин, смеситель, усилитель, выпрямитель, преобразователь напряжения, мультивибратор, частотомер, датчик тока, компенсатор. Известен аналогичный способ диэлектрического каротажа скважин, в котором зондирующее электромагнитное поле создается с помощью электродов скважинного конденсатора-зонда металлических цилиндров, расположенных на одной оси в торец друг к другу на некотором расстоянии один от другого. Число электродов два или три [2]. Известна также телеметрическая система (телесистема) для контроля траектории ствола скважины с инклинометрическим и геофизическим блоками с использование беспроводного электромагнитного канала связи, причем передатчик канала связи подключен к разделителю - диэлектрической вставке между нижней (забойной) и верхней буровыми трубами, электрически разделяющей буровую колонну, и служащей передающей антенной [3]. Наиболее близкой по технической реализации является устройство и способ, описанные в патенте GВ 2130378 А, кл. G 01 V 3/20 [4 - прототип]. Способ электромагнитного каротажа включает операции возбуждения зондирующего электрического поля в зоне контроля и измерение сигналов реакции контролируемой околоскважинной среды с помощью цилиндрических электродов-зондов, и определения электрофизических параметров среды. Недостатком известных способов и устройств является невозможность одновременного определения диэлектрических свойств разбуриваемого пласта и его удельной электрической проводимости с учетом изменений электрофизических свойств бурового раствора в процессе бурения и погрешностей аппаратуры, что существенно снижает информативность каротажа. Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и информативности определения электрофизических параметров разбуриваемых пластов и точности управления буровым инструментом в процессе бурения горизонтальных скважин. Указанная задача реализуется с использованием конструктивных элементов передающей антенны беспроводного электромагнитного канала связи забойной телесистемы и приборного контейнера, в котором размещена аппаратура электромагнитного каротажа, в качестве электродов-зондов системы электромагнитного каротажа. На фиг. 1 приведена схема расположения приборного контейнера в зоне разделителя буровых труб, где 1 и 2 - буровые трубы, 3 - металлический кронштейн приборного контейнера, 4 - диэлектрическая вставка-разделитель, 5 - диэлектрический корпус приборного контейнера, 6 - стенки скважины, 7 - направление движения бурового раствора. Цель достигается тем, что производят измерение комплексных величин напряжения![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-2t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-3t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-4t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-5t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-6t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-7t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-8t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-9t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-10t.gif)
Причем комплексные проводимости Yи1(W1), Yи2(W2), Yи3(W1), и Yи3(W2) определяются по измеренным значениям комплексных токов
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-11t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-12t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-13t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-14t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-15t.gif)
1. Возбуждение переменного двухчастотного электрического поля в зоне контроля, с использованием в качестве электродов-зондов элементов конструкции разделителя электромагнитного канала связи забойной телесистемы и приборного контейнера. 2. Измерение комплексных величин напряжений
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-16t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-17t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-18t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-19t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-20t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-21t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-22t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/8869.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-23t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-24t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-25t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-26t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-27t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-28t.gif)
где
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-29t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-30t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-31t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-32t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-33t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-34t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-35t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-36t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-37t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-38t.gif)
Для выделения из измеренных значений комплексных проводимостей Yu1, Yu2, Yu3, информативных составляющих Y1, Y2, Y3 производится операция калибровки измерительной системы. При этом прибор отключается от электродов 1, 2 и 3, а к соответствующим зажимам прибора подключается калиброванная нагрузка: Y3 K1Y1 K1
Y2 K1 - между зажимами 1-2, 1-3, 2-3 (фиг.2), а затем - Y3 K1, Y1 K1, Y2 K1. При этих калиброванных нагрузках производится измерение комплексных токов
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-39t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-40t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-41t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-42t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-43t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-44t.gif)
аналогично определяются проводимости Yu3 k1(w1), Yu1 k2(w1), Yu2 k2(w1), Yu3 k2(w1), при калиброванной нагрузке Y3 k2, Y1 k2Y2 k2. По результатам калибровки определяют неинформативные составляющие комплексных проводимостей Y10Y20Y30 и комплексные коэффициенты передачи
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-45t.gif)
Информативные составляющие комплексных проводимостей определяются по результатам операций измерения и калибровки
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-46t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-47t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-48t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-49t.gif)
полученные значения комплексных проводимостей характеризуют электрофизические параметры разбуриваемого пласта и бурового раствора. Функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ изображена на фиг. 3. Здесь обозначено:
8 - корпусная точка аппаратуры каротажа, 9, 10 и 11 - соответственно первый, второй и третий электронные ключи, 12 - первый датчик тока (ДТ1), 13 - второй датчик тока (д. т.2), 14 - первый преобразователь напряжения, 15 - второй преобразователь напряжения, 16 - порт управления коммутацией, 17 - двухканальный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 18 - цифровой сигнальный процессор (DSP), 19 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 20 - устройство ввода-вывода (УВВ), 21 - память команд, 22 - память хранения результатов измерения. Устройство работает следующим образом. После поступления сигнала синхронизации с передатчика электромагнитного канала связи забойной телесистемы на устройство ввода-вывода (УВВ) 20 цифрового сигнального процессора (DSP) 18, через порт управления коммутации (ПУК) 16 процессора подаются сигналы на электронные ключи 9, 10 и 11. При этом первый ключ 9 размыкается, отключая (блокируя) выходную цепь передатчика телесистемы от разделителя, второй ключ 10 размыкается, преобразователь напряжения 7 расшунтируется и с него на разделитель подается зондирующий сигнал - напряжение
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-50t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-51t.gif)
Для датчика тока 12 (д.т.1): корпусная точка прибора (КТП) 8 - блок 12 - ключ 11 - блок 14 - проводимости (Y1-Y10) - КТП 8. Для датчиков тока 13 (Д.Т.2) - блок 5 - ключ 11 - блок 14 - проводимости (Y3-Y30) - блок 15 - блок 13 (д.т.2). В последнем случае токами через проводимости (Y1-Y10) и (Y2-Y20) пренебрегаем, так как внутренние сопротивления преобразователей 6 и 7 малы и шунтируют указанные проводимости. Два токовых контура с преобразователем напряжения
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-52t.gif)
Для датчика тока 12 (д.т. 1): КТП 8 - блок 12 - блок 13 - блок 15 - проводимости (Y2-Y20) - КТП 8. Для датчика тока 13 (д.т.2): блок 13 - ключ 11 - блок 14 - проводимости (Y3-Y30) - блок 15 - блок 13. В последнем случае током проводимости (Y1-Y10) пренебрегаем, так как внутренне сопротивление преобразователя 14 мало и шунтирует указанную проводимость. Преобразователи 14 и 15 выдают напряжения
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-53t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-54t.gif)
![способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения и устройство для его реализации, патент № 2199008](/images/patents/271/2199008/2199008-55t.gif)
1. Позволяют производить электромагнитный каротаж скважин и бурового раствора с использованием конструктивных элементов передающей части забойной телесистемы. 2. Позволяют производить одновременный каротаж разбуриваемого пласта и бурового раствора на двух рабочих частотах зондирующего электрического поля, по двум параметрам: диэлектрической проницаемости среды и удельной электрической проводимости, что существенно повышает надежность и информативность электромагнитного каротажа. 3. Дают возможность выделить наиболее информативные составляющие измеряемых сигналов, несущих информацию об электрофизических параметрах околоскважинной зоны и бурового раствора. 4. Применение бортового компьютера в забойной части телесистемы позволяет реализовать обработку информации в реальном масштабе времени, повысить информативность информации, передаваемой в наземную часть телесистемы по беспроводному электромагнитному каналу связи. 5. Позволяют реализовать работу системы каротажа совместно с электромагнитным каналом связи в режиме разделения по времени. 6. Сравнительная простота реализации устройства с использованием современной элементной базы и микропроцессорной техники. 7. Применение предлагаемой системы электромагнитного каротажа в процессе бурения газонефтяных скважин позволит существенно повысит эффективность и конкурентоспособность отечественных MWD технологий. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Аксельрод С.М. Высокочастотные методы исследования скважин (индукционный и диэлектрический каротаж), Госгеолтехиздат, М., 1962. 2. Черняк Г.А. Диэлектрические методы исследования влажных грунтов. Недра, М., 1964. 3. Лукьянов Э.Е. Состояние и перспективы развития геофизических исследований в горизонтальных скважинах. Часть II, Тверь, 1994. 4. Патент Великобритании 2130378 А, кл. С 01 V 3/20, опубл. 31.05.1984, 9 с.).
Класс E21B47/12 средства передачи сигналов измерения из скважины на поверхность, например каротаж в процессе бурения
Класс G01V3/30 с использованием электромагнитных волн