Устройство для измерения глубины скважины при геофизических исследованиях

Использование: в области геофизических исследований скважин для измерения глубины скважины, определения местоположения геофизического скважинного прибора и других устройств, находящихся в скважине, а так же для привязки к геологическому разрезу данных скважинных исследований. Сущность: устройство для измерения глубины при геофизических исследованиях скважин содержит спускаемый в скважину на геофизическом кабеле глубинный прибор, содержащий модуль естественной радиоактивности пород и разметочную установку, размещенную на прижимном башмаке с рычагами и состоящую из двух наборов электродов микрозондирования для измерения сопротивления прискважинной зоны, установленных на концах мерной базы, выполненной в виде стержня из материала с низким коэффициентом температурного расширения, и наземную аппаратуру, содержащую запоминающее устройство, входы которого подключены к выходам электродов микрозондирования глубинного прибора, а выходы подсоединены к первому и второму входам блока определения коэффициентов корреляции, выход которого подключен к входу блока анализа, первый выход которого подсоединен к третьему входу блока определения коэффициентов корреляции, а второй - к входу блока установки метки, выход которого подсоединен к первому входу блока привязки, ко второму входу которого подключен выход модуля естественной радиоактивности пород. Устройство позволяет: повысить точность измерения глубины скважины и определения границ геологических объектов в скважине по данным ГИС за счет исключения погрешности, обусловленной деформацией геофизического кабеля под действием изменяющейся нагрузки, путем обеспечения автоматического введения поправки на удлинение кабеля непосредственно в процессе ГИС, т.е в режиме реального времени в скважинных условиях. 1 н.п. ф-лы., 2 илл.

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин (ГИС) и может быть использована для измерения глубины скважины, определения местоположения геофизического скважинного прибора и других устройств, находящихся в скважине, а так же для привязки к геологическому разрезу данных скважинных исследований.

Известные устройства для измерения глубины скважины в процессе геофизических исследований реализуют косвенные методы и методы сравнения.

Косвенные методы основаны на использовании для измерения глубин скорости акустических волн, распространяющихся по скважине, обсадной колонне и по геофизическому кабелю (RU 2272130, E21B 47/04, 2004).

Методы сравнения основаны на сопоставлении измеряемой глубины скважины с длиной рабочих эталонов, которые могут быть представлены либо длинной мерного ролика, либо базой заданной длины на мерных лентах и на специальных разметочных установках (В.Н.Широков, В.М.Лобанков «Метрология, стандартизация, сертификация», ООО «МАКС Пресс», 2008 г., стр.225).

Определение глубин производится по отметкам шкалы, воспроизводимых магнитными метками, устанавливаемыми на кабеле с помощью специальных разметочных установок, при этом в устройство для измерения входит блок сравнения - компаратор, который должен обладать большой точностью. Если разметка производилась с помощью мерной ленты, то в качестве компаратора выступают глаза оператора. Если разметка производилась на разметочной установке, то в данном случае компаратором являются устройства намагничивания и считывания магнитных меток.

Измерение с помощью мерного ролика дает лишь приблизительное значение глубины скважины. Это объясняется несоответствием диаметра кабеля и ролика паспортным данным, на которые рассчитан мерный ролик, проскальзыванием кабеля по ролику при спуске кабеля на небольших глубинах и ошибками при определении исходных глубин устья эксплуатационных скважин, оборудованных лубрикатором.

Известно устройство для измерения глубины, при котором кабель размечают в стационарном режиме на установке типа УРС-10, которая включает в себя мерную базу (эталон длины), импульсный электромагнит (ЭМИ) и датчик меток (ДМ) (RU 2172830, E21B 47/04, 1999).

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет учесть погрешности при измерении глубины скважины за счет растяжения каротажного кабеля под действием собственного веса, веса скважинного прибора и их трении о стенки скважины в процессе записи, а так же погрешности за несоответствие температурных режимов при разметке кабеля и выполнении измерений. В процессе измерения могут быть пропущены магнитные метки, либо зарегистрированы ложные метки. Неточность в измерении глубины может так же вносить различие в ширине магнитной метки.

Известно устройство, позволяющее осуществлять измерение глубины при каротаже скважин, в котором разметка геофизического кабеля осуществляется непосредственно на устье скважины. Устройство типа УАРК-1 включает в себя мерную базу, на концах которой установлены головки записи и считывания магнитных меток, причем мерная база расположена между устьем скважины и блок-балансом (В.Н.Широков, В.М.Лобанков «Метрология, стандартизация, сертификация», ООО «МАКС Пресс», 2008 г., стр.231).

Недостатком данного устройства является несоответствие температурных режимов при разметке кабеля и выполнении измерений.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения глубины скважины, включающее, модуль естественной радиоактивности пород (ГК), модуль локатора муфт, разметочную установку, представляющую модуль измерения длины колонны, включающий блок обработки информации и мерную базу, на концах которой расположены записывающая и считывающая головки (RU 2298646, E21B 47/04, 2005).

Известное устройство также не обеспечивает высокой точности измерения глубины по нижеизложенным причинам.

Основными факторами, которые влияют на процесс измерения глубин и тем самым вызывают изменение длины геофизического кабеля, являются натяжение кабеля, температура, инерция и скорость движения кабеля по скважине. Поэтому влияние этих факторов на удлинение кабеля охарактеризовано функциональными зависимостями, которые используют для введения поправок. К сожалению, математический анализ не способен выявить и учесть все существующие погрешности. Более того, при исключении нескольких систематических погрешностей, путем ввода поправок, одновременно увеличивается случайная погрешность.

В соответствии с «Технической инструкцией по проведению геофизических исследований и работ на кабеле в нефтяных и газовых скважинах», РД 153-39.0-072-01, М., 2002, расхождение глубин в интервалах перекрытия допускается в пределах, не превышающих, например, 3 м для глубины скважин 5000 м. Тем не менее, по мере углубления скважины возможны значительные набегающие погрешности в определении глубин скважины в результате многократных перекрытий разновременных записей.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения глубины скважины и определения границ геологических объектов в скважине по данным ГИС за счет исключения погрешности, обусловленной деформацией геофизического кабеля под действием изменяющейся нагрузки, путем обеспечения автоматического введения поправки на удлинение кабеля непосредственно в процессе ГИС, т.е в режиме реального времени в скважинных условиях.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения глубины при геофизических исследованиях скважин содержит спускаемый в скважину на геофизическом кабеле глубинный прибор, содержащий модуль естественной радиоактивности пород и разметочную установку, размещенную на прижимном башмаке с рычагами и состоящую из двух наборов электродов микрозондирования и мерной базы, выполненной в виде стержня из материала с низким коэффициентом температурного расширения, и наземную аппаратуру, содержащую запоминающее устройство, входы которого подключены к выходам электродов микрозондирования глубинного прибора, а выходы подсоединены к первому и второму входам блока определения коэффициентов корреляции, выход которого подключен к входу блока анализа, первый выход которого подсоединен к третьему входу блока определения коэффициентов корреляции, а второй - к входу блока установки метки, выход которого подсоединен к первому входу блока привязки, ко второму входу которого подключен выход модуля естественной радиоактивности пород.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 - блок разметочной установки, на фиг.3 приведена схема блока наземной аппаратуры.

Устройство, реализующее способ, представляет собой комплексный скважинный прибор 1, спускаемый в скважину 2 на геофизическом кабеле 3 с помощью ролика 4, установленного на устье скважины. Прибор включает в себя два набора электродов микрозондирования - 5, 6, расположенных на башмаке 7, прижимаемом к стенке скважины с помощью управляемого рычажного устройства 8, модуль естественной радиоактивности 9, мерную базу (эталон длины), представленную в виде металлического стержня 10, выполненного из материала с низким коэффициентом температурного расширения, например инвара, и имеющую заданную длину. Стержень 10 расположен на прижимном башмаке 7 скважинного прибора 1. Башмак 7 внешней стороной прижимается к стенке скважины управляемым рычажным прижимным устройством 8 для исключения влияния скважинных условий на результаты измерений.

Скважинный прибор связан с блоком наземной аппаратуры 11, который состоит из запоминающего устройства 12, блока расчета коэффициента корреляции 13, блока анализа 14, блока установки метки 15 и блока привязки 16. К входам запоминающего устройства 12 подключены наборы электродов микрозондирования - 5, 6, а ко второму входу блока привязки 16 подсоединен модуль естественной радиоактивности 9.

Работа устройства заключатся в последовательной реализации следующих операций:

1. В процессе движения прибора по скважине наборы электродов (каждый набор состоит из 10 электродов) регистрируют значения сопротивления прискважинной зоны. Электроды изготовлены из латунного стержня диаметром 10 мм и вмонтированы в резину башмака 7, которая обеспечивает изоляцию их друг от друга, от корпуса и промывочной жидкости. Расстояние между электродами 1 (2,5) см. Длина разметочной базы, которая представлена металлическим стержнем 10, равняется 1 метру.

2. Регистрируемые диаграммы поступают от первого набора электродов 5 и второго набора электродов 6 в запоминающее устройство 12, а затем в блок расчета коэффициента корреляции 13, где они сравниваются на наличие корреляционных связей, и вычисляется коэффициент корреляции.

3. Далее полученные данные поступают в блок анализа 14, где в зависимости от полученных значений коэффициента корреляции делаются выводы о пропуске шага квантования по глубине или его дублировании. Если коэффициент корреляции максимален, блок установки метки 15 ставит метку. Далее информация поступает в блок привязки 16, где полученная глубинная разметка привязывается к записанной в скважине кривой ГК, поступившей в блок привязки из модуля ГК 9. В том случае, если коэффициент корреляции принимает минимальные значения, программа возвращается в блок расчета коэффициента корреляции и продолжает сравнивать, полученные данные о сопротивлении прискважинной зоны на наличие коррялиционных связей до тех пор, пока не найдет максимального значения. Таким образом, вся промеренная глубина скважины будет складываться из определенного числа длины базы скважинного прибора. Установка меток глубин осуществляется по значениям коэффициентов корреляции, получаемых в процессе сравнения двух диаграмм микроэкранированных зондов, и полученная глубинная разметка автоматически привязывается к записываемой в скважине кривой ГК.

Таким образом, привязка данных ГИС обсаженных скважин к глубинной разметке производится модулем ГК.

Использование в предлагаемом устройстве вместо магнитных меток для воспроизведения отметок шкалы корреляционных зависимостей двух диаграмм микроэкранированных зондов с автоматической фокусировкой тока СЭЗ позволяет получать максимальный коэффициент корреляции двух диаграмм микрозондирования, так как показания микрозондов СЭЗ с автоматической фокусировкой тока определяются в основном удельным сопротивлением прискважинной части пласта. Записи диаграмм микрозондирования производятся с помощью двух наборов электродов 5, 6, разнесенных на заданное расстояние друг от друга и расположенных на противоположных концах стержня 10 (таким образом, стержень 10 является жесткой базой (эталоном) между двумя наборами электродов микрозондов). В качестве компаратора в данном методе используются диаграммы микрозондирования.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что, во-первых, измерения глубин производятся непосредственно в скважинных условиях, т.е. при действующих на кабель нагрузках, температуре, скорости движения кабеля по скважине и инерции и, таким образом, исключаются погрешности, возникающие за счет деформации кабеля. Во-вторых, в качестве эталона длины используется стержень, изготовленный из материала с низким коэффициентом температурного расширения. В-третьих, в данном способе вместо магнитных меток для корреляции, разметки и привязки диаграмм по глубине используется коэффициент корреляции. В-четвертых, вычисление корреляционных зависимостей между диаграммами происходит в режиме реального времени, в условиях движения прибора по скважине, в отличие от математического анализа, который в свою очередь проводится после измерения и, который не способен выявить и учесть все существующие погрешности. Более того, при исключении нескольких систематических погрешностей, путем ввода поправок, одновременно увеличивается случайная погрешность.

Устройство для измерения глубины скважины при геофизических исследованиях, характеризующееся тем, что оно содержит спускаемый в скважину на геофизическом кабеле глубинный прибор, содержащий модуль естественной радиоактивности пород и разметочную установку, размещенную на прижимном башмаке с рычагами и состоящую из двух наборов электродов микрозондирования и мерной базы, выполненной в виде стержня из материала с низким коэффициентом температурного расширения, и наземную аппаратуру, содержащую запоминающее устройство, входы которого подключены к выходам электродов микрозондирования глубинного прибора, а выходы подсоединены к первому и второму входам блока определения коэффициентов корреляции, выход которого подключен к входу блока анализа, первый выход которого подсоединен к третьему входу блока определения коэффициентов корреляции, а второй - к входу блока установки метки, выход которого подсоединен к первому входу блока привязки, ко второму входу которого подключен выход модуля естественной радиоактивности пород.