Устройство для определения состава горной породы в процессе бурения скважины

 

Использование: в области исследования скважин для определения вещественного (минерального) состава горной породы в процессе бурения скважин. Сущность: в устройстве для определения состава горной породы в процессе бурения скважины, содержащем оптический блок, включающий источник инфракрасного излучения, подключенный к измерительному каналу и каналу сравнения с приводом установки эталонных проб смесей, выходы которых подсоединены к входам системы фокусировки зеркал, оптически связанной с набором светофильтров с приводом установки оптических фильтров, и измерительно-преобразовательный блок, включающий приемник инфракрасного излучения с усилительным блоком, подключенный к входам блоков синхронизации сигналов измерительного канала и канала сравнения, выходы которых связаны с блоком определения оптической плотности, подключенным через аналого-цифровой преобразователь к первому информационному входу микропроцессора, информационный выход которого подключен к блоку индикации, а управляющий - к входам блоков адаптации эталонных проб смесей и оптической фильтрации горной породы, выходы которых подсоединены к приводам установки эталонных проб смесей и установки оптических фильтров оптического блока, согласно полезной модели, в измерительно-преобразовательный блок дополнительно введены блок определения процентного соотношения минералов шлама, блок сравнения процентного содержания глины с пороговым значением и блок-переключатель режимов считывания информации, причем вход блока определения процентного соотношения минералов шлама подключен к выходу блока определения оптической плотности, а выход подсоединен к второму информационному входу микропроцессора и входу блока сравнения процентного содержания

глины с пороговым значением, выход которого подключен к блоку-переключателю режимов считывания информации, подсоединенного к третьему информационному входу микропроцессора. Полезная модель позволяет: повысить достоверность определения концентраций минералов в исследуемом буровом шламе за счет адаптации измерений к концентрациям минералов при обвале глинистых пластов горной породы при проходке скважины.

Предлагаемая полезная модель относится к области исследования скважин и предназначена для определения вещественного (минерального) состава горной породы в процессе бурения скважины.

Известно устройство для определения минерального состава пород, содержания нефти и воды в керне или в буровом шламе в реальном времени бурения скважин, основанное на методе абсорбционной инфракрасной спектроскопии, включающее источник инфракрасного излучения, измерительный канал с кюветой пробы анализируемой горной породы, канал сравнения с кюветой сравнения, систему сферических зеркал, оптически связанных с набором светофильтров, приемник инфракрасного излучения, блок синхронизации сигналов, блок определения оптической плотности и блок индикации (Моисеенко А.С.и др. Инфракрасный спектральный анализатор полевого типа для анализа минерального состава и

нефтесодержания керна и шлама. - Ж. Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, 1983, №11).

Однако известное устройство не обеспечивает высокую достоверность определения концентрации минералов в исследуемой горной породе, что объясняется наложением спектральных полос отдельных породообразующих минералов, например, глины и песчаника.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения минерального состава пород в процессе бурения, содержащее оптический блок и измерительно-преобразовательный блок, при этом оптический блок содержит источник инфракрасного излучения, модулятор и два оптических канала: измерительный и канал сравнения, первый из которых включает в себя кювету с пробой анализируемой горной породы, а второй канал включает кювету сравнения, "n" эталонных проб смесей горных пород с различными значениями концентраций минералов в исследуемых горных породах. В оптический блок также входят: зеркальная система фокусировки, набор оптических фильтров, блок адаптации эталонных проб смесей горной породы с подключенным к его выходу приводом установки проб смесей, блок адаптации оптической фильтрации горной породы с подключенным к его выходу приводом установки светофильтров. Измерительно-преобразовательный блок содержит блок управления на базе микропроцессорного контроллера; приемник инфракрасного излучения; блок усиления с предусилителем и усилителем с автоматической регулировкой усиления; блок синхронизации сигналов; блок определения оптической плотности; аналого-цифровой преобразователь; блок индикации; блоки адаптации эталонных проб смесей горной породы и оптической фильтрации горной породы. (RU 2249687, Е21В 47|10, 2001).

Однако указанное устройство обладает низкой достоверностью определения минерального состава разбуренной породы при наличии обвалов пород, поскольку обвальная, обычно глинистая, порода искажает

данные по минеральному составу изучаемой на поверхности разбуренной породы. Обвалы глинистых пород, как правило, наблюдаются на глубинах выше забоя на несколько метров, однако еще выше обвальные глинистые породы затвердевают или выносятся промывочной жидкостью на поверхность и их влияние на минеральный состав выбуренной породы незначительно.

Такая обвальная порода определяет в минеральном составе вымываемой при бурении породы избыточное содержание глины (каолинита), что искажает истинное значение смеси веществ на глубине забоя.

В основу настоящей полезной модели положена задача создания устройства, обеспечивающего повышение достоверности определения концентраций минералов в исследуемом буровом шламе за счет адаптации измерений к концентрациям минералов при обвале глинистых пластов горной породы при проходке скважины.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для определения состава горной породы в процессе бурения скважины, содержащем оптический блок, включающий источник инфракрасного излучения, подключенный к измерительному каналу и каналу сравнения с приводом установки эталонных проб смесей, выходы которых подсоединены к входам системы фокусировки зеркал, оптически связанной с набором светофильтров с приводом установки оптических фильтров, и измерительно-преобразовательный блок, включающий приемник инфракрасного излучения с усилительным блоком, подключенный к входам блоков синхронизации сигналов измерительного канала и канала сравнения, выходы которых связаны с блоком определения оптической плотности, подключенным через аналого-цифровой преобразователь к первому информационному входу микропроцессора, информационный выход которого подключен к блоку индикации, а управляющий - к входам блоков адаптации эталонных проб смесей и оптической фильтрации горной породы, выходы которых подсоединены к приводам установки эталонных проб смесей и установки

оптических фильтров оптического блока, согласно полезной модели, в измерительно-преобразовательный блок дополнительно введены блок определения процентного соотношения минералов шлама, блок сравнения процентного содержания глины с пороговым значением и блок-переключатель режимов считывания информации, причем вход блока определения процентного соотношения минералов шлама подключен к выходу блока определения оптической плотности, а выход подсоединен к второму информационному входу микропроцессора и входу блока сравнения процентного содержания глины с пороговым значением, выход которого подключен к блоку-переключателю режимов считывания информации, подсоединенного к третьему информационному входу микропроцессора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема предлагаемой информационно-измерительной системы инфракрасного фильтрового оперативного анализа (далее ИК-анализа) содержания вещественного (минерального) состава бурового шлама на устье скважины. На фиг.2 представлены блок-схемы трех алгоритмов:

- алгоритма работы микропроцессорного контроллера,

- алгоритма определения процентного соотношения минералов шлама, учета времени и глубины скважины на забое,

- алгоритма отслеживания процентного содержания глины при соответствующем отсчете времени и глубины скважины на забое.

Предлагаемое устройство содержит оптический I и измерительно-преобразовательный II блоки.

Оптический блок I содержит источник инфракрасного излучения 1, измерительный канал 2 с оптической схемой и кюветой пробы анализируемой горной породы (на фиг.1 не показаны), канал сравнения 3 с кюветой сравнения, "n" эталонных проб смесей горных пород с разными значениями концентраций минералов (на фиг.1 не показаны), систему фокусировки зеркал 4, набор оптических фильтров 5, приводы 6 и 7,

соответственно, установки эталонных проб смесей и установки оптических фильтров.

Измерительно-преобразовательный блок II содержит приемник инфракрасного излучения 8, усилительный блок в виде предусилителя 9 и усилителя 10 с автоматической регулировкой усиления, блоки синхронизации сигналов 11 и 12 с блока 2 от пробы анализируемой горной породы и с блока 3 от эталонных проб смесей горных пород, блок определения оптической плотности 13, аналого-цифровой преобразователь 14, микропроцессор 15, блок индикации 16, блоки адаптации 17 и 18, соответственно, эталонных проб смесей горной породы и оптической фильтрации горной породы, блок определения процентного соотношения минералов шлама 19, блок сравнения процентного содержания глины с пороговым значением 20, переключатель режимов считывания информации 21.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

В результате экспериментальных исследований получены данные 100 процентного соотношения минерального состава по карбонату, сульфату, кварцу и глине литологического расчленения разреза скважины, определяющего известные породы карбонатного или песчано-глинистого типа. Установлено, что если процентное содержание глины более уставки (в частности, 50%, что зависит от региона), то предположительно имеется обвал глины от ранее (выше) пройденных слоев породы в скважине. Это обстоятельство затрудняет однозначную идентификацию породы по буровому шламу в процессе проходки скважины. Известно также, что последовательно во времени с проходкой скважины содержание глины падает, так как «обвальная» глина вымывается буровым раствором, затвердевает в выше пройденных слоях и т.п.

Указанные факторы и установленные зависимости положены в основу формирования структуры предлагаемого устройства для обеспечения корректировки конечной информации по данным об обвалах горной породы.

Устройство работает следующим образом.

В оптическом блоке I формируется источником ИК облучения 1, каналами 2 и 3 с оптическими схемами и кюветами, системой фокусировки зеркал 4 и набором оптических фильтров 5 результат сравнения значений минералов в пробе анализируемой горной породы с эталонными пробами известных минералов горных пород, устанавливаемых приводами 6 и 7. Результат сравнения поступает на приемник 8 измерительно-преобразовательного блока II.

Электрический сигнал после приемника 8 ИК излучения поступает через предусилитель 9 и усилитель 10 на блоки синхронизации (синхронные детекторы) 11 и 12, на выходе которых формируются сигналы, пропорциональные интенсивности прошедшего и падающего на исследуемую пробу в измерительном канале 2 излучения, которые преобразуются в блоке 13 в значения оптических плотностей. Частотные разделения измерительного 2 канала и канала сравнения 3 повышают помехоустойчивость устройства. После преобразования аналогового сигнала в преобразователе 14 в цифровой код информация поступает в микропроцессор 15 и далее в блок индикации 16.

Одновременно информация из блока 13 поступает в блок определения процентного соотношения минералов шлама 19, в котором производится операция приведения суммы величин из блока 13 к 100%, т.е. деление каждой из оптических плотностей на их сумму и умножением на 100. Выход блока 19 подключен через микропроцессор 15 к блоку индикации 16 и к блоку сравнения процентного содержания глины с пороговым значением 20, выход которого подключен к входу переключателя режимов считывания информации 21, подключенного к микропроцессору 15.

Устройство работает в двух режимах: либо продолжается традиционный режим работы считывания информации по каналу от блока 14, либо этот режим работы устройства блокируется. При блокировке работают при заданном интервале времени проверки блоки 19 и 20 в режиме

отслеживания процентного содержания глины сравнением с пороговым значением. Если содержание глины становится не больше уставки, то автоматически переключателем 21 включается обычный режим. В противном случае, продолжается режим фиксации, запоминания процентного количества глины в шламе во времени проходки и на блок индикации 16 выносятся результаты с учетом критического значения содержания глины, по анализу которых оператор принимает решение о дальнейшем режиме проходки скважины. В частности, анализ данных может указывать и на проходку в глинистых породах, если содержание глины не меньше уставки и не падает по отсчетам глубины в процессе бурения.

Таким образом, блоки 19-21 обеспечивают формирование информации для учета обвалов горной породы посредством адаптации измеряемых данных к концентрациям минералов, имеющим место при обвале горных пород.

Устройство работает согласно алгоритму работы микропроцессорного контроллера (блоки 1÷10 на фиг.2), алгоритму определения процентного соотношения минералов шлама, учета времени, глубины скважины (блоки 11÷15), алгоритму задания отсчета времени учета обвала глины, положения отсчета по глубине скважины и отслеживания процентного содержания глины при соответствующем отсчете (блоки 16÷19).

Так, алгоритм работы микропроцессорного контроллера включает следующую последовательность действий:

1 - пуск;

2 - подпрограмма определения процентного соотношения минералов шлама, учета времени, глубины скважины;

3 - вывод на индикацию (регистрацию);

4 - подпрограмма сравнения процентного содержания глины в буровом шламе с ее процентной уставкой;

5 - задание режима работы устройства;

6 обычный режим работы при содержании глины в буровом шламе не более уставки в минеральном составе шлама;

7 - режим работы при содержании глины в буровом шламе не менее уставки в минеральном составе шлама;

8. переход - продолжение сравнения процентного содержания глины, отслеживания процентного содержания глины в динамике проходки скважины;

9 - вывод на индикацию (регистрацию);

10 - конец.

Алгоритм определения процентного соотношения минералов шлама:

11 - старт;

12 - определение процентного соотношения минералов шлама;

13 - фиксация времени и глубины скважины на забое;

14 - вывод на индикацию (регистрацию) результатов пп.12 и 13;

15 - возврат в основную программу (на блок 4).

Алгоритм задания отслеживания, сравнения процентного содержания глины с уставкой, т.е. пороговым значением обвала включает:

16 - сравнение процентного содержания глины в буровом шламе с процентной уставкой: если процентное содержание глины в буровом шламе не больше уставки, то переход на блок 17 (см. блок 6 основной программы -обычный режим работы при содержании глины в буровом шламе не более уставки в минеральном составе шлама); если процентное содержание глины в буровом шламе больше уставки, то переход на блок 16 (блок 7 основной программы - подпрограмму задания отсчета времени учета обвала глины, положения отсчета по глубине скважины и отслеживания процентного содержания глины при соответствующем отсчете);

17 - задание обычного режима работы устройства;

18 - вывод на индикацию (регистрацию) результатов п.15 и переход к п.16;

19 - возврат в основную программу (на блок 9).

Управление работой двух последних алгоритмов производит микропроцессор 15: запуск программ, выдачу на индикацию, переключение режимов и др.

Предлагаемое устройство наиболее целесообразно использовать для количественного анализа минерального состава пород осадочного комплекса в процессе бурения скважин на нефть и газ.

Устройство для определения состава горной породы в процессе бурения скважины, содержащее оптический блок, включающий источник инфракрасного излучения, подключенный к измерительному каналу и каналу сравнения с приводом установки эталонных проб смесей, выходы которых подсоединены к входам системы фокусировки зеркал, оптически связанной с набором светофильтров с приводом установки оптических фильтров, и измерительно-преобразовательный блок, включающий приемник инфракрасного излучения с усилительным блоком, подключенный к входам блоков синхронизации сигналов измерительного канала и канала сравнения, выходы которых связаны с блоком определения оптической плотности, подключенным через аналого-цифровой преобразователь к первому информационному входу микропроцессора, информационный выход которого подключен к блоку индикации, а управляющий - к входам блоков адаптации эталонных проб смесей и оптической фильтрации горной породы, выходы которых подсоединены к приводам установки эталонных проб смесей и установки оптических фильтров оптического блока, отличающееся тем, что в измерительно-преобразовательный блок дополнительно введены блок определения процентного соотношения минералов шлама, блок сравнения процентного содержания глины с пороговым значением и блок-переключатель режимов считывания информации, причем вход блока определения процентного соотношения минералов шлама подключен к выходу блока определения оптической плотности, а выход подсоединен к второму информационному входу микропроцессора и входу блока сравнения процентного содержания глины с пороговым значением, выход которого подключен к блоку-переключателю режимов считывания информации, подсоединенного к третьему информационному входу микропроцессора.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к вспомогательным устройствам к оборудованию для нанесения материалов ионно-плазменными методами в вакууме, и предназначено для контроля состава остаточных газов в вакуумной камере при проведении ионно-плазменных процессов.

Установка для определения параметров продукции, добываемой из нефтяных скважин предназначена относится к измерительной технике и может быть использована с оборудованием для бурения нефтяных скважин (в том числе, горизонтального бурения нефтяных скважин) для измерения количественных характеристик расхода нефти, нефтяного газа и пластовой воды на объектах нефтедобычи в режиме реального времени.
Наверх