Спосіб і пристрій для каротажних досліджень з використанням свердловинного зонда

1 Спосіб каротажних досліджень з використанням свердловинного зонда, який переміщують уздовж свердловини з одночасним його обертанням, який відрізняється тим, що переміщення зонда уздовж свердловини виконують з допомогою підвісу, що має торсюнні властивості, а обертальний рух зонда створюють за рахунок роботи переміщення зонда уздовж свердловини шляхом взаємодії елементів конструкції зонда зі свердловинною рідиною або зі стінками свердловини 2 Пристрій для каротажних досліджень, який включає свердловинний зонд, що має циліндричний корпус з розміщеною у ньому каротажною апаратурою та гвинтові лопаті, що закріплені на корпусі, який відрізняється тим, що зонд має механізм притискання до стінки свердло вини і під єднаний до гнучкого підвісу, який має торсюнні властивості 3 Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що механізм притискання свердловинного зонда має принаймні один притискний контактний елемент, на зовнішньому відносно корпуса боці якого встановлений ролик, вісь якого нахилена під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса, а на протилежному відносно притискного контактного елемента боці корпуса встановлений ролик, вісь якого нахилена під тим самим кутом в протилежний бік відносно осі корпуса 4 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що принаймні один з роликів встановлений з можливістю переміщення в напрямку корпуса 5 Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що механізм притискання має принаймні один притискний контактний елемент, який на зовнішньому відносно корпуса боці має пластину, що нахилена під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса, а на протилежному відносно притискного контактного елемента боці корпуса закріплена пластина, яка нахилена під тим самим кутом в протилежний бік відносно осі корпуса (О 00 Запропонований винахід відноситься до свердловинної геофізичної техніки і призначений для досліджень у свердловинах При проведенні досліджень навколосвердловинного середовища виникає потреба у просторовій орієнтації свердловинних пристроїв з азимутальною асиметрією характеристик ВІДОМІ різні способи дослідження свердловин з орієнтацією зондів у свердловині [1-3] Відомий спосіб визначення орієнтації геодезичного інструменту у свердловині [1], який складається з вимірювання радіальних складових магнітного і гравітаційного поля землі для декількох положень геодезичного інструменту у свердловині, за допомогою яких обчислюють азимутальний кут для кожної позиції приладу Відомий спосіб дослідження геологічних неоднорідностей [2], який ґрунтується на збудженні на поверхні землі у заданому напрямку від устя свердловини сейсмічних коливань, прийманні цих коливань у свердловині з допомогою зонда, який має сейсмоприймачі, орієнтовані по трьох осях координат, та обчислення координат зонда у свердловині Недоліками способів [1,2] є низька ефективність проведення досліджень у свердловині при використанні апаратури з просторовою асиметрією характеристик, оскільки вони не забезпечують керування азимутальною орієнтацією зонда Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого винаходу є спосіб каротажу з використанням свердловинного зонда, який спускають у свердловину на колоні бурильних труб [3] Для каротажу нахиленої свердловини до колони бурильних труб під'єднують обертальний зонд, який проштовхують вздовж стовбура свердловини на 47786 ДІЛЯНЦІ відхилення свердловини, де зонд рухається по нижній частині свердловини Уздовж однієї з сторін зонда встановлений тягар, що дає можливість зонду обертатися під дією сили тяжіння відносно нижньої сторони стовбура свердловини Далі зонд без обертання проштовхують уздовж зони, яку досліджують, і одночасно проводять каротаж, при цьому зонд знаходиться у положенні зафіксованого повороту відносно зони, що досліджується До недоліків способу, який вибрано за прототип, відносяться складність технології роботи у зв'язку з використанням колони бурових труб та неможливість його використання у вертикальних свердловинах Відомий пристрій для проведення каротажних досліджень [4], що складається із зонда з геофізичною апаратурою, який під'єднаний до кабельного підвісу і має притискний механізм важільного типу для фіксації зонда у свердловині На ЗОВНІШНІЙ відносно корпуса стороні притискного важеля встановлене зубчасте колесо, вісь якого знаходиться під прямим кутом відносно осі корпуса Відомий пристрій для проведення каротажних досліджень [5], що складається із зонда з геофізичною апаратурою, який під'єднаний до кабельного підвісу і має пристрій для його центрування у свердловині Пристрій для центрування має важелі, які шарнірно з'єднані між собою і мають ролики, осі яких знаходяться під прямим кутом відносно осі корпуса До недоліків пристроїв [4,5] відносяться низька ефективність проведення досліджень у свердловині при використанні апаратури з просторовою асиметрією характеристик, оскільки вони не забезпечують керування азимутальною орієнтацією зонда Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого винаходу - пристрою за призначенням і технічною сутністю є акустичний зонд для каротажних досліджень [6], що вибраний за прототип, який має під'єднаний до бурової штанги циліндричний корпус з розміщеною у ньому каротажною апаратурою та закріпленими на корпусі гвинтовими лопатями За допомогою бурової штанги зонду передається обертальний рух для занурення зонда в донні відкладення у свердловині і проведення каротажних досліджень До недоліків пристрою - прототипу відносяться складність та висока вартість устаткування у зв'язку з потребою у бурильному обладнанні В основу винаходу - способу покладена задача удосконалення способу каротажних досліджень шляхом здійснення обертання зонда за допомогою гнучкого підвісу з торсюнними властивостями, що забезпечує спрощення технології та підвищення економічності і ефективності каротажних досліджень Поставлена задача вирішується тим, що згідно способу каротажних досліджень з використанням свердловинного зонда, переміщуваного уздовж свердловини з одночасним його обертанням, переміщення зонда уздовж свердловини виконують з допомогою підвісу, що маєторсюнні властивості, а обертальний рух зонда створюють за рахунок ро боти переміщення зонда уздовж свердловини шляхом взаємодії елементів конструкції зонда зі свердловинною рідиною або зі стінками свердловини У порівнянні з прототипом запропонований спосіб характеризується наявністю таких ВІДМІН переміщення зонда виконують за допомогою гнучкого підвісу з торсюнними властивостями, обертання зонда створюють за рахунок роботи переміщення зонда уздовж свердловини шляхом взаємодії елементів конструкції зонда зі свердловинною рідиною або зі стінками свердловини Всі ВІДМІНИ Є суттєвими і забезпечують досягнення поставленої задачі В основу винаходу - пристрою для каротажних досліджень покладена задача удосконалення геофізичного зонда шляхом його під'єднання до гнучкого підвісу з торсюнними властивостями і введення притискного механізму, що дає спрощення устаткування та підвищення економічності і ефективності каротажних досліджень Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для каротажних досліджень, який включає свердловинний зонд, що має циліндричний корпус з розміщеною у ньому каротажною апаратурою та гвинтові лопаті, що закріплені на корпусі, зонд має механізм притискання до стінки свердловини і під'єднаний до гнучкого підвісу, який має торсюнні властивості В пристрої механізм притискання свердловинного зонда має, принаймні, один притискний контактний елемент, на ЗОВНІШНІЙ відносно корпуса стороні якого встановлений ролик, вісь якого нахилена під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса, а на протилежній відносно притискного контактного елемента стороні корпуса встановлений ролик, вісь якого нахилена під тим самим кутом в протилежний бік відносно осі корпуса В пристрої, принаймні, один з роликів встановлений з можливістю переміщення в напрямку корпуса В пристрої механізм притискання має, принаймні, один притискний контактний елемент, який на ЗОВНІШНІЙ відносно корпуса стороні має пластину, що нахилена під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса, а на протилежній відносно притискного контактного елемента стороні корпуса закріплена пластина , яка нахилена під тим самим кутом в протилежний бік відносно осі корпуса Порівняно з прототипом запропонований пристрій відрізняється наявністю таких ВІДМІН свердловинний зонд під'єднаний до гнучкого підвісу, що маєторсюнні властивості, свердловинний зонд має притискний пристрій, принаймні один з притискних контактних елементів притискного механізму має ролик, вісь якого нахилена під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса, а на протилежній відносно притискного контактного елемента стороні корпуса встановлений ролик, вісь якого нахилена під тим самим кутом в протилежний бік відносно осі корпуса, принаймні один з роликів встановлений з можливістю переміщення в напрямку корпуса, механізм притискання має, принаймні, один 47786 притискний контактний елемент, який на ЗОВНІШНІЙ ВІДНОСНО корпуса стороні має пластину, що нахилена під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса зонда, а на протилежній відносно притискного контактного елемента стороні корпуса закріплена пластина, яка нахилена під тим самим кутом в протилежний бік відносно осі корпуса Усі ВІДМІНИ Є суттєвими і забезпечують досягнення поставленої задачі На фіг 1 зображено у двох проекціях пристрій для каротажних досліджень, який реалізує запропонований спосіб каротажних досліджень Пристрій являє собою свердловинний зонд, який має циліндричний корпус 1 з розміщеною у ньому каротажною апаратурою, гвинтові лопаті 2, що закріплені на корпусі 1, гнучкий кабель 3, механізм притискання до стінки свердловини, розміщений у корпусі 1 (не показаний), який має притискний контактний елемент 4, на якому встановлений ролик 5, вісь якого нахилена під непрямим кутом а до поздовжньої осі корпуса зонда, а на протилежній стороні корпуса 1 відносно притискного елемента 4 встановлений ролик 6, вісь якого нахилена під тим самим кутом а в протилежний бік відносно осі корпуса 1 Ролик 5 встановлений з можливістю переміщення в напрямку корпуса 1, для чого в притискному контактному елементі 4 є поздовжні пази 7, в які встановлені пружини 8 Ролик 6 встановлений з можливістю переміщення в напрямку корпуса 1, для чого у корпусі є поздовжні пази 9, в які встановлені пружини 10 Пристрій працює таким чином В початковому положенні притискний елемент 4 притискного механізму, який в даному конструкторському виконанні є механізмом важільного типу, притиснутий до корпуса 1 зонда За допомогою кабелю 3 зонд опускають у свердловину на потрібну глибину для проведення каротажних досліджень В процесі переміщення зонда уздовж свердловини у свердловинній рідині за допомогою лопатей 2 створюється обертальний момент і за рахунок торсюнних властивостей гнучкого кабелю 3 зонд здійснює обертальний рух, при цьому кабель 3 закручується і накопичує пружну енергію торсюнних зусиль На потрібній для проведення каротажних досліджень глибині поздовжній рух зонда припиняють, і виконують його притискання до стінок свердловини за допомогою притискного механізму В процесі притискання кабель розкручується Процес притискання регулюють таким чином, щоб в момент фіксації зонд був орієнтований в напрямку потрібного азимута В процесі притискання ролики 5, 6 переміщуються в напрямку корпуса 1, стискаючи пружини 8,10 до моменту одержання жорсткого контакту притискного елемента 4 та корпуса зі стінками свердловини Сила притиску притискного механізму є такою, що перевищує силу пружин 8,10 Контроль за процесом обертання та притискання здійснюють за допомогою каротажної апаратури, розміщеної у зонді та на поверхні При роботі з невеликою швидкістю пересування зонда уздовж свердловини, при невеликих відстанях між точками спостережень у свердловині, а також при роботі у сухих свердловинах, обертання зонда забезпечується в процесі його переміщення уздовж свердловини за рахунок взаємодії елементів конструкції зонда зі стінками свердловини В цьому випадку, якщо після притискання потрібно змінити азимутальний кут зонда, послабляють силу притиску притискного елемента до стінок свердловини доти, поки вона не буде рівною або меншою сили пружин 8,10 Контроль сили притискання може здійснюватися відомими методами, наприклад за допомогою спостереження сили електричного струму електродвигуна притискного механізму Після послаблення притискання здійснюють поздовжнє переміщення зонда При цьому здійснюється обертальний рух зонда за рахунок того, що осі роликів 5,6 нахилені під непрямим кутом до поздовжньої осі корпуса 1 Після досягнення необхідного кута повороту зонда поздовжнє переміщення зонда припиняють і здійснюють притискання до одержання жорсткого контакту зонда зі стінками свердловини Після закінчення досліджень у даній точці спостережень свердловини притискний елемент 4 відводять від стінки свердловини, переміщують зонд в іншу точку свердловини і процес повторюють На фіг 2 зображений у двох проекціях інший варіант пристрою для каротажних досліджень, який реалізує запропонований спосіб каротажних досліджень, і може бути застосований у необсаджених свердловинах Цей варіант відрізняється від першого тим, що замість роликів з пружинами застосовані пластини, що використовують силу тертя для повороту зонда відносно стінок свердловини На притискному контактному елементі 4 встановлена пластина 11, яка нахилена під непрямим кутом 3 до поздовжньої осі І> корпуса 1 зонда, а на протилежній стороні відносно притискного контактного елемента 4 на корпусі 1 закріплена пластина 12, яка нахилена під тим самим кутом 3 до поздовжньої осі корпуса у проІ> тилежний бік Пристрій цього варіанту працює аналогічно попередньому Пристрої, що використовують запропонований спосіб, можуть знайти ефективне використання у свердловинах для розвідки корисних копалин Позитивний ефект від запропонованого винаходу полягає у розширенні можливостей досліджень та одержанні більш якісної інформації про навколосвердловинне середовище, особливо в разі роботи з свердловинними пристроями, характеристики яких мають азимутальну асиметрію характеристик Бібліографічні дані джерел інформації 1 Пат США N 4 789 486, кл Е 21 В 47/22, Method of determination the orientation of a surveying instrument in a borehole P H Walters Опубл 12 01 87 2 Пат США N 4 881 207, кл G 01 V 1/40, Seismic prospection method providing improved knowledge of the geological discontinuities of the subsoil M Dubesset, С diet Опубл 14 11 89 3 Заявка ЕПВ N 0 313 374, кл Е 21 В 47/00, пособ каротажа с использованием скважинного зонда, спускаемого в скважину на колонне бурильныхтруб Опубл 26 04 89, N 17 (прототип) 4 Пат США N 4 819 760, кл G 01 V 1/40, 47786 Locking arm for well tool SGPetermann Опубл 11 04 89 5 Авт свид СССР N I 821 721 АІ, кл G 01 V 1/40, Устройство для центрирования скважинных приборов Г Ю Дмитриев и др Опубл 15 06 93, 8 Бюл N22 6 Авт свид СССР N 1 437 820 AI, кл G 01 V 1/40, Акустический зонд для каротажных исследований Б А Вейцман, В К Писунов, Е И Окунцов Опубл 15 1188, Бюл N 42 (прототип) ФІГ. 1 47786 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10