скважинный прибор для телеметрии и активации малодебитных и простаивающих нефтяных скважин

Формула изобретения

1. Скважинный прибор для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин, содержащий установленные в общем корпусе измерительную головку и исполнительное устройство, причем измерительная головка содержит последовательно соединенные блок датчиков и блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП), отличающийся тем, что прибор снабжен регистратором, схемой «И» и решающим устройством, содержащим датчик времени и последовательно соединенные блок сравнения текущих значений параметров с их пороговыми значениями и блок схем «И», второй вход которого соединен с выходом датчика времени и первым выходом решающего устройства, второй выход которого соединен с выходом блока схем «И», причем входом решающего устройства является вход блока сравнения текущих значений параметров с их пороговыми значениями, при этом первый выход решающего устройства соединен с первым входом схемы «И», второй вход которой соединен с выходом блока АЦП, соединенным также с входом решающего устройства, второй выход которого соединен с управляющим входом исполнительного устройства, а выход схемы «И» соединен с регистратором.

2. Скважинный прибор по п.1, отличающийся тем, что датчик времени содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов с электромеханическим включателем и счетчик импульсов, счетный выход которого соединен с выходом датчика времени.

3. Скважинный прибор по п.1, отличающийся тем, что регистратор выполнен в виде съемной карты памяти.

4. Скважинный прибор по п.1, отличающийся тем, что исполнительное устройство содержит последовательно соединенные емкостный накопитель электрической энергии и электронный коммутатор, причем управляющий вход емкостного накопителя соединен с входом, а выход - с выходом исполнительного устройства.

5. Скважинный прибор по п.4, отличающийся тем, что емкостный накопитель электрической энергии содержит последовательно соединенные аккумулятор, мультивибратор, высоковольтный трансформатор, выпрямитель и высоковольтный конденсатор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному оборудованию, конкретно к скважинным приборам для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин.

Известны скважинные приборы (RU 34965, Кл. Е21В 47/00, G01V 3/18, 2003; RU 21416, Кл. Е21В 47/00, 2002; RU 49898, Кл. Е21В 47/12, 2005; RU 21615, Кл. Е21В 47/00, 2002; RU 27157, Е21В 47/12, 2003; RU 47437, кл. Е21В 47/02, 2005; RU 38834, Кл. Е21В 47/00, 2004; RU 21416, Е21В 47/00, 2002; RU 23975, Кл. G01D 5/00, 2002; RU 41795, Кл. Е21В 43/25, G01V 5/12, 2004; RU 21415, Кл. Е21В 47/00, 2002), содержащие блок датчиков, подвешенный на тросе в скважине и соединенный через проводную или гидролинию связи с наземным устройством регистрации процесса активации забойного слоя малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин.

Общим недостатком известных приборов является необходимость установки в скважине другого отдельного скважинного прибора - активатора, обеспечивающего последующий надежный поджиг или включение соответствующего газогенератора с поверхности Земли на основе паспортных данных скважины или визуальной оценки телеметрической информации.

Известен скважинный прибор для надежной инициализации активатора (RU 2175059, кл. Е21В 43/263, 2001) на основе электрического или электрохимического поджига газогенератора, содержащий наземную взрывную машинку (индуктор) и скважинный электровоспламенитель, соединенные между собой электрокабелем с малым (для уменьшения потерь энергии на кабеле) удельным сопротивлением.

Недостатком этого скважинного прибора является весовое ограничение на длину малоомного электрического кабеля (разрыв под действием собственного веса из-за большого удельного веса и малой прочности), что ограничивает его использование в относительно глубоких (более 1 км) газовых и нефтяных скважинах.

Поэтому преимущественное применение для инициализации активаторов нефтяных и газовых скважин нашли скважинные приборы (RU 30389, Кл. Е21В 43/1185, 2003; RU 2232264, Кл. Е21В 43/263, 2004; RU 2175379, Кл. Е21В 43/1185, 2001; RU 2160829, Кл. Е21В 43/1185, 2000; SU 1660410, Кл. Е21В 43/1185, 1996), некритичные к глубине скважины и содержащие соответственно капсюль-детонатор или стеклянную ампулу с раствором кислоты, ударный механизм и направляющую трубу для сбрасывания в скважину на ударный механизм тяжелого шара, лома или воды достаточного объема и давления.

Прототипом изобретения является скважинный прибор для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин (RU 15117, Кл. Е21В 44/00, Е21В 43/25), основанный на комбинации указанных выше видов скважных приборов и включающий установленные в общем корпусе измерительную головку, содержащую последовательно соединенные блок датчиков и блок аналого-цифровых преобразователей (телеметрическую часть), а также включающую исполнительное устройство (инициализатор), соединенные между собой кабельными линиями связи через наземное устройство принятия решений. При этом исполнительное устройство выполнено в виде блока электромеханического управления источником упругих волн, соединенным через воздуховод с наземным компрессором.

Недостатком известного устройства узкофункциональное назначение, а именно только для управления активацией скважин продольными волнами. Другим недостатком является ограничение на глубину его скважинного применения, обусловленная наличием наземных средств управления и соответствующих воздуховодов для подачи сжатого воздуха и кабельных линий связи для передачи на поверхность Земли телеметрической информации на наземное устройство регистрации процесса активации.

Задачей настоящего изобретения является создание скважинного прибора для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин, конструкция которого обладает расширенными функциональными возможностями и позволяет автоматически производить поджиг газогенераторов (перфораторов и теплогенераторов) и регистрировать процесс активации призабойной зоны скважины с помощью одного скважинного прибора непосредственно в скважине без использования дополнительного наземного оборудования.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей скважинного прибора.

Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются тем, что скважинный прибор для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин, содержащий установленные в общем корпусе измерительную головку и исполнительное устройство, причем измерительная головка содержит последовательно соединенные блок датчиков и блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП), согласно изобретению прибор снабжен регистратором, схемой И и решающим устройством, содержащим датчик времени и последовательно соединенные блок сравнения текущих значений параметров с их пороговыми значениями и блок схем И, второй вход которого соединен с выходом датчика времени и первым выходом решающего устройства, второй выход которого соединен с выходом блока схем И, причем входом решающего устройства является вход блока сравнения текущих значений параметров с их пороговыми значениями, при этом первый выход решающего устройства соединен с первым входом схемы И, второй вход которой соединен с выходом блока АЦП, соединенным также с входом решающего устройства, второй выход которого соединен с управляющим входом исполнительного устройства, а выход схемы И соединен с регистратором.

При этом датчик времени содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов с электромеханическим включателем и счетчик импульсов, счетный выход которого соединен с выходом датчика времени. Регистратор выполнен в виде съемного блока памяти типа карты CompactFlash. Исполнительное устройство содержит последовательно соединенные емкостной накопитель электрической энергии и электронный коммутатор, управляющий вход которого соединен с входом, а выход - с выходом исполнительного устройства.

Установка решающего устройства непосредственно в скважинный прибор позволяет исключить необходимость использования коммуникационных линий для связи с наземным оборудованием в целях определения момента инициализации газогенерирующего оборудования (перфораторов, теплогенераторов) и, тем самым, расширить функциональные возможности скважинного прибора и решить проблему скважинных ограничений на длину кабельного оборудования. Снабжение скважинного прибора регистратором, выполненным в виде съемного блока памяти типа карты CompactFlash и соединенным через схему И с выходами измерительной головки и решающего устройства, дополнительно позволяет расширить функциональные возможности скважинного прибора, а именно регистрировать процесс активации и обработки призабойной зоны скважины непосредственно в скважине, с последующей обработкой записанных данных съемной памяти на персональном компьютере после поднятия скважинного прибора на поверхность Земли по окончании активации скважины. Выполнение исполнительного устройства в виде емкостного накопителя электрической энергии, содержащего последовательно соединенные аккумулятор, мультивибратор, высоковольтный трансформатор, выпрямитель и высоковольтный конденсатор и соединенного через электронный коммутатор с потенциальным выходом скважинного прибора позволяет использовать маломощный источник электропитания (аккумулятор) для надежного электроподжига соответствующего активатора скважины без использования наземного оборудования (взрывных машинок, индукторов) и кабельных линий связи. При этом вес скважинного прибора практически остался на уровне известных из горной техники значений и не превышает единиц кг.

В целом указанные технические преимущества изобретения позволяют обеспечить решение поставленной задачи и достичь заявленного технического результата, а именно расширить функциональные возможности скважинного прибора и позволяет автоматически производить поджиг газогенераторов (перфораторов и теплогенераторов) и регистрировать процесс активации призабойной зоны скважины с помощью одного скважинного прибора непосредственно в скважине без использования дополнительного наземного оборудования.

На фиг.1 представлена функциональная схема скважинного прибора, на фиг.2 - функциональная схема его накопителя энергии.

Скважинный прибор для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин содержит установленные в общем корпусе 1 и последовательно соединенные измерительную головку 2, решающее устройство 3 и исполнительное устройство 4, а также регистратор 5, соединенный через схему 6 И с выходами решающего устройства 3 и измерительной головки 2. Измерительная головка 2 скважинного прибора содержит последовательно соединенные блок 7 датчиков и блок 8 аналого-цифровых преобразователей, выход которого соединен с входом решающего устройства 3. Решающее устройство 3 содержит последовательно соединенные блок 9 сравнения текущих значений параметров с их пороговыми значениями и блок 10 схем И, второй вход которого соединен с выходом датчика 11 времени. Датчик 11 времени содержит последовательно соединенный генератор 12 тактовых импульсов с электромеханическим включателем 13 и счетчик 14 импульсов. Счетный выход счетчика 14 является выходом датчика 11 времени и дополнительно соединен с первым входом схемы 6 И, второй вход которой соединен с выходом блока 8 измерительной головки 2, а выход с регистратором 5. Регистратор 5 выполнен в виде съемного блока памяти типа CompactFlash емкостью не менее 10 Мбайт. Выход блока 10 схем И решающего устройства 3 соединен с управляющим входом исполнительного устройства 4. Исполнительное устройство 4 содержит последовательно соединенные емкостной накопитель 15 электрической энергии и электронный коммутатор 16, управляющий вход которого соединен с выходом блока 10, а выход - с потенциальными выводами исполнительного устройства 4. Емкостной накопитель 15 содержит последовательно соединенные аккумулятор 17, мультивибратор 18, высоковольтный трансформатор 19, выпрямитель 20 и высоковольтный конденсатор 21.

Скважинный прибор для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин работает следующим образом.

Перед опусканием скважинного прибора в скважину его потенциальные выводы соединяют токопроводящими шинами с выводами спирали воспламенителя газогенератора и включают датчик 11 времени включателем 13. При этом на генератор 12 подается питающее напряжение, и он начинает генерировать считывающие импульсы с заданным периодом следования, которые подаются на вход счетчика 14, на котором установлено число, соответствующее времени задержки, максимально необходимое для опускания скважинного оборудования, установки термозаглушки (пакера) и поднятия давления в скважине. Одновременно включается емкостной накопитель 15 энергии. При этом мультивибратор 18 преобразует низковольтное постоянное напряжение аккумулятора 17 в переменное напряжение с частотой единицы кГц. Далее это переменное напряжение трансформатором 19 преобразуется в высокое напряжение, которое затем выпрямителем 20 преобразуется в постоянное высокое напряжение, заряжающее высоковольтный конденсатор 21. Затем в соответствии с паспортными данными на скважину скважинный прибор совместно с газогенератором опускают в скважину на уровень ее призабойной зоны, например, на стальном тросе. При готовности скважины к активизации ее призабойной зоны в заданное счетчиком 14 время с его выхода выдается разрешающий сигнал на вторые входы схем И блока 10 и схему 6 И. При этом сигналы с блока 7 датчиков о давлении и температуре в скважине через блок 8 измерительной головки 2 и через схему 6 И поступают на регистратор 5, где запоминаются в его памяти о текущих значениях показаний датчиков в скважине. Одновременно измеренные значения в головке 2 показания датчиков 7 и преобразованные в цифровую форму сигналы с блока 8 передаются на вход блока 9 решающего устройства 3. В блоке 9 производится сравнение текущих значений параметров скважины с пороговыми значениями, необходимыми для активации призабойной зоны скважины. При превышении текущих значений параметров их пороговых значений с выхода блока 9 выдается сигнал на инициализацию, который при наличии разрешающего сигнала датчика 11 времени проходит через блок 10 схем И и подается на пусковой вход коммутатора 16. При этом накопленная энергия на высоковольтном конденсаторе 21 емкостного накопителя 15 разряжается через спираль воспламенителя газогенерирующего оборудования. В зависимости от типа газогенерирующего оборудования производится импульсная и/или тепловая обработка скважины. Датчики блока 7 измерительной головки 2 фиксируют текущие характеристики параметров обработки скважины, например, такие как давление, температура, скорости и ускорения их изменения. Аналоговые сигналы в блоке 8 преобразуются в цифровую форму (импульсно-кодовые сигналы) и через открытую схему 6 передаются на регистратор 5 для запоминания процесса активизации призабойной зоны скважины. После обработки скважины скважинный прибор поднимается на поверхность земли. Он подключается к персональному компьютеру для составления отчета об обработке скважины.

Изобретение не ограничивается вышеприведенным примером его осуществления. В рамках данного изобретении возможны и другие варианты исполнения его элементов. Так, для дополнительной безопасности емкостной накопитель 15 может быть дополнительно снабжен отдельным включателем, выполненным в виде электронного коммутатора, соединенного с выходом счетчика 14.

Скважинный прибор для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин выполнен на уровне опытного образца. Проведены его опытные испытания. Испытания показали возможность использования скважинного прибора не только для выработки информации о состоянии скважины, но и обеспечили возможность автоматического определения момента поджига газогенератора, выдачи команды на его электроподжиг и запоминания параметров процесса обработки скважины. Таким образом, технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей скважинного прибора, достигается.