RU2401944C1

RU2401944C1 - Complex geophysical equipment on drill pipes (versions)

Info

Publication number: RU2401944C1
Application number: RU2009140855/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Королев (RU); Владимир Алексеевич Королев; Владимир Михайлович Сугак (RU); Владимир Михайлович Сугак
Original assignee: Владимир Алексеевич Королев; Владимир Михайлович Сугак
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2010-10-20

Abstract

FIELD: oil and gas production. ^ SUBSTANCE: according to the first version equipment consists of receiving-recording ground and downhole tool. The latter consists of a turbo-drill with a bore bit, of a directional block, of an autonomous power source, of an electric divider (ED), of a transmitting device and of a geophysical block containing modules of gamma-logging, arrangements of pseudo-lateral logging, deep lateral logging (LL), various depth electro-magnetic logging, and modules of potentials measurement of spontaneous polarisation (MPSP). Also ED is made as tube insertion out of radio transparent material, inside of which there is positioned an arrangement of the electro-magnetic logging module. A lower section of the drill string together with the turbo-drill and the bit operates as a shield electrode of the lateral logging arrangements. The central electrode common for both arrangements is positioned on electrically insulated surface of a power case of the geophysical block. An upper part of the drill string functions as a reverse electrode of the deep arrangement of LL. The reverse electrode of the arrangement of pseudo-lateral logging is installed on external surface of ED. The upper part of the drill string is a reference electrode of both arrangements of LL and module of PSP. A measuring electrode of the module of PSP is positioned on ED. Downhole information is transmitted via a wireless electro-magnetic channel of communication. According to the second version a cable line of communication is used for transmitting bottomhole information during drilling. A source of primary power of the downhole tool and probing current of the depth arrangement of LL corresponds to a grounded generator of alternative current incorporated into the ground tool. ^ EFFECT: expanded functionality and raised geophysical efficiency. ^ 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения и геофизических исследований нефтегазовых скважин и может быть использовано как для информационного обеспечения проводки скважин в процессе бурения, так и для геофизических исследований в пробуренных наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.The invention relates to the field of drilling and geophysical studies of oil and gas wells and can be used both for information support of drilling in the drilling process, and for geophysical studies in drilled directional and horizontal wells.

Известна комплексная аппаратура - прибор высокочастотного электромагнитного каротажа в процессе бурения (см. В.Н.Еремин. Прибор высокочастотного электромагнитного каротажа в процессе бурения ВИКПБ-7. НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС 2005. Вып.132-133. С.235-243), встраиваемый в колонну бурильных труб и состоящий из наземной приемно-регистрирующей аппаратуры и скважинного прибора, связанных между собой кабельной линией связи. Скважинный прибор включает в себя канал разноглубинного электромагнитного каротажа, канал гамма-каротажа (ГК) и канал инклинометрии.Complex equipment is known - a high-frequency electromagnetic logging tool during drilling (see V.N. Eremin. High-frequency electromagnetic logging tool during drilling VIKPB-7. NTV "Logging". Tver: AIS Publishing House 2005. Issue 132-133. C .235-243), built into the drill pipe string and consisting of ground receiving and recording equipment and a downhole tool, interconnected by a cable communication line. The downhole tool includes a channel of different depth electromagnetic logging, a gamma-ray (GC) channel and an inclinometry channel.

Корпус скважинного прибора выполнен в виде двух коаксиально расположенных труб из высокопрочного стеклопластика, соединенных на торцах металлическими соединительными элементами - законцовками. Металлические законцовки по обеим сторонам труб снабжены резьбой для монтажа прибора в бурильной колонне.The body of the downhole tool is made in the form of two coaxially arranged pipes made of high-strength fiberglass, connected at the ends by metal connecting elements - endings. The metal ends on both sides of the pipes are threaded for mounting the device in the drill string.

Недостатком прибора является ограниченность комплекса геофизических методов. Так как зонды электромагнитного каротажа работоспособны при удельных электрических сопротивлениях горных пород до 150-200 Ом·м, то при бурении в более высокоомных породах прибор становится неэффективным.The disadvantage of this device is the limited range of geophysical methods. Since electromagnetic logging probes are operable with specific electrical resistivities of rocks up to 150-200 Ohm · m, when drilling in higher resistivity rocks, the device becomes ineffective.

Известна комплексная автономная геофизическая аппаратура (см. А.Р.Лаздин. Сопоставление данных исследований автономной и стандартной аппаратурой электрического каротажа. НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2005. Вып.137-138, с.228-232), доставляемая к забою скважин на бурильных трубах. Аппаратура состоит из сочленяемых между собой модулей инклинометрии, радиоактивного каротажа, памяти и питания, электрического каротажа, размещенных внутри отрезков бурильных труб и в стеклопластиковом контейнере.Known integrated autonomous geophysical equipment (see A.R. Lazdin. Comparison of research data with autonomous and standard electric logging equipment. NTV "Logger". Tver: Publishing house AIS. 2005. Issue 137-138, p.228-232), delivered to the bottom of the drill pipe holes. The equipment consists of interconnected modules of inclinometry, radioactive logging, memory and power, electrical logging, located inside the sections of drill pipes and in a fiberglass container.

Модуль электрического каротажа включает в себя два зонда индукционного каротажа, находящихся внутри стеклопластикового контейнера, два симметричных градиент-зонда и потенциал зонд, измерительные и токовые электроды которых расположены на внешней поверхности стеклопластикового контейнера, канал измерения потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС), резистивиметр.The electric logging module includes two induction logging probes inside a fiberglass container, two symmetric gradient probes and a potential probe, the measuring and current electrodes of which are located on the outer surface of the fiberglass container, a channel for measuring spontaneous polarization potentials (PS), and a resistivimeter.

Недостаток этой аппаратуры - значительное влияние скважинной промывочной жидкости на результаты измерений градиент- и потенциал-зондами, что снижает достоверность получаемой геофизической информации.The disadvantage of this equipment is the significant influence of the borehole flushing fluid on the results of measurements with gradient and potential probes, which reduces the reliability of the obtained geophysical information.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является комплексная геофизическая аппаратура - телеизмерительная система «Забой» (см. А.А.Молчанов. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: Недра, 1983, с.171-177, с.48-58), предназначенная для измерения в процессе бурения нефтяных и газовых скважин геофизических и технологических параметров. Передача данных глубинных измерений осуществляется по беспроводному электромагнитному каналу связи забой-устье.Closest to the proposed invention is a comprehensive geophysical equipment - a telemetry system "Slaughter" (see A.A. Molchanov. Measurement of geophysical and technological parameters in the process of drilling wells. M: Nedra, 1983, p.171-177, p.48 -58), designed to measure geophysical and technological parameters during the drilling of oil and gas wells. The transmission of depth measurement data is carried out via a wireless electromagnetic channel of the face-mouth communication.

Аппаратура состоит из приемно-регистрирующего наземного прибора и забойного скважинного прибора, работающего в составе буровой колонны. Скважинный прибор включает в себя турбобур с долотом, инклинометрический блок, геофизический блок, автономный источник питания (турбогенератор), передающее устройство, корпус которого выполняет и функцию электрического разделителя, электрически изолирующего нижнюю часть буровой колонны вместе с турбобуром и долотом от основной (верхней части) колонны бурильных труб. Выход передающего устройства подключен к верхней и нижней частям буровой колонны.The equipment consists of a receiving and recording ground device and a downhole tool operating as part of a drill string. The downhole tool includes a turbodrill with a bit, an inclinometer block, a geophysical block, an autonomous power source (turbogenerator), a transmitting device, the casing of which also functions as an electrical separator that electrically isolates the lower part of the drill string along with the turbodrill and the bit from the main (upper part) drill pipe strings. The output of the transmitting device is connected to the upper and lower parts of the drill string.

Геофизический блок включает в себя канал (модуль) ГК и канал (модуль) измерения удельного электрического сопротивления зондом псевдобокового каротажа, содержащий источник зондирующего тока и измерительный преобразователь. Экранные и центральный электроды зонда псевдобокового каротажа расположены на внешней электрически изолированной поверхности силового корпуса геофизического блока. Обратным токовым электродом и электродом сравнения при измерении потенциала экранных электродов служит нижняя часть буровой колонны.The geophysical block includes a channel (module) of the main log and a channel (module) for measuring the electrical resistivity with a pseudo-lateral logging probe containing a probe current source and a measuring transducer. The screen and central electrodes of the pseudo-lateral logging probe are located on the external electrically isolated surface of the power body of the geophysical block. When measuring the potential of the screen electrodes, the lower part of the drill string serves as the reverse current electrode and the reference electrode.

Недостатком этой аппаратуры также является ограниченность комплекса геофизических методов, что снижает ее геолого-геофизическую эффективность. Так наличие только одного зонда псевдобокового каротажа, имеющего малую радиальную глубинность исследования, не позволяет выделять в разрезе бурящихся скважин проницаемые пласты-коллекторы и судить об их нефтегазонасыщенности.The disadvantage of this equipment is the limited set of geophysical methods, which reduces its geological and geophysical efficiency. Thus, the presence of only one pseudo-lateral logging probe having a small radial depth of investigation does not allow permeable reservoir layers to be distinguished in the section of drilling wells and to judge their oil and gas saturation.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей аппаратуры и повышение ее геолого-геофизической эффективности.The present invention is aimed at expanding the functionality of the equipment and increasing its geological and geophysical efficiency.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что в комплексной геофизической аппаратуре на бурильных трубах, состоящей из приемно-регистрирующего наземного прибора и забойного скважинного прибора, включающего в себя турбобур с долотом, инклинометрический блок, автономный источник питания, электрический разделитель, электрически изолирующий нижнюю часть буровой колонны с турбобуром и долотом от верхней части колонны бурильных труб, передающее устройство, выход которого подключен к верхней и нижней частям буровой колонны, геофизический блок, включающий модуль гамма-каротажа и модуль зонда псевдобокового каротажа, содержащий источник зондирующего тока и измерительный преобразователь, центральный электрод зонда псевдобокового каротажа расположен на внешней электрически изолированной поверхности силового корпуса геофизического блока, при этом блоки скважинного прибора расположены внутри силовых корпусов, являющихся элементами буровой колонны, дополнительно в состав геофизического блока введены модуль разноглубинного электромагнитного каротажа, модуль глубинного зонда бокового каротажа, содержащий источник зондирующего тока и измерительный преобразователь, и модуль измерения потенциалов самопроизвольной поляризации, электрический разделитель выполнен в виде трубной вставки из композитного радиопрозрачного материала, длина которой не менее длины зондового устройства модуля разноглубинного электромагнитного каротажа, при этом упомянутое зондовое устройство размещено внутри электрического разделителя, экранным электродом глубинного зонда бокового каротажа и зонда псевдобокового каротажа служит нижняя часть буровой колонны вместе с турбобуром и долотом, центральный электрод является общим для обоих зондов, обратным токовым электродом и электродом сравнения для глубинного зонда бокового каротажа служит верхняя часть колонны бурильных труб, обратный токовый электрод для зонда псевдобокового каротажа установлен на внешней поверхности электрического разделителя, а электродом сравнения для зонда псевдобокового каротажа служит верхняя часть колонны бурильных труб, измерительный электрод модуля измерения потенциалов самопроизвольной поляризации размещен на внешней поверхности электрического разделителя, а электродом сравнения служит верхняя часть колонны бурильных труб.The solution to this problem was achieved due to the fact that in a complex geophysical equipment on drill pipes, consisting of a receiving-recording ground-based device and a downhole borehole device, including a turbodrill with a bit, an inclinometric unit, an autonomous power supply, an electric separator, electrically isolating the lower part drill string with a turbo-drill and a chisel from the upper part of the drill pipe string, a transmitting device, the output of which is connected to the upper and lower parts of the drill string, geophysics The block, including the gamma-ray logging module and the pseudo-lateral logging probe module, comprising a probe current source and a measuring transducer, the central electrode of the pseudo-lateral logging probe is located on the outer electrically isolated surface of the geophysical block power body, while the well tool blocks are located inside the power bodies, which are elements drill string, in addition to the geophysical block, a module of different depth electromagnetic logging, a module of deep a lateral logging probe containing a probing current source and a measuring transducer, and a spontaneous polarization potential measurement module, the electric separator is made in the form of a tube insert made of a composite radiolucent material, the length of which is not less than the length of the probe device of the multi-depth electromagnetic logging module, while the said probe device is placed inside the electrical separator, the screen electrode of the deep logging probe and the pseudo-lateral probe logging is the lower part of the drill string, along with a turbodrill and a bit, the central electrode is common for both probes, the reverse current electrode and the reference electrode for the lateral logging tool are the upper part of the drill pipe string, the reverse current electrode for the pseudo-lateral logging probe is mounted on the outer surface of the electric the separator, and the reference electrode for the pseudo-lateral logging tool is the upper part of the drill pipe string, the measuring electrode of the potential measurement module als spontaneous polarization is placed on the outer surface of the electric divider, a reference electrode serves as the upper part of the drill string.

В другом варианте исполнения в комплексной геофизической аппаратуре на бурильных трубах, состоящей из приемно-регистрирующего наземного прибора, в состав которого входит генератор переменного тока, соединенного кабельной линией связи с забойным скважинным прибором, включающим в себя турбобур с долотом, инклинометрический блок, электрический разделитель, электрически изолирующий нижнюю часть буровой колонны с турбобуром и долотом от верхней части колонны бурильных труб, передающее устройство, геофизический блок, включающий модуль гамма-каротажа и модуль зонда псевдобокового каротажа, содержащий источник зондирующего тока и измерительный преобразователь, центральный электрод зонда псевдобокового каротажа расположен на внешней электрически изолированной поверхности силового корпуса геофизического блока, при этом блоки скважинного прибора расположены внутри силовых корпусов, являющихся элементами буровой колонны, дополнительно в состав геофизического блока введены модуль разноглубинного электромагнитного каротажа, модуль глубинного зонда бокового каротажа с измерительным преобразователем и модуль измерения потенциалов самопроизвольной поляризации, электрический разделитель выполнен в виде трубной вставки из композитного радиопрозрачного материала, длина которой не менее длины зондового устройства модуля разноглубинного электромагнитного каротажа, при этом упомянутое зондовое устройство размещается внутри электрического разделителя, экранным электродом глубинного зонда бокового каротажа и зонда псевдобокового каротажа служит нижняя часть буровой колонны вместе с турбобуром и долотом, центральный электрод является общим для обоих зондов, обратным токовым электродом для глубинного зонда бокового каротажа является заземленный полюс наземного генератора переменного тока, который служит источником зондирующего тока для глубинного зонда бокового каротажа, электродом сравнения для обоих зондов бокового каротажа является верхняя часть колонны бурильных труб, обратный токовый электрод для зонда псевдобокового каротажа установлен на внешней поверхности электрического разделителя, измерительный электрод модуля измерения потенциалов самопроизвольной поляризации также размещен на внешней поверхности электрического разделителя, а электродом сравнения служит верхняя часть колонны бурильных труб, при этом выход передающего устройства подключен к кабельной линии связи.In another embodiment, in a complex geophysical equipment on drill pipes, consisting of a receiving and recording ground device, which includes an alternating current generator connected by a cable line to a downhole tool including a turbodrill with a bit, an inclinometric unit, an electric divider, electrically insulating the lower part of the drill string with a turbodrill and a bit from the upper part of the drill pipe string, transmission device, geophysical unit, including mma log and a pseudo-side logging probe module containing a probe current source and a measuring transducer, the central electrode of the pseudo-side logging probe is located on the outer electrically isolated surface of the geophysical block power body, while the well tool blocks are located inside power bodies that are elements of the drill string, additionally the composition of the geophysical block introduced a module of different depth electromagnetic logging, a module of a deep side logging probe a measuring transducer and a module for measuring the potentials of spontaneous polarization, the electric separator is made in the form of a tube insert made of a composite radiolucent material, the length of which is not less than the length of the probe device of the module of different depth electromagnetic logging, while the mentioned probe device is placed inside the electric separator, the screen electrode of the depth logging tool and the pseudo-lateral logging probe is the lower part of the drill string along with the turbodrill and Therefore, the central electrode is common to both probes, the reverse current electrode for the side logging depth probe is the grounded pole of the surface alternating current generator, which serves as the probing current source for the side logging depth probe, the top of the drill pipe is the reference electrode for both side logging probes , the reverse current electrode for the pseudo-lateral logging probe is mounted on the outer surface of the electric separator, the measuring electrode of the module from Measuring the potentials of spontaneous polarization is also located on the outer surface of the electric separator, and the upper part of the drill pipe string serves as the reference electrode, while the output of the transmitting device is connected to the cable communication line.

Схемы вариантов предложенной комплексной геофизической аппаратуры на бурильных трубах приводятся на чертежах.Schemes of options for the proposed integrated geophysical equipment on drill pipes are shown in the drawings.

Фиг.1 - схема комплексной геофизической аппаратуры на бурильных трубах, предназначенной для работы в процессе бурения скважины с использованием для передачи данных беспроводного электромагнитного канала связи.Figure 1 - diagram of integrated geophysical equipment on drill pipes designed to work in the process of drilling a well using a wireless electromagnetic communication channel for data transmission.

Фиг.2 - схема комплексной геофизической аппаратуры на бурильных трубах с использованием проводного канала связи и предназначенной как для работы в процессе бурения, так и для геофизических исследований уже пробуренных горизонтальных скважин.Figure 2 is a diagram of integrated geophysical equipment on drill pipes using a wired communication channel and designed both for work in the drilling process and for geophysical exploration of already drilled horizontal wells.

Комплексная геофизическая аппаратура на бурильных трубах по первому варианту состоит (фиг.1) из приемно-регистрирующего наземного прибора 1 и забойного скважинного прибора, включающего турбобур 2 с долотом 3, инклинометрический блок 4, автономный источник 5 питания, электрический разделитель 6, электрически изолирующий нижнюю часть 7 буровой колонны с турбобуром 2 и долотом 3 от верхней части 8 колонны бурильных труб, передающее устройство 9, выход которого подключен к верхней 8 и нижней 7 частям буровой колонны (на фиг.1 не показано). В состав забойного скважинного прибора входит также геофизический блок 10, включающий модуль 11 гамма-каротажа, модуль 12 зонда псевдобокового каротажа, содержащий источник 13 зондирующего тока и измерительный преобразователь 14, модуль 17 разноглубинного электромагнитного каротажа, модуль 18 глубинного зонда бокового каротажа, содержащий источник 19 зондирующего тока и измерительный преобразователь 20, модуль 21 измерения потенциалов самопроизвольной поляризации.The complex geophysical equipment on drill pipes according to the first embodiment consists (Fig. 1) of a receiving and recording ground-based device 1 and a downhole borehole device, including a turbodrill 2 with a bit 3, an inclinometric unit 4, an autonomous power supply 5, an electrical isolator 6, which electrically isolates the lower part 7 of the drill string with a turbo-drill 2 and a bit 3 from the upper part 8 of the drill pipe string, a transmitting device 9, the output of which is connected to the upper 8 and lower 7 parts of the drill string (not shown in Fig. 1). The downhole tool also includes a geophysical block 10, including a gamma-ray logging module 11, a pseudo-lateral logging module 12, containing a sounding current source 13 and a measuring transducer 14, a multi-depth electromagnetic logging module 17, and a lateral logging depth module 18 containing a source 19 probing current and a measuring transducer 20, a module 21 for measuring the potentials of spontaneous polarization.

Указанные блоки скважинного прибора расположены внутри силовых корпусов 16, являющихся элементами буровой колонны. Электрический разделитель 6 выполнен в виде трубной вставки из композитного радиопрозрачного материала, длина которой не менее длины зондового устройства 22 модуля 17 разноглубинного электромагнитного каротажа, которое размещено внутри электрического разделителя 6.The indicated blocks of the downhole tool are located inside the power housings 16, which are elements of the drill string. The electric separator 6 is made in the form of a tube insert made of a composite radiolucent material, the length of which is not less than the length of the probe device 22 of the module 17 of different depth electromagnetic logging, which is located inside the electric separator 6.

Центральный электрод 15 обоих зондов бокового каротажа расположен на внешней электрически изолированной поверхности силового корпуса 16 геофизического блока 10.The central electrode 15 of both lateral logging probes is located on the outer electrically isolated surface of the power housing 16 of the geophysical block 10.

Экранным электродом зондов псевдобокового и глубинного бокового каротажа служит нижняя часть 7 буровой колонны вместе с турбобуром 2 и долотом 3, а центральный электрод 15 является общим для обоих зондов. Обратным токовым электродом и электродом сравнения глубинного зонда бокового каротажа служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб. Обратный токовый электрод 23 для зонда псевдобокового каротажа установлен на внешней поверхности электрического разделителя 6, а электродом сравнения для этого зонда служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб.The bottom electrode 7 of the drill string together with the turbodrill 2 and bit 3 serves as the screen electrode of the pseudo-lateral and deep side logging probes, and the central electrode 15 is common to both probes. The reverse current electrode and the comparison electrode of the depth logging tool is the upper part 8 of the drill pipe string. The reverse current electrode 23 for the pseudo-lateral logging probe is mounted on the outer surface of the electric separator 6, and the upper part 8 of the drill pipe string serves as the reference electrode for this probe.

Измерительный электрод 24 модуля 21 измерения потенциалов самопроизвольной поляризации размещен на внешней поверхности электрического разделителя 6, а электродом сравнения служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб.The measuring electrode 24 of the module 21 measuring the potentials of spontaneous polarization is placed on the outer surface of the electrical separator 6, and the reference electrode is the upper part 8 of the drill pipe string.

На фиг.1 изображен также электроизоляционный слой 25 на внешней поверхности силового корпуса 16 геофизического блока 10.Figure 1 also shows the insulating layer 25 on the outer surface of the power housing 16 of the geophysical block 10.

Комплексная геофизическая аппаратура на бурильных трубах по второму варианту (фиг.2) содержит в составе приемно-регистрирующего наземного прибора 1 заземленный генератор 26 переменного тока.The integrated geophysical equipment on drill pipes according to the second embodiment (Fig. 2) contains a grounded alternating current generator 26 as part of the receiving and recording ground-based device.

Наземный прибор 1 соединен с забойным скважинным прибором кабельной линией 27 связи. Из скважинного прибора исключен автономный источник 5 питания, а также источник 19 зондирующего тока в модуле 18 глубинного зонда бокового каротажа, функции которых выполняет генератор 26 переменного тока.The ground device 1 is connected to the downhole borehole device by a cable communication line 27. An autonomous power supply 5, as well as a sounding current source 19 in the module 18 of the side logging depth probe, the functions of which are performed by the alternating current generator 26, are excluded from the downhole tool.

Обратным токовым электродом для глубинного зонда бокового каротажа является заземленный через заземлитель 28 полюс наземного генератора 26 переменного тока, а электродом сравнения служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб.The reverse current electrode for the depth logging tool is the pole of the ground-based alternator 26, grounded through the ground electrode 28, and the upper part 8 of the drill pipe string serves as the reference electrode.

Выход передающего устройства 9 подключен при этом к кабельной линии 27 связи.The output of the transmitting device 9 is connected in this case to the cable communication line 27.

Комплексная геофизическая аппаратура на бурильных трубах по первому варианту работает следующим образом. Забойный скважинный прибор аппаратуры, смонтированный на колонне бурильных труб, опускается в скважину. Первичное питание электрических схем скважинного прибора в процессе бурения осуществляется от автономного источника 5 питания (турбогенератора или аккумуляторной батареи).Integrated geophysical equipment on drill pipes according to the first embodiment works as follows. The downhole tool downhole mounted on a drill pipe string is lowered into the well. The primary power supply of the electrical circuits of the downhole tool during drilling is carried out from an autonomous power source 5 (turbogenerator or battery).

Поток промывочной жидкости, проходя через внутреннюю полость колонны бурильных труб и турбобур 2, приводит во вращательное движение долото 3, осуществляющее углубление бурящейся скважины.The flow of flushing fluid, passing through the inner cavity of the drill pipe string and turbodrill 2, rotates the bit 3, which deepens the well being drilled.

Инклинометрический блок 4 выполняет измерения, несущие информацию о пространственном положении скважины, а именно: азимуте искривления скважины, зенитном угле искривления скважины, положении отклонителя.The inclinometric unit 4 performs measurements that carry information about the spatial position of the well, namely: the azimuth of the curvature of the well, the zenith angle of the curvature of the well, the position of the diverter.

Модули геофизических методов в составе геофизического блока 10 выполняют измерения, несущие информацию о физических свойствах разбуриваемых горных пород. Так модуль 11 гамма-каротажа производит измерения естественной радиоактивности горных пород.The modules of geophysical methods in the composition of the geophysical block 10 perform measurements that carry information about the physical properties of the drilled rocks. So module 11 gamma-ray logging measures the natural radioactivity of rocks.

Модуль 17 разноглубинного электромагнитного каротажа осуществляет измерения удельного электрического сопротивления горных пород как минимум двумя разноглубинными зондами, в качестве которых могут использоваться как зонды традиционного низкочастотного индукционного каротажа, так и зонды высокочастотного электромагнитного каротажа с измерением относительных характеристик поля: отношения амплитуд или разности фаз.Module 17 of different depth electromagnetic logging measures the electrical resistivity of rocks with at least two different depth probes, which can be used as probes of traditional low-frequency induction logging, and high-frequency electromagnetic logging probes with measurement of relative field characteristics: amplitude or phase difference ratios.

Зондовое устройство 22 модуля разноглубинного электромагнитного каротажа расположено внутри электрического разделителя 6, выполненного в виде трубной вставки из композитного радиопрозрачного материала, например из стеклопластика на основе эпоксидной смолы и стекловолокна. Такой композитный материал является прозрачным для прохождения электромагнитных волн и достаточно прочным. Соединительные элементы, изготовленные из стали или титана, дают возможность встроить композитную трубу в бурильную колонну.The probe device 22 of the multi-depth electromagnetic logging module is located inside the electric separator 6, made in the form of a tube insert made of a composite radio-transparent material, for example, fiberglass based on epoxy resin and fiberglass. Such a composite material is transparent for the passage of electromagnetic waves and sufficiently durable. Connecting elements made of steel or titanium make it possible to integrate the composite pipe into the drill string.

Модуль 12 зонда псевдобокового каротажа выполняет измерения удельного электрического сопротивления горных пород, находящихся на небольшом удалении от стенки скважины.The module 12 of the pseudo-lateral logging probe measures the electrical resistivity of rocks located at a small distance from the borehole wall.

Источник 13 зондирующего тока создает ток в цепи между экранным электродом, которым служит нижняя часть 7 буровой колонны вместе с турбобуром 2 и долотом 3, и обратным электродом 23, установленным на электрическом разделителе 6 вблизи от экранного (≈0,2 м). Ток, стекая с экранного и центрального электродов, распространяется и в окружающих горных породах. Центральный электрод 15 зонда псевдобокового каротажа соединен с экранным электродом электрическим шунтом (не показан) малого сопротивления, так что потенциалы экранного и центрального электродов близки между собой. Измерительный преобразователь 14 осуществляет измерение тока I₀ центрального электрода, протекающего через шунт, и потенциала ΔU_э экранного электрода относительно электрода сравнения, в качестве которого служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб. Удельное электрическое сопротивление может быть рассчитано по формулеThe probe current source 13 creates a current in the circuit between the screen electrode, which serves as the lower part 7 of the drill string along with the turbodriller 2 and bit 3, and the return electrode 23 mounted on the electric splitter 6 near the screen (≈0.2 m). Current flowing from the screen and central electrodes also propagates in the surrounding rocks. The central electrode 15 of the pseudo-lateral logging probe is connected to the screen electrode by an electric shunt (not shown) of low resistance, so that the potentials of the screen and central electrodes are close to each other. The measuring transducer 14 measures the current I _{0 of the} central electrode flowing through the shunt and the potential ΔU _{e of the} screen electrode relative to the reference electrode, which is the upper part 8 of the drill pipe string. Electrical resistivity can be calculated by the formula

где K_пбк - коэффициент зонда псевдобокового каротажа.where K _pbc is the coefficient of the pseudo- _lateral logging probe.

Модуль 18 глубинного зонда бокового каротажа выполняет измерения удельного электрического сопротивления горных пород, находящихся на значительном расстоянии от стенки скважины.The lateral well logging module 18 performs measurements of the electrical resistivity of rocks located at a considerable distance from the borehole wall.

Источник 19 зондирующего тока создает ток в цепи между экранным электродом (нижняя часть 7 буровой колонны) и обратным электродом, которым служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб. В этом случае токи, стекающие с экранного и центрального электродов, распространяются в большем объеме окружающих зонд горных породах, так как обратный токовый электрод отнесен от экранного на значительное расстояние (≈3 м), определяемое длиной электрического разделителя 6. Это увеличивает радиальную глубинность исследования в сравнении с зондом псевдобокового каротажа.The probing current source 19 creates a current in the circuit between the screen electrode (the lower part 7 of the drill string) and the return electrode, which serves as the upper part 8 of the drill pipe string. In this case, the currents flowing from the screen and central electrodes propagate in a larger volume of the rocks surrounding the probe, since the reverse current electrode is separated from the screen by a considerable distance (≈3 m), determined by the length of the electric separator 6. This increases the radial depth of the study in comparison with a pseudo-lateral logging probe.

Измерительный преобразователь 20 осуществляет измерение тока центрального электрода и потенциала экранного электрода относительно электрода сравнения, которым служит верхняя часть 8 колонны бурильных труб. Удельное электрическое сопротивление определяется так же, как и для зонда псевдобокового каротажа.The measuring transducer 20 measures the current of the central electrode and the potential of the shield electrode relative to the reference electrode, which is the upper part 8 of the drill pipe string. The electrical resistivity is determined in the same way as for a pseudo-lateral logging probe.

Модуль 21 измерения потенциалов самопроизвольной поляризации, характеризующих электрохимическую активность разбуриваемых горных пород, осуществляет измерение разности потенциалов между измерительным электродом 24, установленным на электрическом разделителе 6 на расстоянии 1,2-1,5 м от верхней 8 и нижней 7 частей буровой колонны, и электродом сравнения (верхняя часть 8 колонны бурильных труб).Module 21 measuring the potentials of spontaneous polarization, characterizing the electrochemical activity of the drilled rocks, measures the potential difference between the measuring electrode 24 mounted on the electrical spacer 6 at a distance of 1.2-1.5 m from the upper 8 and lower 7 parts of the drill string and the electrode comparisons (top of the drill pipe string 8).

Инклинометрическая информация от инклинометрического блока 4 и информация о физических свойствах разбуренных горных пород от геофизического блока 10 поступает в передающее устройство 9 и с его выхода по колонне бурильных труб и горным породам передается в виде цифровых кодированных сигналов на земную поверхность, где принимается приемно-регистрирующим наземным прибором 1. В наземном приборе 1 производится выделение полезных сигналов на фоне шумов, их дешифрация, распределение по каналам, необходимая математическая обработка, цифровая и аналоговая регистрация.Inclinometric information from the inclinometric block 4 and information on the physical properties of the drilled rocks from the geophysical block 10 enters the transmitting device 9 and from its output through the drill pipe string and rocks is transmitted in the form of digital encoded signals to the earth's surface, where it is received by the receiving-recording ground device 1. In the ground-based device 1 is the selection of useful signals against the background of noise, their interpretation, distribution over the channels, the necessary mathematical processing, digital and analog registration.

Рассмотрим работу комплексной геофизической аппаратуры по второму варианту (фиг.2).Consider the work of integrated geophysical equipment according to the second option (figure 2).

В этом случае первичным источником питания забойного скважинного прибора аппаратуры служит генератор 26 переменного тока, входящий в состав приемно-регистрирующего наземного прибора 1. Ток питания частотой 300-400 Гц поступает в скважинный прибор по кабельной линии 27 связи, соединяющей наземный и скважинный приборы. Этот ток является также зондирующим током для глубинного зонда бокового каротажа и подается на его экранный электрод (нижнюю часть 7 буровой колонны). Второй полюс генератора 28 переменного тока заземлен через заземлитель 28 и служит обратным токовым электродом для глубинного зонда бокового каротажа, т.е. обратный токовый электрод отнесен на очень большое (несколько километров) расстояние от экранного и центрального электродов. При этом радиальная глубинность исследования существенно возрастает в сравнении с первым вариантом.In this case, the alternating current generator 26, which is part of the receiving and recording ground-based device 1, serves as the primary power source for the downhole downhole tool of the equipment. A supply current of 300-400 Hz frequency is supplied to the downhole tool via a cable line 27 connecting the ground and downhole devices. This current is also a probing current for the deep logging tool and is supplied to its screen electrode (bottom part 7 of the drill string). The second pole of the alternator 28 is grounded through the ground electrode 28 and serves as a reverse current electrode for the lateral logging tool, i.e. the reverse current electrode is assigned to a very large (several kilometers) distance from the screen and central electrodes. In this case, the radial depth of the study increases significantly in comparison with the first option.

Процессы измерения инклинометрических и геофизических параметров при бурении осуществляются аналогично первому варианту. Передача же информации из передающего устройства 9 к приемно-регистрирующему наземному прибору производится по кабельной линии 27 связи.The processes of measuring inclinometric and geophysical parameters during drilling are carried out similarly to the first option. The transmission of information from the transmitting device 9 to the receiving and recording ground-based device is carried out via cable communication line 27.

Второй вариант комплексной геофизической аппаратуры может использоваться также для геофизических исследований уже пробуренных наклонно-направленных и горизонтальных скважин. При этом аппаратура доставляется к забою скважин с помощью колонны бурильных труб. Измерения инклинометрических и геофизических параметров выполняются при подъеме бурильных труб.The second version of integrated geophysical equipment can also be used for geophysical studies of already drilled directional and horizontal wells. In this case, the equipment is delivered to the bottom of the wells using a drill pipe string. Measurements of inclinometric and geophysical parameters are performed when lifting drill pipes.

Таким образом, предлагаемая комплексная геофизическая аппаратура на бурильных трубах позволяет повысить геолого-геофизическую эффективность скважинных измерений в процессе бурения за счет расширения комплекса геофизических методов и соответственно возможности детального расчленения геологического разреза, выделения проницаемых пластов-коллекторов и оперативной оценке характера их насыщения как в терригенном, так и в карбонатном разрезах.Thus, the proposed integrated geophysical equipment on drill pipes can increase the geological and geophysical efficiency of downhole measurements during drilling due to the expansion of the complex of geophysical methods and, accordingly, the possibility of a detailed exploration of the geological section, the allocation of permeable reservoirs and the rapid assessment of the nature of their saturation as in terrigenous, and in carbonate sections.

Расширяются также и функциональные возможности аппаратуры за счет ее применения как в процессе бурения скважин, так и для исследования уже пробуренных горизонтальных скважин. Возможно использование предлагаемой геофизической аппаратуры как основы геонавигационного комплекса (MWD+LWD-системы) для проводки горизонтальных и наклонно-направленных скважин с учетом реальной геологической обстановки.The functionality of the equipment is also expanding due to its use both in the process of drilling wells and for the study of already drilled horizontal wells. It is possible to use the proposed geophysical equipment as the basis of the geosteering complex (MWD + LWD system) for drilling horizontal and directional wells, taking into account the real geological situation.

Claims

1. Integrated geophysical equipment on drill pipes, consisting of a receiving and recording surface device and a downhole tool including a turbodrill with a bit, an inclinometer unit, an autonomous power source, an electrical isolator that electrically isolates the lower part of the drill string with a turbodrill and a bit from the top parts of the drill pipe string, a transmitter, the output of which is connected to the upper and lower parts of the drill string, a geophysical block including a gamma-ray logging module and a module a pseudo-lateral logging probe containing a probing current source and a measuring transducer, the central electrode of the pseudo-lateral logging probe is located on the outer electrically isolated surface of the power body of the geophysical block, while the blocks of the downhole tool are located inside the power bodies that are elements of the drill string, characterized in that the composition of the geophysical unit additionally introduced a module of deep electromagnetic logging, a module of a depth side logging probe comprising a probe current source and a measuring transducer, and a module for measuring the potentials of spontaneous polarization, the electric separator is made in the form of a tube insert made of a composite radiolucent material, the length of which is not less than the length of the probe device of the module of different depth electromagnetic logging, while the said probe device is placed inside the electric separator, the lower electrode of the drill is the screen electrode of the deep logging tool and the pseudo-lateral logging probe a drill string and a drill bit and a chisel, the central electrode is common to both probes, the reverse current electrode and the reference electrode for the lateral logging tool are the top of the drill pipe string, the reverse current electrode for the pseudo-lateral logging probe is mounted on the outer surface of the electric separator, and the electrode the comparison for the pseudo-lateral logging probe is the upper part of the drill pipe string, the measuring electrode of the spontaneous polarization potential measurement module The cell is located on the outer surface of the electric separator, and the upper part of the drill pipe string serves as the reference electrode.

2. Integrated geophysical equipment on drill pipes, consisting of a receiving and recording ground-based device, which includes an alternating current generator connected by a cable line to a downhole borehole device, which includes a turbodrill with a bit, an inclinometer block, an electrical isolator that electrically insulates the lower part drill string with a turbo-drill and a bit from the top of the drill pipe string, transmission device, geophysical block, including a gamma-ray logging module and a ps probe module an eudoblock log containing a probing current source and a measuring transducer, the central electrode of the pseudo-lateral log probe is located on the external electrically isolated surface of the geophysical block power body, while the downhole tool blocks are located inside the power bodies that are elements of the drill string, characterized in that the geophysical block additionally introduced a module of multi-depth electromagnetic logging, a module of a depth side logging probe with measured with a transducer and a module for measuring the potentials of spontaneous polarization, the electric separator is made in the form of a tube insert made of a composite radio-transparent material, the length of which is not less than the length of the probe device of the module of different depth electromagnetic logging, while the mentioned probe device is placed inside the electric separator, the screen electrode of the depth logging tool and The pseudo-lateral logging probe is the lower part of the drill string, together with the turbodrill and bit, the trailing electrode is common to both probes, the return current electrode for the lateral logging depth probe is the grounded pole of the surface alternating current generator, which serves as the probing current source for the lateral logging depth probe, the upper part of the drill pipe is the reference electrode for both lateral logging probes a current electrode for a pseudo-lateral logging probe is mounted on the outer surface of the electric separator, a measuring electrode of the measurement module spontaneous polarization potentials are also located on the outer surface of the electric separator, and the upper part of the drill pipe string serves as the reference electrode, while the output of the transmitting device is connected to the cable communication line.