пятница, 8 февраля 2013 г.

малогабаритные индукционные датчики

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и работам в скважинах, бурящихся на нефть и газ.Известен способ геонавигации горизонтальных скважин [1, 2], заключающийся в проведении высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ). Данный способ получил широкое распространение в геофизических исследованиях нефтегазовых скважин и может использоваться для геонавигации горизонтальных скважин в продуктивных пластах большой мощности.В продуктивных же пластах малой мощности (2-3 м) и с интенсивно изменяющейся формой залегания способ ВИКИЗ будет неэффективен по следующим причинам:1) используемые зонды индукционного каротажа сложную по морфологии среду околоскважинного пространства отражают как однородную изотропную среду. В реальной обстановке, в необходимом радиусе исследований (до 1-2 метров) в условиях маломощных субгоризонтальных пластов, морфология зон различного сопротивления имеет анизотропный характер;2) способ ВИКИЗ не оперативен, т.к. для принятия решения о траектории проводки ствола скважин извлекается буровой инструмент, затем на забой доставляется геофизическая аппаратура и выполняется каротаж. После оперативной интерпретации данных выполненного каротажа определяется стратегия дальнейшего бурения. Достаточно точное управление процессом бурения горизонтального ствола в пластах коллекторов малой мощности возможно только пои детальном анализе данной морфологии в системе on-line.Более эффективным является каротаж в процессе бурения, в системах которых используются индукционные зонды различных модификаций [3, 4]. Такие системы каротажа в процессе бурения существуют и за рубежом: Logging Well Drilling или LWD-системы (Schlumberger, Baker Atlas и др.) [5, 6]. Однако и эти системы имеют недостатки, а именно:- применяемые системы оснащены индукционными зондами, которые не имеют геометрической и электродинамической изопараметричности, что не дает возможность достоверно изучать процесс насыщения пластов при образовании скопления пластовой воды вокруг скважины;- устройства каротажа конструктивно размещаются на значительном расстоянии от долота и его двигателей (более 10 м), что дает существенно запаздывающую информацию о породах и не позволяет учесть техногенные изменения, обусловленные процессами фильтрации бурового раствора в пласт;- известно, что проникновение фильтратов бурового раствора в коллекторы вытесняет не только углеводороды, но и пластовую воду. Пластовая вода, вытесненная вслед за нефтью, образует окаймляющую зону повышенной электропроводности [2, 5, 6]. Модели среды с такими техногенными неоднородностями включают скважину, зону проникновения фильтрата с двумя границами раздела. Границами разделяют пространство около скважины на три зоны с неизвестными абсолютными электрическими свойствами, что чрезвычайно осложняет интерпретацию данных ИК. Таким образом, отметим, что оперативный анализ возможен в первом приближении только по относительным значениям электропроводности зон среды N примерно по схеме: высокая, низкая, высокая, низкая от оси скважины.Таким образом, системы LWD, применяемые в Schlumberger и др. западных компаниях, не гарантируют необходимой точности определения положения оси ствола скважины, а также и характера насыщения пород из-за сложности структуры в околоскважинном пространстве, вызванной техногенными процессами.Известны способы и многочисленные устройства бокового (электрического) каротажного зондирования (БКЗ) [7-12] для исследования электрических свойств литологических разностей вблизи ствола скважины. Однако эти способы и устройства не имеют достаточной разрешающей способности к геоэлектрическим свойствам пород, простирающихся вдоль ствола горизонтальной скважины. Кроме того, они в большой степени зависят от сложных экранных эффектов, обусловленных уплотненными слоями, что существенно усложняет интерпретацию результатов измерения. Не менее важным является фактор повышенной проводимости скважинного флюида, что приводит к повышенной концентрации тока по раствору и резкому снижению тока, проникающего в породы. В условиях бурения на соленых растворах, когда удельное сопротивление скважинного флюида составляет доли Ом·м, а сопротивление вмещающих пород N более 100 Ом·м, в среду попадает менее 1% тока, что существенно снижает эффективность методов БК. Существуют также технологические трудности доставки на забой горизонтальных скважин зондовых устройств БКЗ шлангового типа.Известен способ оснащения бурового инструмента системами каротажа, который выполняется в процессе бурения ВИКПБ-7 [15]. Данная технология основана на выполнении высокочастотных электромагнитных зондирований семью индукционными зондами разной глубинности. Диапазон измерения сопротивления 1-200 Ом·м. Технология проведения исследований ВИКПБ-7 кроме конструктивных особенностей мало отличается от технологии ВИКИЗ [1, 2] и ей присущи те же недостатки, описанные выше. Оборудование также основано на применении различных зондов индукционного каротажа, что позволяет судить количественно о сопротивлении пород в радиусе от 0.3 до 2.0 м. Однако есть ограничение, что отмечается авторами разработки [2], радиусы исследований до центра откликов зависят от удельных сопротивлений среды. Низкое сопротивление среды уменьшает глубинность исследования.Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности геонавигации горизонтальных скважин в пластах коллекторов малой мощности за счет регистрации изменений параметров пород в процессе бурения одновременно по трем ортогональным направлениям, что дает возможность принятия решения об изменении траектории бурения в режиме on-line.Это достигается тем, что способ геонавигации горизонтальных скважин основан на возбуждении импульсного электромагнитного поля и измерении магнитных полей вихревых токов в породах.Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что возбуждение электромагнитного поля проводят с помощью электрического диполя, питаемого импульсным разнополярным током, а измерения магнитных полей вихревых токов проводят в период паузы между импульсами тока малогабаритными индуктивными датчиками, ориентированными в трех ортогональных направлениях, и по анализу кривых спада магнитных полей вихревых токов формируют команды на управление положением отклонителя бурильного инструмента. При этом с помощью индуктивных датчиков измеряют не менее трех кривых спада магнитных полей вихревого тока.Данный способ реализуется устройством, содержащим долото, забойный двигатель с ориентатором и отклонителем, измерительный модуль, связанный с наземным приемно-обрабатывающим комплексом.Отличие предлагаемого устройства для геонавигации горизонтальных скважин от других аналогичных устройств заключается в том, что измерительный модуль выполнен в виде немагнитной высокопрочной трубы с расположенными на концах питающими электродами, жестко соединенной с бурильными трубами и представляющей собой электрический диполь, питаемый импульсным разнополярным током, при этом измерительный модуль содержит малогабаритные индуктивные датчики для измерения магнитных полей вихревых токов, при этом индуктивные датчики расположены в теле трубы, а их магнитные моменты сориентированы в трех ортогональных направлениях.На фиг.1 изображен общий вид устройства;на фиг.2 представлена конструкция измерительного модуля;на фиг.3 отражены физические основы работы модуля;на фиг.4 показано расположение индуктивных датчиков в теле трубы.Устройство геонавигации горизонтальных скважин содержит долото 1, забойный двигатель 2 с ориентатором и отклонителем, измерительный модуль 3, связанный с помощью блок-системы 4 с наземным программно-обрабатывающим комплексом 5 (см. фиг.1).Измерительный модуль 3 (см. фиг.1 и 2) выполнен в виде немагнитной высокопрочной трубы с расположенными на концах питающими электродами и представляющей собой электрический диполь, питаемый импульсным разнополярным током. Измерительный модуль 3 жестко соединен с блоком телесистемы 4 и бурильными трубами и представляет собой комплексную дипольную систему, позволяющую проводить измерения кажущегося сопротивления в трехмерном пространстве вблизи ствола скважины.Измерительный модуль 3 выполнен из немагнитного высокопрочного материала (несущая труба длиной до 5 м), что делает его радиопрозрачным для магнитных полей вихревых токов в среде и одновременно чрезвычайно прочным для вибрации и осевых ударных нагрузок при проведении процесса бурения. Внутренний диаметр трубы выполнен полым для пропуска бурового раствора.Малогабаритные индуктивные датчики X, Y и Z, магнитные моменты которых ориентированы в трех ортогональных направлениях (см. фиг.4), и все платы с электроникой размещаются в теле несущей трубы в герметичных специализированных контейнерах.Принцип работыВозбуждение N гальваническое. Основной источник N диполь А(+) NB(-). Форма тока - знакопеременная с паузами, длительность импульса и паузы N 150 ms. Сила тока в импульсе 100 mA. Токовая цепь замыкается через буровой раствор и среду.Прием N индуктивный. Индуктивные датчики X, Y, Z размещены в теле несущей немагнитной трубы.При индуктивном возбуждении в случае применения электрического диполя существуют всего четыре основных источника магнитного поля (для индуктивных датчиков X, Y, Z):1) первичный омический ток от одного электроду к другому;2) ток поляризации внутри поляризуемого тела (если оно есть);3) ток в силовом кабеле;4) вихревой ток, возникающий в породе под действием первичного магнитного поля силового кабеля.Из этих источников интерес представляет только вихревой ток, возникающий в породе под воздействием первичного магнитного поля силового кабеля.Измерения магнитных полей вихревых токов проводят в период паузы между импульсами (см. фиг.3), когда влияние этих магнитных полей омического тока и тока в силовом кабеле исчезающе мало.Аналогично в отношении с магнитным током поляризации - поляризуемое тело отсутствует. Поляризация нефти в порах коллектора не превышает 0.5%.Единственный источник поля в период паузы - магнитное поле вихревых токов, возбуждаемых в породах окружающей среды.На времени задержки 0.001 с (1 mS) поле от породы с сопротивлением 100 Ом·м составляет около 3 нТл на расстоянии 0.05 м. На времени t=0.1 секунды (100 ms) N уже 0.3 нТл, на расстоянии 1 метр и времени 1 ms N 1.6 нТл.В теле несущей трубы размещаются три приемных индуктивных датчика (фиг.3).В качестве зондов используются три приемных индуктивных датчика N кроме датчика Z, ориентированного по оси скважины, еще размещаются датчики Х и Y по ортогональным направлениям. В качестве индуктивных датчиков используются известные преобразователи магнитной индукции, разработанные в ИГ УрО РАН и представляющие собой симметричные мультивибраторы с насыщающимися сердечниками. Сердечник из аморфного сплава, кольцевой с двумя симметричными катушками. Напряжение питания 5.5 В (стабилизированное, однополярное). Частота мультивибратора 0.5 N 5 МГц. Коэффициент преобразования от 0.1 до 1 мкВ/нТл. Размер зонда 1-2 см3. Чувствительность приемника - 0.1 нТл. Все измерения кривой спада электромагнитного поля вихревых токов заканчиваются до 120 mS.Тем самым, получена ортогонально-ориентированная система при условии привязки к гироскопическим данным телеметрической системы всего управляемого бурильного комплекса с применением бурового раствора любой минерализации.Скорость и морфология кривой спада магнитного поля вихревых токов после выключения генераторного импульса зависит от силы вихревых токов в ближней (R1), средней (R2) и дальней (R3) зонах окружающей среды, т.е. фактически N от морфологии спектра кажущегося сопротивления литологических разностей.Значение индукции (В) регистрируемого вторичного магнитного поля вихревого тока в той или иной литологической разности определяется силой этого тока, зависящего от кажущегося сопротивления (КС) конкретного литотипа, расположенного на расстоянии R (см. фиг.2). Определение значений

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, бурящихся на нефть и газ. Технический результат: повышение эффективности геонавигации горизонтальных скважин в пластах коллекторов малой мощности, а также в непосредственной близости от кровли нефтяного или нефтегазового коллектора. Сущность: способ основан на возбуждении импульсного электромагнитного поля и измерении магнитных полей вихревых токов в породах. Возбуждение электромагнитного поля осуществляется с помощью электрического диполя, питаемого импульсным разнополярным током. Измерения магнитных полей вихревых токов проводят в период паузы между импульсами тока малогабаритными индуктивными датчиками, ориентированными в трех ортогональных направлениях. По анализу кривых спада магнитных полей вихревых токов формируют команды на управление положением отклонителя бурильного инструмента. Устройство содержит долото, забойный двигатель с ориентатором и отклонителем, измерительный модуль. Измерительный модуль выполнен в виде немагнитной высокопрочной трубы с расположенными на концах питающими электродами, жестко соединенной с бурильными трубами и представляющей собой электрический диполь, питаемый импульсным разнополярным током. Измерительный модуль содержит малогабаритные индуктивные датчики, расположенные в теле трубы. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

(54) СПОСОБ ГЕОНАВИГАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Общество с ограниченной ответственностью ООО "ПетроТул" (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Теплухин Владимир Клавдиевич (RU)

452616, Республика Башкортостан, г. Октябрьский, ул. Космонавтов, 5/7, ООО "ПетроТул"

Адрес для переписки:

RU 2230343 C2, 10.06.2004. RU 2278236 C1, 20.06.2006. RU 2313668 C1, 27.12.2007. WO 03/076969 A2, 08.09.2003. WO 2006/096456 A1, 14.09.2006.

(56) Список документов, цитированных в отчете опоиске:

(46) Опубликовано: 27.07.2010

(43) Дата публикации заявки: 10.03.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

(21), (22) Заявка: 2008135276/28, 29.08.2008

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУСтатус: по данным на 18.08.2010 - действует

G01V3/26   (2006.01)E21B7/04   (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБАПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

Патент на изобретение 2395823

Комментариев нет:

Отправить комментарий