устройство для электрического каротажа в процессе бурения

Формула изобретения

1. Устройство для электрического каротажа в процессе бурения, содержащее электрический разделитель, установленный между колонной труб и нижней частью бурового инструмента, на буровом инструменте нанесено электроизоляционное покрытие, поверх которого установлен, по меньшей мере, один электрод, и передающее устройство, включенное между колонной труб и нижней частью бурового инструмента, отличающееся тем, что электроизоляционное покрытие нанесено в середине нижней части бурового инструмента на участке по длине существенно меньше длины нижней части бурового инструмента, а электрод соединен с нижней частью бурового инструмента через измеритель тока, выход которого подключен к входу передающего устройства, и измеритель потенциала нижней части бурового инструмента относительно колонны труб, выход которого подключен ко второму входу передающего устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по обе стороны от электрода установлены дополнительные электроды, соединенные электрически с нижней частью бурового инструмента ключевым устройством и подключенные к генератору тока, выход которого подключен к третьему входу передающего устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах, а именно к приборам электрического каротажа в процессе бурения, и может быть использовано для измерения электрических характеристик горных пород.

Известны различные виды каротажа в процессе бурения с гальваническим каналом связи по колонне труб, которые содержат электрический разделитель в призабойной части бурового инструмента и передающее устройство, включенное между колонной труб и нижней частью бурового инструмента, образующих передающий диполь и гальванически разделенных электрическим разделителем, а также различные датчики геофизических параметров, размещенные в колонне или на колонне труб, в том числе и зонды электрического каротажа, токовые и измерительные электроды которых размещены на покрытых электроизоляционным материалом участках бурового инструмента.

Известны зонды бокового электрического каротажа, содержащие токовые и измерительные электроды, расположенные на корпусе скважинного прибора, описанные в книге Померанца Л.И., Чукина В.Т. «Аппаратура и оборудование для геофизических методов исследований скважин», М., Недра, 1978, на страницах 167-172.

Введение каждого каротажного зонда ведет к увеличению длины всей установки, габаритные размеры которой достигают нескольких десятков метров.

Известно устройство для геофизического исследования скважин в процессе бурения, А.С. СССР № 446860, МПК⁷ Е21В 47/00, которое содержит токовые электроды, размещенные на электрически изолированной поверхности бурильной трубы.

Недостатком указанного устройства является большая длина, увеличивающая длину буровой установки, в которой устройство является самостоятельным изделием.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для каротажа скважин в процессе бурения с помощью гальванического канала связи по колонне труб, А.С. СССР № 150952, МПК⁷ Е21В 47/12, которое содержит вмонтированный в колонну бурильных труб призабойной части скважины переводник с изоляционным покрытием (электрический разделитель) и электрически изолированную поверхность бурильной трубы, на которой смонтированы электроды зонда.

Недостатком известного устройства является большая его длина.

В изобретении решается задача сокращения размеров устройства и уменьшения аппаратурных затрат, а также повышения информативности геофизических данных каротажа в процессе бурения без увеличения габаритов установки.

Решаемая задача приводит к следующему техническому результату: в созданном устройстве совмещены функции передающего диполя и зонда электрического каротажа. Это позволяет совместить процесс передачи информации и измерение методом бокового каротажа удельного электрического сопротивления пород, окружающих скважину.

Совмещения процесса передачи информации и измерения методом бокового каротажа удается достичь благодаря тому, что в устройстве для электрического каротажа в процессе бурения, содержащем электрический разделитель, установленный между колонной труб и нижней частью бурового инструмента, на буровом инструменте нанесено электроизоляционное покрытие. Поверх электроизоляционного покрытия установлен, по крайней мере, один электрод и передающее устройство, включенное между колонной труб и нижней частью бурового инструмента. При этом электроизоляционное покрытие нанесено в середине нижней части бурового инструмента на участке по длине существенно меньшем, чем длина нижней части бурового инструмента. Электрод соединен с нижней частью бурового инструмента через измеритель тока, выход которого подключен к входу передающего устройства. Устройство содержит также измеритель потенциала нижней части бурового инструмента относительно колонны труб. Выход измерителя потенциала нижней части бурового инструмента относительно колонны труб подключен ко второму входу передающего устройства.

Кроме того, в предлагаемом устройстве по обе стороны от электрода установлены дополнительные электроды, соединяемые электрически с нижней частью бурового инструмента ключевым устройством и подключаемые к генератору тока, выход которого подключен к третьему входу передающего устройства.

Совокупность указанных признаков из источников патентной и технической информации не известна, поэтому мы считаем предлагаемую конструкцию устройства новой.

Размещение электроизоляционного покрытия в середине нижней части бурового инструмента, на участке по длине, существенно меньшем, чем длина нижней части бурового инструмента, привело к тому, что нижняя часть инструмента, оставаясь неизолированной практически по всей длине, обеспечивает создание полноценного диполя для передачи информации.

Соединение электрода, размещенного на слое электроизоляционного покрытия, с нижней частью бурового инструмента через измеритель тока, выход которого подключен к входу передающего устройства, и измеритель потенциала нижней части бурового инструмента относительно колонны труб, выход которого подключен ко второму входу передающего устройства, позволяет создать трехэлектродный зонд бокового каротажа.

Размещение по обе стороны от электрода на слое электроизоляционного покрытия дополнительных электродов, соединяемых электрически с нижней частью бурового инструмента ключевым устройством и подключаемых к генератору тока, выход которого подключен к третьему входу передающего устройства, приводит к созданию пятиэлектродного зонда бокового каротажа ближней зоны.

На основании этого можно сказать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень.

На фиг.1 показано однозондовое устройство, в котором реализован трехэлектродный зонд бокового каротажа.

На фиг.2 показано двухзондовое устройство, в котором реализованы трех и пятиэлектродный зонды бокового каротажа.

Устройства содержат разделитель 1, электрически изолирующий колонну труб 2 от нижней части бурового инструмента 3, электрод 5, изолированный от нижней части бурового инструмента 3 слоем электроизоляционного материала 4, электронную схему передачи информации 6, измеритель потенциала 7 нижней части бурового инструмента 3 относительно колонны труб 2, измеритель тока 8, протекающего от нижней части бурового инструмента 3 к электроду 5. Кроме того, двухзондовое устройство содержит электроды 9, расположенные на слое электроизоляционного материала 4 над и под электродом 5 и соединенные между собой. Ключевое устройство 10 обеспечивает электрическое замыкание и размыкание электродов 9 с нижней частью бурового инструмента 3, в схеме пятиэлектродного зонда имеется генератор тока 11.

Однозондовое устройство работает следующим образом. Колонна труб 2 и изолированная от нее нижняя часть бурового инструмента 3 образуют электрический диполь, на который схема передачи информации 6 подает импульсы тока, поле которого регистрируется наземным комплексом (на чертежах не показан). Это же поле используется для измерения удельного электрического сопротивления породы зондом трехэлектродного бокового каротажа, образуемого центральным электродом 5 (электрод А зонда бокового каротажа), нижней частью бурового инструмента 3 (электроды А_Э зонда бокового каротажа). Для этого измеряется потенциал нижней части бурового инструмента 3 относительно колонны труб 2 измерителем потенциала 7 и ток центрального электрода 5 измерителем тока 8. Измеренные величины поступают к схеме передачи информации 6 для передачи к наземному комплексу.

Длина экранных электродов А_Э имеет достаточно большую протяженность от 10 м до 15 м, что обеспечивает высокую глубинность зонда бокового каротажа от 1 м до 1,5 м.

Таким образом, введение трехэлектродного зонда бокового каротажа не увеличивает общую длину установки. Кроме того, не увеличиваются и общие энергетические затраты, так как и для передачи информации, и для измерения удельного электрического сопротивления породы используется один и тот же ток.

В двухзондовом устройстве трехэлектродный зонд работает так же, как и в однозондовом, но трехэлектродный зонд дополнен электродами 9, которые совместно с электродом 5 и колонной труб 2 образуют пятиэлектродный зонд ближней зоны для измерения удельного электрического сопротивления зоны проникновения бурового раствора. Двухзондовое устройство работает в два цикла. В первом цикле ключ 10 замыкает электроды 9 на нижнюю часть бурового инструмента 3, при этом генератор 11 отключен и устройство работает аналогично однозондовому устройству с трехэлектродным зондом бокового каротажа. Во втором цикле ключ 10 разомкнут. Между электродами 9 и нижней частью инструмента 3 подается ток от генератора 11, в результате чего устройство работает в режиме пятиэлектродного зонда бокового каротажа.

Работа устройства во втором цикле и процесс приемо-передачи схемы передачи информации 6 разделены во времени, что обеспечивается управляющим контроллером устройства (на чертеже не показан).

При длине дополнительных электродов от 0,5 м до 1 м глубинность пятиэлектродного зонда составляет примерно 0,3 м.

Использование предложенного технического решения позволяет в одном устройстве совместить нижний элемент диполя с зондом бокового каротажа для определения удельного электрического сопротивления горных пород.