Способ определения глубины в скважине

(22) Заявлено 18,06,76 (21) 2374173/22-03с присоединением заявки рй -до делам изобретений и открытий(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 не кабель. Метки на кабель наносят на стационарной разметочной устаювке с имитацией ожи 15 даемого натяжения кабеля в скважине или непосредственно на скважине в процессе регистрации кривых.Однако данный способ неточен, При26 определении глубины стационарно размещенным кабелем могут возникать ошибки до 5-6 м на глубине 7 км. Учитывая, что погрешность растет пропорционально 2квадрату 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, превышаюшей допускаемую,Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является способ измерения расстояния до объекта путем направления на объект пучка когерентного излучения, например луча лазера, регистрации отражения объектом импульс и определения расстояния до объекта по711 ЛЕО При использовании данного метода поЗ 0 лученную глубину корректируют, учитываярасстояние от отражателя в скважине доточки загиси кривых, местоположениеучастка возбуждения сигнала в кабеле итак дадееа35 Примснение способа практически доконца решает задачу точного определенияглубин в скьажине. Так, случайная погрешность измерения глубины, вызванная фотоупругостью материала световодов во Ло время эксплуатации кабеля, в частностипри его многослойной навивке на барабан лебедки, составляет порядка несколькихсм/км, (Здесь и далее оценка погрешностей приводится ддя кабелей, имеющих 4 кварцевые волокна),Примерно такая же ошибка возникаетв результате модовой дисперсии. Последняя особенно мала для кабелей с одномодовыми волокнами. Ошибка, вызванная быстродействием приемника, светового затвора, неоднородностью материала воло-.кон и т.п., зависитот выбора последнихи может быть достаточно малой, Что касается погрешности, вызываемой раскручиванием кабеля в скважине и изменениемдлины волокон, то она при соблюденииопределенных условий в выборе конструкции кабеля будет незначительной. 3скорости и времени распространения сигнала (2,Такой способ обеспечивает исключительную точность измерения. Однако он пригоден ддя измерения глубин в скважинах,так как промывочная жидкость практически не пропускает электромагнитные волны,и, кроме того скважины имеют существенную кривизну,Белью настоящего изобретения является повышение точности измерения глубины.Поставленная цель достигается тем,что вскважинудОставдяют вОдОконно-оптическую линию .связи и глубину определяютпо двум сигналам, один из которых возбуждают в линии связи у устья скважины,а другой направляют с конца линии связи, на поверхности Земли.А также тем, что гдубину определяютпо двум сигналам, которые возбуждают влинии связи у устья скважины.На чертеже представлена схема осуществления способа.Доставку волокно-оптической линии вскважину можно осуществить спуском каротажного кабеля с включенными в неговолоконными световодами. Последние должны иметь незначитедьньй коэффициент затухания (несколько дБ/км) и поэтомубыть пригодными для передачи сигналовне больцие расстояии. По скорости и временя распространения одного из сигналов,направляемого с конца линии связи наповерхности Земли в скважину и обратно,определяют.длину всего кабеля (в скважине и на лебедке подъемника)а по скорости и временираспространения другогосигнала, направляемого от устья в сторону подъемника, определяют длину кабеляна поверхностй Земли. Разница найденныхвеличин представляет собой длину кабеляв скважине, или глубину.В кабеле, помимо обычных волоконныхсветоводов, могут быть применены световоды с активными присадками, напримерлюминофорами, с достаточно малым време нем возбуждения свечения (ХО - и менее). Если при этом возбуждать достаточно интенсивную вспышку в волокнах около устья скважины, то можно отказатьсяот исподыювания сигнала, направляемогос конца кабеля на поверхности Земли. Вэтом случае глубину скважины определяют по времени распространения двух сигналов от места вспышки - одного кподъемнику, а другого в скважину и обратно до коллектора лебедки, подъемника. 4Иля возбуждения сигналов со стороныповерхности кабеля около устья скважины могут быть использованы различныеметоды в зависимости от применяемыхсветоводов, конструкций кабеля и величины измеряемых глубин. К таким .летодамотносятся: электромагнитное, тепловое илииное воздействие на люменисцентные волокна; обратное рассеяние света в обыч 10 ных (без активаторов) волокнах, в частности на волнах гиперзвука при действиитеплового импульса импульсное изменение интенсивности приходящего света акустическими волнами при применении свето 15, водов со ступенчатым изменением показателя преломления и малой апертурой,В зависимости от применяемого методасигналом может быть изменение интенсивности приходящего света, частичное отра 20 жение проходящего света, вспышки света,непосредственно возбужденная в световодвх кабеля,Для 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 1 П 1 я ка беля). К ним относятся; погрешность от увеличения пути прохождения сигнала по волокнам, если последние имеют угол свивки: ошибка вследствие изменения диэлек 1 О трической проницаемости материала Волокон от температуры в скважине, Первая из укаэанных погрешностей может отсутствоватьр если волокна, предназначенные для определения глубин, располагать в кабеле5 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,11 может быть незначительной, если средн 1 и градиент температуры по площади изменяется мало, что часто и наблюдается.Ошибке, вызванной изменением от температуры диэлектрической пронипаемостир может сопутствовать случайная погрешность определения глубины в одной и той же скважине. Такая ошибка будет наблюдаться вследствие колеба 1 п 1 й срсдней температуры в скважине. Однако в среднем она также составляет порядка нескольких см/км. Схема, рейлиэу 1 ошая предложенный способ (см.чертеж) вкл 1 очает в себя отражатель (зеркало) 1 оптических 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 6; состоящей из передающей и приемкой систем, а также системы обработки данныхаВ кабель 2 от лазера блока 6 поступает сигнал наносекундной длительности. Данный 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 3, Если кабель бронированный и эа способ воэбуж 55 дения сигнала выбрано воздействие на кабель высокочастотного звука или воздействие теплового импульса, то первый сигнал одновременно вызывает второй в виДе слабого обратного рассеяния света который поступает на приемник блока 6.В зависимости от мощности лазера, затухания Волокон и т,д. В качсстве приемника может быть использован лавинный фото- диод плп фотоумножитель. В блоке 6, аналогичном известным системам дальномеров, по поступившим сигналам определяют глубину в скважине и ее значения пе редают на каротажную станцию и каротажно-перфораторный приемник,Если кабель небронированный и, кроме того, в кабеле применены люминисцентные волокна, дающие возможность возбуждать достаточно интенсивнУю вспышкУ светар то пр 1 п 18 ненне сигнала допускаемого с коллектора лебедки, необязательно. 1 лубину Определяют по времени распространения от устья двух сигналов - одного В СИР а ину и Оорйтно ДО коллекторар а другого до коллектора. При этом от блока 3 В блок 6 посттпает сигнал о времени Воэникнов 81 шя Вспышки В кабеле, Для про пускания Оптическ 1 гх сигналоВ могут ис. пользоваться одно или несколько волокон с ак 1 Л Ваторамн пли беэ них - в зависимости от характерисик применяемых во- лОкОН ;.Оис:;-1111 п 1 кйбелч и т д, Сам блОк 6 с 1:сточникам 11 11 э 11 у хения форьп 1 рования 11 мпульсар на 11 ичием ИЛИ ОАСутств 118 м от дельных узлов и т,д. может быть каждыйраз П 1 ш 1 м В зависимости от перечисленныхВЪ 1 Ш 8 Пдр 1 ЧИНв Пппм 81181 рше предлагаемого способа Опреиелетт глубннъ 1 в скважине обеспечиВаетр по сРавнешпа с сУшестВУющими способампр следУю 1 цие пРеимУшества; ЛРакт 1 В 18 ски полное отсутствие погрешностей 1 рэмер 18 И 11 Я глуб 1111 как при геофизических исследова 1 п 1 чхр так и пРИ пРостРелочноВзрывных работах; отсутствие потерь времени на разметку:снижение требований к стао 1:л 11 эапии каоеля В заводских услоф" виях (уменьшение электрообогревй и натяж 8 пия каоеля) с ВозможчО полным Откй эом В некоторь 1 х случаях от стабилизации Отсутствие п 011 вяэки глуоин пО реперам радиоактивного каротажа и, следовательнор. Уменьшение объема Работ пРи вскРытии пластов небольшой мощности: возможность одновременного использования световодов для определения как для глубин, так и Пео ДОЧ 11 Да 1 ППз 1 Х КаРОТажар ДЛЯ КОНТРОЛЯ эа спуском приборов и эа проведением прострелоч 11 о-Взрывных работ, для Возможного и 1 пщиировйнчя Вэрывчйтых веществ711280 щи иажно-лерралюрюжуенику Н.Ч ва ик Корректор Н,Ст 78/22 ЦНИИП по 113 ОЗтиражГосударственноам изобретениМосква Ж 35 Подписноемитета СССРкрытийкая набд,4 и а Филиал ППП Пате Все это повысит качество геофизических исследований, точность составления геологического разреза скважины, снизит стоимость проведения ряда работ и даст возможность надежю осуществлять 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 ско 5 рости и времени распространения сигнала оптического излучения, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью повышения Составитеедактор Н.Богатова Техред 3 точности измерения глубины, в скважиндоставляют волоконно-оптическую линиюсвязи, глубину определяют по двум сигналам, один из которых возбуждают в линии связи. у устья скважины, а другойнаправляют с конца линии связи на поверхности Земли,2. Способ по. п,1, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что глубину определяют по двумсигналам, которые возбуждают в линиисвязи у устья скважины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Комаров СГ, "Геофизические методы исследований скважин", М., "Недра",1973, с.274.2. Патент США Мо 3765768,кл. 356/28, опублик. 1973,г.Ужгород, ул. Проектная,4