Устройство для возбуждения мощных сейсмоакустических импульсов давления в глубоких скважинах

 

Изобретение относится к сейсмоакустике и может быть использовано для акустического воздействия на нефтяные пласты, проведения вертикального сейсмического профилирования и межскважинного просвечивания. Технический результат: уменьшение габаритов скважинного прибора, снижение выделения тепла в объеме скважинного прибора, устранение влияния на его работу емкостных связей между жилами кабеля, между жилами и броней. Сущность изобретения: использование программной релейной схемы для управления скважинным прибором через бронированный трехжильный каротажный кабель. Элементы релейной схемы соединяют элементы наземного блока управления через жилы каротажного кабеля с элементами скважинного прибор. 2 ил.

Изобретение относится к сейсмоакустике и может быть использовано для акустического воздействия на нефтяные пласты с целью увеличения дебита эксплуатационных нефтяных и приемистости нагнетательных скважин, проведения вертикального сейсмического профилирования и межскважинного просвечивания при геофизических исследованиях с высокой разрешающей способностью.

Известные устройства для возбуждения мощных сейсмоакустических импульсов (авт. св. N 1679441 A1, кл G 01 V 1/40, N 1421113, кл G 01 V 1/157, выпускаемые серийно установки "Искра 20/70", "Скат", "Аквамарин" и др.) предназначены для возбуждения сейсмоакустических импульсов у поверхности земли в водоемах, морях и озерах или неглубоких скважинах, заполненных водой.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для возбуждения мощных импульсов давления (авт.св. 1421113 А), хотя в нем в ограничительной части рассматривается только скважинный прибор, а в отличительной части - особенности конструкции его гидравлического излучателя, и не рассматриваются способы передачи электрической энергии, управления этим прибором и особенно контроля за его работой на больших удалениях от поверхности.

Целью изобретения является создание устройства для возбуждения мощных сейсмоакустических импульсов давления в скважинах на глубинах до 5000 м, температуре окружающей среды до 100^oC и давлении до 60 МПа.

Для передачи электрической энергии от генератора переменного тока, расположенного на поверхности земли, в скважинный прибор используется стандартный трехжильный бронированный геофизический кабель (типа КГ-З). Для управления скважинным прибором, по указанному кабелю, получения информации о величине разрядного тока в излучателе, которая позволяет контролировать работу скважинного прибора на поверхности земли, разработан блок управления, который с помощью релейной схемы, расположенной в блоке управления и в скважинном приборе, последовательно соединяет элементы скважинного прибора с элементами управления и измерения разрядного тока. Это практически исключает влияние емкостных связей как между жилами кабеля, так и между жилами кабеля и его броней на работу скважинного прибора и обеспечивает его непрерывную циклическую работу.

Использование в наземном приборе мощного генератора переменного тока с частотой 400 Гц для питания скважинного прибора позволило существенно уменьшить размеры повышающего трансформатора и соответственно габариты скважинного прибора, а отсутствие в нем каких-либо электронных преобразователей, за исключением выпрямительных диодов, существенно снизить выделение тепла в изолированном объеме скважинного прибора.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, которая содержит генератор переменного тока 1 с частотой 400 Гц, блок управления скважинным прибором 2 и скважинный прибор 3, соединенные между собой трехжильным геофизическим каротажным кабелем типа КГЗ-110-180 с помощью каротажного подъемника 4. Для создания импульсов давления в скважинном приборе используется электрогидравлический излучатель с взрывающейся проволочкой. Устройство может питаться от однофазной сети переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В или от передвижных электростанций мощностью не менее 1 КВт.

На фиг. 2 приведены функциональные схемы блока управления 2 и скважинного прибора 3. Блок управления 2 содержит таймер 5, соединенный с трехразрядным десятичным счетчиком с дешифратором 6, с которым в соответствии с заданной программой работы устройства соединены: логика управления зарядом конденсаторного накопителя 7, логика подачи проволочки в электрогидравлический излучатель 8, логика управления разрядным коммутатором 9, логика управления реле 10 и логика окончания цикла 11. К выходу логики 7 подключен усилитель мощности 12, с которым соединена обмотка реле 13 управления зарядом конденсаторного накопителя 31 скважинного прибора 3. К выходу логики 8 подключен усилитель мощности 14, соединенный через контакты "а" и "в" реле P₁₅, жилу каротажного кабеля "у" и контакты "а" и "в" реле P₁₆ с податчиком проволочки 17 в электрогидравлический излучатель 18, расположенными в скважинном приборе 3. К выходу логики 9 подключен усилитель мощности 19, соединенный через контакты "а" и "с" реле P₁₅, жилу кабеля "у" и контакты "а" и "с" реле P₁₆ с входным трансформатором 20 и схемой управления разрядным коммутатором 21. К выходу логики управления реле 10 подключен усилитель мощности 22, с которым соединены обмотки реле 15 и 23 и через жилу "z" каротажного кабеля обмотки реле 16 и 24, находящиеся в скважинном приборе 3. Через контакты "а" и "в" реле P₂₃ к жиле каротажного кабеля "х" подключаются схема измерения тока разряда 25, дискриминатор 26 и трехразрядный десятичный счетчик нормальных разрядов с дешифраторами и цифровыми семисегментными индикаторами 27.

Из приведенного выше следует, что связь блока управления со скважинным прибором осуществляется с помощью релейной схемы, состоящей из двух групп реле, одна из которых расположена в блоке управления (реле 13, 15 и 23), а другая в скважинном приборе (реле 16 и 24), соединенных между собой с помощью трехжильного бронированного каротажного геофизического кабеля.

Скважинный прибор 3 содержит реле 16 и 24, повышающий трансформатор 28, соединенный с высоковольтным выпрямителем 29, зарядным устройством 30 и конденсаторным накопителем 31. Конденсаторный накопитель 31 через разрядный коммутатор 32 соединен с электрогидравлическим излучателем с взрывающейся проволочкой 18. Датчик разрядного тока 33 бесконтактный и непосредственно в электрическую цепь разряда не входит.

Устройство может работать в трех режимах: автоматическом, полуавтоматическом с ручным управлением зарядом и разрядом и от систем синхронизации взрывом (ССВ), широко применяемым в сейсморазведке.

При работе в автоматическом режиме в момент включения блока управления 2 логика 7 через усилитель мощности 12 подает напряжение на обмотку реле 13, контакты "a" и "b" реле P₁₃ размыкаются, контакты "а" и "в" реле P₂₃ разомкнуты, контакты "a" и "b" реле P₁₅, P₁₆ и P₂₄ остаются замкнутыми и импульсы от таймера 5 через логику 8, усилитель мощности 14, жилу каротажного кабеля "y" и эти контакты поступают на податчик проволочки 17 в скважинный прибор 3. После поступления необходимого количества импульсов для подачи проволочки логика 8 запрещает их подачу (см. фиг. 3). Логика 7 через время Δt₁ и усилитель мощности 12 обесточивает обмотку реле 13, контакты "a" и "b" которого замыкаются. В результате этого напряжение от генератора 1 через жилу каротажного кабеля "x" и контакты "a" и "b" реле P₂₄ поступает на повышающий трансформатор 28, высоковольтный выпрямитель 29, зарядное устройство 30 и заряжает конденсаторный накопитель 31. После необходимого для его заряда времени t_зар, определяемого программой, логика 7 через усилитель мощности 12 подает напряжение на обмотку реле 13 и его контакты "a" и "b" размыкаются. Через время Δt₂ логика управления реле 10 и усилитель мощности 22 подает напряжение на обмотки реле 15, 23 и через жилу кабеля "z" на обмотки реле 16 и 24. В результате этого контакты "a" и "b" реле P₂₃ замыкаются, а контакты "a" реле P₁₅, P₁₆ и P₂₄ переключаются на "c". Через время Δt₃ после этого логика управления разрядным коммутатором через усилитель мощности 19, замкнутые контакты "a" и "c" реле P₁₅ и P₁₆ подают импульс "взрыва" на входной трансформатор 20 и схему управления разрядным коммутатором 21, которая включает разрядный коммутатор 32, вызывая взрыв проволочки и разряд конденсаторов через электрогидравлический излучатель 18. Ток разряда в датчике тока 33 преобразуется в импульс напряжения, который через контакты "a" и "c" реле ₂₄, жилу кабеля "x", замкнутые контакты "a" и "b" реле P₂₃ подается на схему измерения тока 25, представляющую собой пик детектор с дифференциальным усилителем и стрелочным индикатором. Напряжение с его выхода поступает на дискриминатор 26 и при условии, что оно превышает пороговый уровень, соответствующий номинальному току разряда 15-16 кА, поступает на счетчик нормальных разрядов 27 и регистрируется им. Таким образом, на поверхности земли осуществляется контроль за нормальной работой скважинного прибора и количеством разрядов, произведенных в скважине. По окончании времени t_рег, необходимого для регистрации амплитуды импульса тока разряда, логика 10 управления реле отключает обмотки реле 15, 16, 23 и 24, возвращая их контакты в исходное положение, показанное на фиг. 2, а логика окончания цикла 11 через время Δt₄ после этого возвращает схему управления скважинным прибором 2 в исходное положение и цикл повторяется. Временная диаграмма работы устройства приведена на фиг. 3.

При работе устройства в полуавтоматическом режиме логика управления зарядом конденсаторного накопителя 7, логика управления реле 10, логика управления взрывом 9 и логика окончания цикла 11 отключаются от счетчика с дешифратором 6 и подключаются к органам управления, расположенным на передней панели блока 2.

При работе устройства от ССВ логика управления "взрывом" 9 соединяется с соответствующими выходами ССВ.

Формула изобретения

Устройство для возбуждения мощных сейсмоакустических импульсов давления в глубоких скважинах, содержащее скважинный прибор, включающий последовательно соединенные зарядное устройство, конденсаторный накопитель энергии, разрядный коммутатор и электрогидравлический излучатель, податчик проволоки в излучатель, отличающееся тем, что скважинный прибор через бронированный трехжильный каротажный кабель соединен с блоком управления с помощью релейной схемы, причем блок управления содержит таймер, соединенный со счетчиком с дешифратором, схему измерения тока разряда, логическую схему подачи проволочки в излучатель, соединенную со счетчиком с дешифратором, логическую схему управления зарядом накопительных емкостей, логическую схему управления реле и логическую схему окончания цикла, соединенные со счетчиком с дешифратором или подключенные к органам управления, расположенным на передней панели блока управления, логическую схему управления разрядным коммутатором, соединенную со счетчиком с дешифратором или с органом управления, расположенным на передней панели блока управления или с соответствующими выходами систем синхронизации взрывом, к выходу логической схемы управления зарядом накопительных емкостей подключен усилитель мощности, с которым соединена обмотка первого реле, к выходу логической схемы подачи проволочки в излучатель подключен усилитель мощности, соединенный через первые контакты второго реле, первую жилу каротажного кабеля и первый контакт третьего реле с податчиком проволочки в излучатель, к выходу логической схемы управления разрядным коммутатором подключен усилитель мощности, соединенный через вторые контакты второго реле, первую жилу каротажного кабеля и вторые контакты третьего реле с входным трансформатором скважинного прибора, соединенным со схемой управления разрядным коммутатором скважинного прибора, к выходу логической схемы управления реле подключен усилитель мощности, с которым соединены обмотки второго и четвертого реле и через вторую жилу каротажного кабеля обмотки третьего и пятого реле, находящиеся в скважинном приборе, через первые контакты четвертого реле к третьей жиле каротажного кабеля подключена схема измерения тока разряда, генератор переменного тока с частотой 400 Гц через контакты первого реле, третью жилу каротажного кабеля и первые контакты пятого реле, соединен с повышающим трансформатором скважинного прибора, соединенным с зарядным устройством через высоковольтный выпрямитель и со схемой управления разрядным коммутатором скважинного прибора, датчик тока разряда скважинного прибора через вторые контакты пятого реле подключен к третьей жиле каротажного кабеля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2