способ измерения глубины скважины

Формула изобретения

Способ измерения глубины скважины, включающий размещение на забое и вблизи устья скважины соответственно источника и приемника импульсов колебаний среды, измерение промежутка времени от момента отправки из источника импульса колебаний среды до его поступления в приемник, и вычисления по полученным данным глубины скважины, отличающийся тем, что в качестве источника импульсов используют управляемый клапан, посредством которого перекрывают проходное сечение бурильных труб и генерируют импульсы давления буровой жидкости, являющейся средой распространения колебаний, в качестве приемника импульсов колебаний среды используют два идентичных датчика давления, которые разносят между собой вдоль оси трубопровода на фиксированное расстояние не менее 10-20 м, при этом определяют время распространения импульсов давления до каждого датчика давления, а глубину скважины определяют по выражению

H={[h/(T-t)] ·t} +D-P,

где H - глубина скважины, м;

h - расстояние между датчиками давления, м;

t - время распространения импульса давления от управляемого клапана до первого датчика давления, м;

T - время распространения импульса давления от управляемого клапана до второго датчика давления, м;

D - расстояние от управляемого клапана до долота, м;

P - расстояние от первого датчика давления до стола ротора, м.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к исследованию бурящихся скважин.

Известен способ измерения глубины скважины (С.Г.Комаров Геофизические методы исследования скважин. - М.: Недра, 1973, с.272-278), который состоит в том, что в скважину на каротажном кабеле спускают геофизический прибор. Предварительно каротажный кабель промеряют, размечая его отрезками равной длины с нанесением меток. Суммируя количество спущенных в скважину меток, вычисляют длину спущенного кабеля, которая соответствует глубине скважины. Известный способ широко применяется для измерения глубины пробуренных скважин. Однако в процессе бурения он имеет ограниченное применение, т.к. спуск в скважину геофизических приборов на каротажном кабеле затруднен присутствием в скважине бурового инструмента. В связи с этим в процессе бурения используются геофизические приборы, закрепляемые и спускаемые в скважину на буровом инструменте, и тогда глубину скважины определяют по длине спущенного в скважину бурового инструмента, что повышает трудоемкость и снижает точность определения глубины скважины.

Известен способ определения глубины скважины, выполняемый без использования каротажного кабеля или бурового инструмента и взятый за прототип (заявка на патент РФ №93055889, МПК G 01 V 1/40, опубл. 20.10.96 «Способ определения координат забоя скважины»). По известному способу на забой скважины спускают сейсмический приемник. Вблизи устья скважины, в точке с известными координатами устанавливают источник сейсмических колебаний в виде взрываемого заряда или ударной платформы. Инициируя источником сейсмические колебания, производят регистрацию времен распространения сейсмического сигнала от устья скважины до сейсмического приемника, находящегося на забое скважины. Затем производят импульсное сейсмическое воздействие в трех точках на поверхности земли с известными координатами и регистрацию времен распространения сейсмической волны от этих точек до сейсмического приемника на забое скважины. На основе зарегистрированных времен распространения сейсмических сигналов путем вычислений определяют координаты точки забоя скважины. При этом вертикальная координата с учетом превышения земной поверхности над уровнем моря соответствует глубине скважины по вертикали. Таким образом, известный способ позволяет определить глубину скважины, однако для обеспечения необходимой точности определения следует с высокой точностью знать скорость распространения упругих волн по породам пересекаемого скважиной разреза, что в большинстве случаев обеспечить весьма сложно, т.к. требует большого объема исследовательских работ.

Задачей изобретения является повышение точности определения глубины скважины.

Поставленная задача решается тем, что размещают на забое и вблизи устья скважины соответственно источник и приемник импульсов колебаний среды, измеряют промежуток времени от момента отправки из источника импульса колебаний среды до его поступления в приемник и вычисляют по полученным данным глубину скважины, причем в качестве источника импульсов используют управляемый клапан, посредством которого перекрывают проходное сечение бурильных труб и генерируют импульсы давления буровой жидкости, являющейся средой распространения колебаний, в качестве приемника импульсов колебаний среды используют два идентичных датчика давления, которые разносят между собой вдоль оси трубопровода на фиксированное расстояние не менее 10-20 м, при этом определяют время распространения импульсов давления до каждого датчика давления, а глубину скважины определяют по выражению:

H={[h/(T-t)·t}+D-P,

где Н - глубина скважины, м;

h - расстояние между датчиками давления, м;

t - время распространения импульса давления от управляемого клапана до первого датчика давления;

Т - время распространения импульса давления от управляемого клапана до второго датчика давления;

D - расстояние от управляемого клапана до долота, м;

Р - расстояние от первого датчика давления до стола ротора, м.

Сопоставительный анализ предложенного способа с прототипом показал, что заявленный способ отличается от известного тем, что:

в качестве источника импульсов колебаний среды используют управляемый клапан, посредством которого перекрывают проходное сечение бурильных труб и генерируют импульсы давления буровой жидкости;

средой распространения импульсов колебаний является буровая жидкость;

в качестве приемника импульсов колебаний среды используют два идентичных датчика давления, которые разносят между собой вдоль оси трубопровода на фиксированное расстояние не менее 10-20 м, при этом определяют время распространения импульсов давления до каждого датчика давления, а глубину скважины определяют по выражению:

H={[h/(T-t)]·t}+D-P,

где Н - глубина скважины, м;

h - расстояние между датчиками давления, м;

t - время распространения импульса давления от управляемого клапана до первого датчика давления, м;

Т - время распространения импульса давления от управляемого клапана до второго датчика давления, м;

D - расстояние от управляемого клапана до долота, м;

Р - расстояние от первого датчика давления до стола ротора, м.

Заявителю не известны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень».

В связи с тем, что в качестве источника импульсов колебаний среды используют управляемый клапан, посредством которого перекрывают проходное сечение бурильных труб и генерируют импульсы давления буровой жидкости, создаются импульсы давления, по времени перемещения которых от источника до приемника определяют искомую глубину в любой точке ствола скважины. Благодаря тому, что средой распространения импульсов колебаний является буровая жидкость, обеспечивается возможность распространения импульсов давления от забоя до устья скважины с известной скоростью, постоянной для данной буровой жидкости и контролируемой в процессе измерений, что повышает точность измерений по сравнению с прототипом, согласно которому средой распространения импульсов колебаний являются горные породы. В связи с тем, что в качестве приемника импульсов колебаний среды используют два идентичных датчика давления, которые разносят между собой вдоль оси трубопровода на фиксированное расстояние не менее 10-20 м, при этом определяют время распространения импульсов давления до каждого датчика давления, а глубину скважины определяют по выражению:

H={[h/(T-t)]·t}+D-P,

где Н - глубина скважины, м;

h - расстояние между датчиками давления, м;

t - время распространения импульса давления от управляемого клапана до первого датчика давления, м;

Т - время распространения импульса давления от управляемого клапана до второго датчика давления, м;

D - расстояние от управляемого клапана до долота, м;

Р - расстояние от первого датчика давления до стола ротора,

достигается возможность регистрации времени прихода импульсов давления от источника к приемнику и между приемниками, по которому определяют скорость распространения импульсов давления в данной среде и глубину скважины. В результате достигается повышение точности измерения глубины скважины.

Измерения по предлагаемому способу осуществляются в следующей последовательности. В скважину спускают буровой инструмент, вблизи долота которого закреплен управляемый клапан, обеспечивающий перекрытие проходного сечения бурильных труб и генерирование импульсов давления буровой жидкости. В данном случае генерируемые импульсы имели параметры: амплитуду 1-5 МПа и частоту 1-20 Гц. Вблизи устья скважины, предпочтительнее в отводе вертлюга, закрепляют первый датчик давления. В трубопроводе буровой жидкости, между первым датчиком давления и выходом бурового насоса закрепляют второй датчик давления. Измеряют расстояние по оси трубопровода между датчиками давления. Второй датчик давления, расположенный на фиксированном расстоянии по оси трубопровода от первого датчика давления, необходим для измерения скорости распространения импульсов давления в буровой жидкости, которая может меняться при изменении плотности, вязкости и других параметров буровой жидкости. Расстояние между датчиками должно быть не менее 10-20 м, чтобы обеспечить необходимую точность измерений времени распространения импульсов давления от первого до второго датчика.

Включают буровой насос и управляемый клапан, который начинает генерировать импульсы давления, распространяющиеся в буровой жидкости со скоростью, близкой к 1000 м/с. Измеряют с помощью датчиков давления время распространения импульсов давления от управляемого клапана до каждого датчика давления. Глубину скважины вычисляют по выражению:

H={[h/(T-t)]·t}+D-P,M,

где Н - глубина скважины, м;

h - расстояние между датчиками давления, м;

t - время распространения импульса давления от управляемого клапана до первого датчика давления, с;

Т - время распространения импульса давления от управляемого клапана до второго датчика давления, с;

D - расстояние от управляемого клапана до долота, м;

Р - расстояние от первого датчика давления до стола ротора, м.

Внедрение предложенного способа позволит повысить точность измерения глубины скважин и эффективность бурения скважин.