Способ определения глубины в скважине

 

Союз Советскик

Социалистические

Республик

« i 711280 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.06.76 (21) 2374173/22-03 с присоединением заявки Jk— (23) ПриоритетОпубликовано 25.01„80 Бюллетень Эй 3

Дата опубликования описания 28.01.80

Е 21 В 47/04

1Ъеударетееиимй комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (5ЗУ Уд (622.241. .6 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.А.Тараканов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к области проведения геофизических работ в нефтяных, газовых и других скважинах и может быть использовано при различных работах, связанных с точным определением расстояний до труднодоступных объектов.

Наиболее широко распространенный способ определения глубины заключается в измерении длины кабеля, опушенного в скважину (1). По данному способу глубину измеряют по счетчику оборотов поворотного ролика (ориентировочное определение глубины) и по числу интервалов между меткамч, нанесенными «а кабель.

Метки на кабель наносят на стационарной разметочной устыювке с имитацией ожи15 даемого натяжения кабеля в скважине или непосредственно иа скважине в процессе регистрации кривых.

Однако данный способ неточен. При

26 определении глубины стационарно размещенным кабелем могут возникать ошибки до 5-6 м на глубине 7 км. Учитывая, что погрешность растет пропорционально

2 квадрату глубины, в сверхглубоких скважинах (до 15 км) следует ожидать ошибок, исчисляемых десятками метров. Введение же поправок на глубины, которые бы учитывали упругое и температурное удлинение кабеля, может носить субъективный характер. Кроме того, всегда существует погрешность определения глубины, обусловленная погрешностью самой разметки и достигающая для скважин глубиной 7 км около полутора метров, а также возможные значительные ошибки вследствие остаточного удлинения кабеля. Все перечисленные факторы часто приводят в скважинах глубиной свыше 4 км к погрешности, превышающей допускаемую.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является способ измерения расстояния до объекта путем направления на объект пучка когерентнот о излучения, например луча лазера, регистрации отражения объектом импульс» и оппеделения расстояния до объекта по

vx aeo

При использовании данного метода поЗО лученную глубину корректируют, учитывая расстояние от отражателя в скважине до точки загиси кривых, местоположение участка возбуждения сигнала в кабеле и так далее.

М Примснение способа практически до конца решает задачу точного определения глубин в скьажине. Так, случайная погреш ность измерения глубины, вызванная фотоупругостью материала световодов во о время эксплуатации кабеля, в частности при его многослойной навивке на барабан лебедки, составляет порядка нескольких см/км. (Здесь и далее оценка погрешностей приводится для кабелей, имеющих

" кварцевые волокна).

Примерно такая же ошибка возникает в результате модовой дисперсии. Последняя особенно мала для кабелей с одномодовыми волокнами. Ошибка, вызванная быстродействием приемника, светового затвора, неоднородностью материала воло-. кон и т.п., зависит от выбора последних и может быть достаточно малой. Что касается погрешности, вь|зываемой раскручиванием кабеля в скважине и изменением длины волокон, то она при соблюдении определенных условий в выборе конструкции кабеля будет незначительной.

3 скорости и времени распространения сигнала f2).

Такой способ обеспечивает исключительную точность измерения. Однако он пригоден для измерения глубин в скважинах, так как промывочная жидкость практически не пропускает электромагнитные волны, и, кроме того, скважины имеют существенную кривизну.

Ыелью настоящего изобретения является повышение точности измерения глубины.

Поставленная цель достигается тем, что в скважкнудОставляют ВОлОкОннО-оптическую линию .связи и глубину определяют по двум сигналам, один из которых возбуждают в линии связи у устья скважинь, а другой направляют с конца линии связи, на поверхности Земли.

А также тем, что глубину определяют по двум сигналам, которые возбуждают в линии связи у устья скважины.

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Яоставку волокно-оптической линии в скважину можно осуществить спуском каротажного кабеля с включенными в него волоконными световодами. Последние должны иметь незначительнь|й коэффициент затухания (несколько дБ/км) и поэтому быть пригодными для передачи сигналов не "îëüøèå расстояии. По скорости и временя распространения одного из сигналов, направляемого с конца линии связи на поверхности Земли в скважину и обратно, определяют .длину всего кабеля (в скважине и на юбедке подъемника}„а по скорости и времени распространения другого сигнала, направляемого от устья в сторону подъемника, определяют длину кабеля на поверхности Земли. Разница найденных величин представляет собой длину кабеля в скважине, или глубину.

В кабеле, помимо обычных волоконных световодов, могут быть применены световоды с активными присадками, например люминофорами, с достаточно малым време-9 нем возбуждения свечения (10 — и менее). Если при этом возбуждать достаточно интенсивную вспышку в волокнах около устья скважины, то можно отказаться от использования сигнала, направляемого с конца кабеля на поверхности Земли. В этом случае глубину скважины определяют по времени распространения двух сигналов от места вспышки — одного к подъемнику, а другого в скважину и обратно до коллектора лебедки, подъемника.

Иля возбуждения сигналов со стороны поверхности кабеля около устья скважины могут быть использованы различные методы в зависимости от применяемых световодов, конструкций кабеля и величины измеряемых глубин. К таким .1етодам относятся: электромагнитное, тепловое или иное воздействие на люменисцентные волокна; обратное рассеяние света в обыч10 ных (без активаторов) волокнах, в частности на волнах гиперзвука при действии теплового импульса импульсное изменение интенсивности приходящего света аку стическими волнами при применении свето15, водов со ступенчатым изменением показателя преломления и малой апертурой.

В зависимости от применяемого метода сигналом может быть изменение интенсивности приходящего света, частичное отра20 жение проходящего света, вспышки света, непосредственно возбужденная в световодах кабеля. .Цля допускания сигнала по всему кабелю используют лазер или светодиод с филь 5 тром„если это позволяет затухание применяемых световодов и значение определяемых глубин.

Все остальные погрешности в основном насят. систематический характер и в случае необходимости могут быть учтены (например также, как и от кривизны скважины и температурного удлине»П1я кабеля). К ним относятся: погрешность от увеличения пути прохождения сигнала по волокнам, если последние имеют угол свивки: ошибка вследствие изменения диэлек10 трической проницаемости материада волокон от температуръ1 в скважине. Первая из укаэанных погрешностей может Отсутствовать, если волокна, предназначенные для определения глубин, располагать в кабеле

5 параллельно его осевой линии или с не. значительным отклонением от этого положения. Вторая погрешность, имеющая значение лишь для точного прослеживания глубины залегания пластов по площади, 1 может быть незначительной, если средний градиент температуры по площади изменяется мало, что часто и наблюдается.

Ошибке, вызванной изменением от температуры диэлектрической проницаемости, 25 может сопутствовать случайная погрешность Определения глубины в одной и той же скважине. Такая ошибка будет наблюдаться вследствие колеба1П1й срсдней температуры в скважине. Однако в среднем она также составляет порядка нескольких см/км.

Схема, реализующая предложенный спсоб (см.чертеж) включает в себя отражатель (зеркало) 1 сптических сигналов в скважинном приборе или вблизи его, электрооптический каротажный кабель 2, блок

3 для возбуждения сигналов с боковой поверхности кабеля, коллектор 4 на барабане лебедки подъемника, приспособленный для приема и ввода оптических сигналов дополнительный оптический кабель 5 и блок 61 состоящей из передающей и приемкой систем, а также системы обработки данных.

В кабель 2 от лазера блока 6 поступает сигнал наносекундной длнтелы1ости. .Цанный сигнал после отражения в скважине возвращается в блок 6. По времени его прохождения определяют длину всего кабеля в данныИ момент времени. Второй сигнал возбуждают в световодах кабеля около устья скважины блоком З, Если кабель бронированнь1й и эа способ воэбуж55 дения сигнала выбрано воздействие на кабель высокочастотного звука или воздействие теплового импульса, то первый сигнал одновременно вызывает второй в виДе слабого обратного рассеяния cBCTQ который поступает на приемник блока 6.

В зависп».юсти GT мощности лазера, затухания волокон и т.д. в качсстве приемника может быть использован лавиниый фотодиод пли фотоумножитель. В блоке 6, аналогичном известным системам Да:1ь1ЮМеров, по поступив1пим снгналам определяют глубину в скважине и ее значения пе редаюч на каротажную станцию и каротажно-перфораторный приемник.

Если кабель небронированный и, кроме того, в кабеле применены люминисцентные волокна, дающие возможность возбуждать

GCTQYG 1HG ИНТЕНСИВНУЮ BCllblU1KQ CBeTQ то прш 1ененне сигнала допускаемого с коллектора лебедки, необязательно. глубину Определяют по времени распространения от устья двух сигналов — одного

B сква:- -HHv и Обратно дО кОллектора другого до коллектора. При этом от блока

3 в блок 6 посттпает сигнал о времени

Возникновения Вспы1нки в кабеле. Цля пропускапия Оптическ1гх сиГналоВ ь1огут ис пользоваться одно или несколько волокон с ак.11ааторак1И пли без них — в зависимости От характеристик нрименяек1ых BGлоко1:- Око i "» 1111П1 кабеля H T д, Сам блок

6 с 1 стэ:1 икаx:.и излучени piüïlpGBQHèé импульса» наличием или Отс5 тств11ем GT дельных узлов и т,д. может быть каждый раз иным в зависимости от перечисленных

ВЫШЕ ПР11Ч11К.

1»р1 мекенпе предлаГаемОГО спосОба определения глубнш1 в скважине обеспечивае.1, по сравнешпа с существующими способами, следую1пие преимушества; практ1В1ески полное отсутствие погрешностей изме :»е11 Я Глубин как НрН ГВОфизических исследова1п1ях, так и при прострелочноВзрывных работах; Отсутствие потерь времени на разметку:снижение требований к стаб1»л:.1зап»п1 кабеля в заводских условиях (уменьшение "--.ë"åêòpGGáGãpåBQ и натяжен»н1 каоеля) с воэмОжчО полным Отка эом в некоторъ1х случаях от стабилизации

Отсутствие 11pl Вязки Гл10ин пО реперам радиоактивнОГО каротажа и, следовательно уменьшение объема работ при вскрытии пластов небольшой мощности; возможность одновременного использования световодов для определения как для глубин, так и пер дач11 да1пп1х каротажа для контроля за спуском приборов и эа проведением прострело пю-Взрывных работ, для возможНОГО и1пшиирОвакия взрывчатых Веществ

И Т. Д.

711280

Яцик и ажно-леррил /юсину

enweb

Составитель Н.Чижикова

Ре к

Р . Чу Корректор Н С

Заказ 8978/22 ираж 62 6 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., n.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4

Все это повысит качество геофизических исследований, точность составления геологического разреза скважины, снизит стоимость проведения ряда работ и даст возможность надежно осушествлять прострелочно-взрывные работы, которые нередко из-за погрешностей определения глубин приводят к неудачным результатам опробования нефтегазоносных пластов.

Формула изобретения

1. Способ определения глубины в скважине путем измерения расстояний по скорости и времени распространения сигнала оптического излучения, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения глубины, в скважин доставляют волоконно-оптическую линию связи, глубину определяют по двум сит налам, один из которых возбуждают в линии связи у устья скважины, а другой направляют с конца линии связи на поверхности Земли.

2. Способ по. п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что глубину определяют по двум сигналам, которые возбуждают в линии связи у гостья скважины.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1, Комаров С„Г. "Геофизические методы исследований скважин". М., "Недра", 1973, с.274.

2, Патент США Мо 3765768, кл. 356/28, опублик. 1973.