RU2007558C1

RU2007558C1 - Method of inspection of perforation process

Info

Publication number: RU2007558C1
Authority: RU
Inventors: С.З. Дунин; А.П. Попрядухин; В.В. Сурков
Original assignee: Дунин Станислав Захарович; Попрядухин Алексей Петрович; Сурков Вадим Вадимович
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method is intended for gas and oil industries. Invention can be used for remote control over process of blast perforation of casing strings in wells at great depth. Elements magnetized in advance are placed in perforator opposite to shaped charges. Then electromagnetic pulses generated by action of cumulative jets on magnetized elements placed into perforator are registered. Shells of shaped charges magnetized beforehand or permanent magnets or magnetic plugs put into holes for cumulative jets are used as magnetized materials. Registration magnetic coils are positioned coaxially with magnetized elements. Number of perforated holes in casing string is found by number of registered electromagnetic pulses. EFFECT: improved operational characteristics. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники. Его целесообразно применять в нефтяной и газовой отраслях промышленности, а также при геологоразведочных исследованиях залежей нефти, газа и других полезных ископаемых. Изобретение может быть использовано для дистанционного контроля за процессом взрывной перфорации обсадных колонн в скважинах на больших глубинах. The invention relates to the field of measurement technology. It is advisable to apply it in the oil and gas industries, as well as in geological exploration studies of oil, gas and other mineral deposits. The invention can be used for remote monitoring of the process of explosive perforation of casing strings in wells at great depths.

Известны способы регистрации данных в скважине, основанные на измерении ускорений перфоратора, находящегося в скважине, которые возникают во время срабатываний отдельных кумулятивных зарядов внутри перфоратора. Полученная информация передается на верх по грузонесущему геофизическому кабелю, а затем обрабатывается, что позволяет оценить (по числу импульсов) количество срабатываний кумулятивных зарядов, приведших к перфорированию обсадной колонны на заданной глубине. Known methods for recording data in the well, based on measuring the accelerations of a perforator located in the well, which occur during the operation of individual cumulative charges inside the perforator. The information received is transmitted to the top via a load-bearing geophysical cable, and then processed, which allows us to estimate (by the number of pulses) the number of cumulative charges that led to the perforation of the casing at a given depth.

Недостатком известных способов и устройств является ненадежность в определении числа взрывов в скважине. Это связано с тем, что из-за малой временной задержки между взрывами (около 10 мкс) происходит наложение отдельных ударных волн, возникающих при взрывах. A disadvantage of the known methods and devices is the unreliability in determining the number of explosions in the well. This is due to the fact that due to the small time delay between explosions (about 10 μs), superposition of individual shock waves arising from the explosions occurs.

Недостатком является также искажение сигналов, обусловленное расстоянием коротких акустических волн на перфорационных отверстиях и других неоднородностях в теле перфоратора. The disadvantage is the distortion of the signals due to the distance of short acoustic waves at the perforations and other inhomogeneities in the body of the perforator.

Все это приводит к ухудшению разрешающей возможности известных способов контроля за процессом перфорации в скважине. Тем самым уменьшается вероятность обнаружения отказа детонаторов или кумулятивных зарядов при подрыве. All this leads to a deterioration in the resolution of the known methods of controlling the process of perforation in the well. This reduces the likelihood of detecting a failure of detonators or cumulative charges during detonation.

Целью изобретения является повышение надежности контроля за процессом перфорации. The aim of the invention is to increase the reliability of control over the perforation process.

Цель достигается тем, что в способе контроля за процессом перфорации обсадной колонны в скважине, включающем спуск в скважину перфоратора, инициирование находящихся в нем кумулятивных зарядов и регистрацию возникающих при взрыве кумулятивных струй, в перфораторе напротив кумулятивных зарядов размещают предварительно намагниченные элементы, а соосно с ними располагают катушки, затем после инициирования кумулятивных зарядов регистрируют образующиеся от воздействия на намагниченные элементы кумулятивных струй электромагнитные импульсы, по числу которых судят о количестве перфорационных отверстий в обсадной колонне. The goal is achieved by the fact that in the method of monitoring the process of perforation of the casing string in the well, including the descent of the perforator into the well, the initiation of the cumulative charges in it and the detection of cumulative jets resulting from the explosion, pre-magnetized elements are placed in the perforator opposite the cumulative charges, and coaxially with them coils are placed, then, after the initiation of cumulative charges, electromagnetic impulses generated from the action on the magnetized elements of the cumulative jets are recorded xy, the number of which is judged on the number of perforations in the casing.

При этом в качестве намагниченных элементов используют постоянный магнит или установленные в отверстиях для кумулятивных струй магнитные пробки, или стальные обкладки кумулятивных зарядов. In this case, a permanent magnet or magnetic plugs installed in the holes for cumulative jets or steel plates of cumulative charges are used as magnetized elements.

Предлагаемый способ основан на физическом эффекте ударного размагничивания, причиной которого являются: фазовый переход в ударной волне сплавов железа из магнитной α -фазы в немагнитную ε -фазу, понижение температуры Кюри, уменьшение намагниченности насыщения с ростом ударного давления. The proposed method is based on the physical effect of shock demagnetization, the cause of which is: a phase transition in the shock wave of iron alloys from the magnetic α phase to the nonmagnetic ε phase, a decrease in the Curie temperature, a decrease in the saturation magnetization with increasing shock pressure.

Процесс разрушения магнита (или магнитной пробки) кумулятивной струей имеет малую длительность (около 10 мкс). При этом возникает короткий магнитный импульс, что улучшает возможность разрешения отдельных импульсов от взрывов, по сравнению с прототипом. Кроме того, амплитуда сигналов ударного размагничивания на порядок и более выше как геомагнитных возмущений, так и сигналов, генерируемых плазмой взрыва. The process of destruction of a magnet (or magnetic plug) by a cumulative jet has a short duration (about 10 μs). This causes a short magnetic pulse, which improves the ability to resolve individual pulses from explosions, compared with the prototype. In addition, the amplitude of the shock demagnetization signals is an order of magnitude or more higher than both geomagnetic disturbances and signals generated by the explosion plasma.

Способ реализуется устройством, в котором сигналы измеряются вблизи кумулятивных зарядов, а затем усиливаются. Это создает дополнительные преимущества, по сравнению с прототипом, поскольку при этом исключаются дисперсия и затухание магнитных возмущений при их распространении по породе. The method is implemented by a device in which signals are measured near cumulative charges and then amplified. This creates additional advantages, compared with the prototype, since this eliminates the dispersion and attenuation of magnetic disturbances during their propagation through the rock.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1 и 2. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит кабель грузонесущий геофизический 1 с прикрепленным к нему корпусом перфоратора 2, в котором располагаются согласующее устройство и коммутатор 3, цепь электрического поджига детонатора 4, кумулятивные заряды 5 с кумулятивными воронками 6 и детонационным шнуром 7, электрическая цепь регистрации 8, регистрирующие магнитные катушки 9, намагниченные элементы 10, бандаж из бандажной (однонаправленной) стеклоленты 11, детонатор 12. Цифровой 13 обозначена стенка обсадной колонны. В торце перфоратора вместе с согласующим усилителем может располагаться запоминающий блок. The device shown in FIG. 1, contains a geophysical load-bearing cable 1 with a perforator housing 2 attached to it, in which a matching device and switch 3 are located, an electric ignition circuit of the detonator 4, cumulative charges 5 with cumulative funnels 6 and a detonation cord 7, an electric registration circuit 8, which register magnetic coils 9, magnetized elements 10, a bandage from a bandage (unidirectional) glass tape 11, a detonator 12. Digital 13 indicates the wall of the casing. A storage unit may be located at the end of the punch along with a matching amplifier.

В качестве немагнитных элементов могут быть использованы постоянные магниты или установленные в отверстиях для кумулятивных струй магнитные пробки, или стальные обкладки кумулятивных зарядов. As non-magnetic elements, permanent magnets or magnetic plugs installed in openings for cumulative jets or steel plates of cumulative charges can be used.

Устройство работает следующим образом. После поджига детонатора и детонационного шнура происходит подрыв зарядов с образованием кумулятивных струй. Коммутатор из положения "готовность к подрыву" переводит систему в режим регистрации взрывов. Кумулятивные струи выталкивают магнитные пробки (или размагничивают магниты) и пробивают отверстия в обсадной колонне. Вследствие уничтожения магнитных потоков в регистрирующих катушках возникают ЭДС индукции. Если облицовки кумулятивных зарядов выполнены из магнитных материалов и предварительно намагничены, то сигналы возникают при размагничивании кумулятивных воронок ударной волной, образующейся после детонации взрывчатых веществ. Сигналы с катушек поступают на согласующее устройство и коммутатор, а затем передаются вверх по грузонесущему кабелю. Их можно также записывать в запоминающем блоке. В многожильном кабеле импульс подрыва и информации о числе зарегистрированных кумулятивных струй могут передаваться по разным жилам. В этом случае не нужен коммутатор, это упрощает устройство. The device operates as follows. After ignition of the detonator and detonation cord, charges are detonated with the formation of cumulative jets. The switch from the "ready to detonate" position puts the system in the mode of registering explosions. Cumulative jets push magnetic plugs (or demagnetize magnets) and punch holes in the casing. Due to the destruction of magnetic fluxes in the recording coils, EMF induction occurs. If the lining of the cumulative charges is made of magnetic materials and pre-magnetized, then the signals occur during the demagnetization of cumulative funnels by the shock wave generated after the detonation of explosives. The signals from the coils are fed to the matching device and switch, and then transmitted upstream of the load-carrying cable. They can also be recorded in the storage unit. In a multicore cable, an impulse pulse and information on the number of registered cumulative jets can be transmitted through different wires. In this case, you do not need a switch; this simplifies the device.

Согласование измерительных катушек с входными цепями регистрирующего устройства зависит от емкости кабеля. В условиях работы в скважине грузонесущей геофизический кабель имеет большую длину (до нескольких километров) и его емкость слишком велика, поэтому на нижнем конце кабеля необходимо применить согласующий усилитель со следующими параметрами, коэффициент усиления 5-80, в зависимости от расположения катушек в выточке отверстия полоса частот 100-200 Гц, входное сопротивление 1 кОм, выходное сопротивление равно волновому сопротивлению кабеля (50-100 Ом в зависимости от марки кабеля). The coordination of the measuring coils with the input circuits of the recording device depends on the cable capacity. Under operating conditions in the well, the load-bearing geophysical cable has a large length (up to several kilometers) and its capacity is too large, therefore, at the lower end of the cable it is necessary to use a matching amplifier with the following parameters, gain 5-80, depending on the location of the coils in the recess of the hole strip frequencies 100-200 Hz, input impedance 1 kOhm, output impedance equal to the wave impedance of the cable (50-100 Ohm, depending on the brand of cable).

Для иллюстрации возможностей предлагаемого способа на фиг. 2 приведена осциллограмма сигнала, полученного при взаимодействии кумулятивной струи с магнитом. В опыте заряд ЗПК-95 размещался внутри перфоратора, причем кумулятивная струя направлялась в отверстие в его стенке, а катушка и магнит располагались снаружи непосредственно над отверстием. Использовался феррит объемом 3,5 см³ с магнитным моментом Е 2,1 А ˙ м². Катушка диаметром 5,5 см, состоящая из 15 витков медного провода диаметром 0,3 мм устанавливалась соосно с отверстием. Сопротивление нагрузки подбиралось для согласования регистрирующей катушки со входом цифрового осциллографа. Малая ширина сигналов и стабильно высокая амплитуда позволяют проводить надежную регистрацию множественных подрывов с временем разрешения до 10 мкс.To illustrate the possibilities of the proposed method in FIG. Figure 2 shows the waveform of the signal obtained by the interaction of a cumulative jet with a magnet. In the experiment, the ZPK-95 charge was placed inside the perforator, and the cumulative jet was directed into the hole in its wall, and the coil and magnet were located outside directly above the hole. Used ferrite with a volume of 3.5 cm ³ with a magnetic moment of E 2.1 A ˙ m ² . A coil with a diameter of 5.5 cm, consisting of 15 turns of copper wire with a diameter of 0.3 mm, was mounted coaxially with the hole. The load resistance was selected to match the recording coil with the input of a digital oscilloscope. The small width of the signals and the stably high amplitude allow reliable registration of multiple detonations with a resolution time of up to 10 μs.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа контроля за процессом перфорации обсадной колонны и скважины заключаются в следующем:
данный способ позволяет увеличить надежность регистрации кумулятивных струй, приводящих к перфорированию обсадной колонны;
дает возможность увеличивать амплитуду и уменьшать ширину диагностических импульсов;
устройство позволяет проводить регистрацию сигналов непосредственно в скважине без задержки во времени и искажений;
экономическая эффективность данного способа и устройства для его реализации заключается в обеспечении безопасности людей при подъеме и вскрытии перфоратора в случае отказов детонаторов или неполной детонации взрывчатого вещества;
технико-экономическая эффективности заключается также в повышении достоверности результатов геологоразведочных работ, поскольку способ позволяет отличать отрицательные результаты поиска нефти и газа от случаев, связанных с отсутствием перфорации скважина и вскрытия пласта вследствие дефектов системы подрыва. (56) Coll E. A. et al. , Method ans apparatus for detecting of perforating gun, US patent application serial # 505, 911, Teene, 20, 1983.The technical and economic effectiveness of the proposed method for monitoring the process of perforation of the casing string and well are as follows:
this method allows to increase the reliability of registration of cumulative jets, leading to perforation of the casing;
makes it possible to increase the amplitude and reduce the width of the diagnostic pulses;
the device allows for the registration of signals directly in the well without delay in time and distortion;
the economic efficiency of this method and device for its implementation is to ensure the safety of people when lifting and opening a hammer in case of failure of the detonators or incomplete detonation of the explosive;
feasibility also consists in increasing the reliability of the results of exploration work, since the method allows to distinguish negative results of oil and gas search from cases associated with the absence of perforation of the well and opening of the reservoir due to defects in the blasting system. (56) Coll EA et al. , Method ans apparatus for detecting of perforating gun, US patent application serial # 505, 911, Teene, 20, 1983.

Vates D. N. Gun initiation and data recording downhole, European patent, EP 0257.155 AI, кл. Е 21 В 43/118, Би 88/09. Vates D. N. Gun initiation and data recording downhole, European patent, EP 0257.155 AI, cl. E 21 B 43/118, Bi 88/09.

Claims

1. METHOD FOR MONITORING THE PERFORATION PROCESS OF THE Casing in the Well, Including Descent of the Perforator into the Well, Initiation of the Cumulative Charges in It and Recording of the Cumulative Jets Occurring in the Explosion, characterized in that, in order to increase the reliability of control, the cumulative charges are preliminarily placed magnetized elements, and recording magnetic coils are arranged coaxially with them, then, after the initiation of cumulative charges, the resulting magnetic ichennye elements cumulative jets electromagnetic pulses, which number is judged by the number of perforations in the casing.

2. The method according to p. 1, characterized in that the permanent magnets are used as the magnetized elements.

3. The method according to p. 1, characterized in that as non-magnetic elements use magnetic plugs installed in the openings for cumulative jets.

4. The method according to p. 1, characterized in that as the magnetized elements using steel plates of cumulative charges.