СПОСОБ ГЕОНАВИГАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН В ПЛАСТАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Название	СПОСОБ ГЕОНАВИГАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН В ПЛАСТАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Разработчик (Авторы)	Ратушняк Александр Николаевич, Теплухин Владимир Клавдиевич, Зенков Валерий Викторович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2737476
Дата регистрации	30.11.2020
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук
Область применения (класс МПК)	G01V 3/28 (2006.01) E21B 47/0228 (2012.01) E21B 7/04 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований наклонно-направленных скважин в процессе бурения и может быть использовано при проводке субгоризонтальных скважин в маломощных (до 2÷3 метров) пластах, продуктивных на углеводороды, для избегания неконтролируемого вскрытия подстилающих водоносных слоев подошвы коллектора или глинистой кровли.

Известен способ геонавигации горизонтальных скважин, включающий проведение высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования с измерением ряда амплитуд ЭДС и не менее пяти разностей фаз, выделение коллекторов и техногенных электрических неоднородностей (ВИКИЗ). По изменению разности фаз и значениям амплитуд экстремумов ЭДС судят о точности проводки скважины по пласту-коллектору [1]. Устройство для выполнения известного способа содержит пять индукционных геометрически подобных зондов, каждый из которых образован генераторной и приемной катушками, оси катушек соосны оси скважины. Способ пригоден для геонавигации наклонно-направленных скважин в продуктивных пластах большой (более 3 метров) мощности и неэффективен в пластах малой (менее 3 метров) мощности.

Известен способ геонавигации горизонтальных скважин, основанный на возбуждении импульсного электромагнитного поля с помощью электрического диполя, питаемого импульсным разнополярным током [2]. Измерение магнитных полей проводят в период паузы между импульсами тока индуктивными датчиками, ориентированными в трех ортогональных направлениях. По анализу кривых экстремальных значений амплитуд спада магнитных полей формируют команды на управление положением отклонителя бурильного инструмента. Измерительный модуль выполнен в виде немагнитной трубы с расположенными на концах питающими электродами. Индуктивные датчики расположены в теле трубы. Основным недостатком способа является применение в качестве источника питающего поля электрического диполя с системой гальванических электродов, питаемых импульсным током. Использование гальванических контактов в скважинах старого фонда не дает возможности добиться необходимой идентичности условий возбуждения в каждой точке наблюдения.

Известен способ индукционного каротажа скважин в процессе бурения, который может быть использован для целей геонавигации, который является прототипом предложенного способа [3]. Способ включает пропускание импульсов тока через генераторную катушку, регистрацию амплитуды напряжения ЭДС переходных процессов в измерительной катушке. Устройство индукционного каротажа содержит генераторную и измерительную катушки, размещенные соосно на немагнитной металлической трубе, встроенной в компоновку низа бурильной колонны, источник импульсного тока, соединенный с генераторной катушкой, измерительная катушка соединена с устройством обработки результатов.

Основным недостатком, сводящим к невозможности широкого практического применения способа-прототипа [3] является то, что для выполнения данного способа предложено устройство, смонтированное на немагнитном проводящем корпусе. Системы генераторных и приемных катушек-соленоидов связаны единым проводящим сердечником-трубой, физические свойства которой сильно зависят от внешних факторов (температура и др.). Это фактически приводит к определяющей зависимости системы регистрируемых амплитуд ЭДС от неконтролируемых внешних факторов (проводимость скважинного флюида и проводимость металла несущей бурильной трубы) и соответственно - к невозможности получения в реальных скважинных условиях идентичных повторяемых результатов. Особенно влияние мешающих факторов на параметр амплитуды ЭДС усиливается в случаях бурения на соленых (проводящих) растворах. Экранировать катушки от сердечника, соединяющего приемную и генераторную катушки, практически невозможно, следовательно, при этом резко повышается уровень неконтролируемых помех при измерении. Проведение измерений амплитуды ЭДС в диапазоне 0,1-200 мкс с устранением посредством фильтрации сигнала в диапазоне свыше 30 мкс, как предложено в патенте [3], не позволяет сколько-нибудь устранить помехи, обусловленные внешними факторами и прямым влиянием поля генераторной катушки на значения амплитуды ЭДС на приемной катушке через эффективный сердечник и соизмеримые с полезным сигналом или, как правило, существенно превышающие его.

Цель предлагаемого решения - повышение точности геонавигации стволов наклонно-направленных скважин в пластах коллекторов малой мощности путем использования импульсного возбуждения электромагнитного поля и регистрации временных характеристик переходных процессов электромагнитного поля, обеспечивающих повышенную точность измерений и снижения зависимости от внешних неконтролируемых помех.

Способ геонавигации горизонтальных и наклонно-направленных скважин в пластах малой мощности включает определение расстояния до границы с вмещающими породами, обладающими контрастными свойствами по удельному электрическому сопротивлению по отношению к пласту, путем пропускания импульсов тока в генераторной катушке и регистрацию временных характеристик положения экстремумов спада ЭДС электромагнитного поля в приемной катушке.

Предлагаемый способ отличается тем, что определение расстояния до границы с вмещающими породами проводят на основании анализа не амплитуды ЭДС, а значений времени экстремума спада ЭДС t_extr в приемной катушке, находящейся на расстоянии L от генераторной катушки (фиг. 1) [4, 5].

Известно [6], что при импульсном режиме возбуждения и регистрации ЭДС спада с соосными генераторной и измерительной катушками малых радиусов, по сравнению с разносом L, положение экстремума ЭДС на оси времени t в однородной среде определяется только величинами разноса и удельным электрическим сопротивлением среды ρ (фиг. 1):

t=μ₀L²/10/ρ, где μ₀ - магнитная постоянная.

В неоднородных проводящих горных породах, в условиях дополнительного влияния сопротивления бурового раствора и проводящей буровой колонны, зависимость величины экстремума ЭДС более сложная [6] и численно определяется с помощью синус-преобразования Фурье от спектральной характеристики мнимой квадратуры осевой составляющей магнитной индукции ImB_z:

где: S_и - эффективная площадь измерительной катушки, м²; t - время, с; ω - круговая частота, сек^-1.

Влияние на величину ЭДС сопротивления бурового раствора и сопротивления металла несущей бурильной колонны можно считать постоянными в течение проходки скважины и амплитуда напряжения ЭДС будет определяться сопротивлением пород нефтяного коллектора, по которому проводится ствол направленной скважины (фиг. 2) [6].

Известно, что удельное электрическое сопротивление определяется генезисом пород коллектора. К примеру, коллектор терригенного типа является низкоомным, а коллектор, сложенный преимущественно карбонатными породами, как правило, высокоомный [7].

Для основных нефтенасыщенных маломощных коллекторов (водонасыщенная подошва, глинистая кровля) сопротивление пород распределяется следующим образом (к примеру): сопротивление глинистой кровли 3,5÷6 Ом⋅м, для газонасыщенной кровли до 50 Ом⋅м, сопротивление пород коллектора 12÷20 Ом⋅м, сопротивление пород водонасыщенной подошвы 25÷40 Ом⋅м [7]. Фактически породы нефтенасыщенного коллектора являются контрастной зоной по значениям удельного электрического сопротивления. Исследуемый диапазон значений удельных электрических сопротивлений пород составляет от 3 до 200 Ом⋅м (фиг. 2), что позволяет фиксировать геометрическое положение ствола скважины относительно системы подошва - коллектор - кровля при условии, что петрофизические свойства пород залежи и вмещающих отложений известны заранее.

Значения величин удельных электрических сопротивлений пород, слагающих разрез, полагаются известными по данным электрических методов каротажа поисково-разведочных скважин на данном участке и лабораторных исследований извлекаемого при бурении керна.

На фиг. 3 представлены материалы, поясняющие принцип реализации предлагаемого технического решения.

Для определения расстояния до границы сред с различными удельными электрическими сопротивлениями используется установки из соосных генераторной и измерительной катушек, расположенных на расстоянии L друг от друга (разнос). Ось установки первоначально параллельна границе сред с различными удельными электрическими сопротивлениями. Расстояние между осью установки и границей сред составляет величину h.

На фиг. 3 приведена палетка определения расстояния h до границы сред по величине времени t_extr экстремума ЭДС спада электромагнитного поля при контрастности удельных электрических сопротивлений сред, к примеру, в 4 раза.

Для уменьшения числа параметров, необходимых для определения расстояния до границы, на фиг. 3 время f_extr приведено к величине L² разноса установки и обозначено как приведенное время Т_р, а расстояние h приведено к разносу установки L. Полученная зависимость Т_р обусловлена различными удельными электрическими сопротивлениями пород и расстоянием от установки до границы сред h. Как видно из фиг. 3 предлагаемый способ позволяет определять расстояние до границы сред с различными удельными электрическими сопротивлениями горных пород по времени экстремальных значений величин ЭДС спада электромагнитного поля.

Методика процесса геонавигации наклонно-направленных скважин на основе предложенного способа сводится к мониторингу величин расстояний до границы с вмещающими породами, обладающими контрастными свойствами по отношению к пласту по значениям времени экстремумов спада ЭДС в приемной катушке при пропускании импульсов тока через генераторную катушку в двух точках на оси скважины, отстоящих друг от друга, к примеру, на расстояние не менее 1 метра, определении двух различных расстояний до границы контрастных сред, и сохранении направления бурения при получении близких значений расстояний или изменении направления бурения при получении отличающихся друг от друга расстояний, причем направление бурения меняют в зависимости от знака разности расстояний.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, который выражается в повышении точности определения расстояний от бурящейся в нефтяном коллекторе скважины и вмещающих пород кровли или подошвы пласта.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи с достигаемым результатом. Анализ современного уровня техники показал, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень" и может быть промышленно реализовано при использовании существующих технических средств.

Формула изобретения

Способ геонавигации стволов горизонтальных или наклонно-направленных скважин в пластах малой мощности, включающий управление процессом проводки скважины в пласте нефтяного коллектора на основе сравнительного анализа расстояний до границы с пластами вмещающих пород, обладающих контрастными свойствами по удельному электрическому сопротивлению по отношению к породам нефтяного коллектора, путем пропускания импульсов тока через генераторную катушку и регистрацию ЭДС переходных процессов в приемной катушке, отличающийся тем, что определение расстояний до границы пластов проводят последовательно в двух точках оси скважины, отстоящих на расстоянии не менее 1 м в процессе бурения, измеряя значения времени, на которых ЭДС спада электромагнитного поля имеют экстремальные значения, и:

- сохраняют направление бурения при получении близких значений расстояний, полученных в двух точках на оси скважины;

- изменяют направление бурения при получении отличающихся друг от друга значений расстояний, причем направление бурения меняют в зависимости от знака разности расстояний.

Изобретение "СПОСОБ ГЕОНАВИГАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН В ПЛАСТАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ" (Ратушняк Александр Николаевич, Теплухин Владимир Клавдиевич, Зенков Валерий Викторович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога