RU2444030C1

RU2444030C1 - Well seismic tool

Info

Publication number: RU2444030C1
Application number: RU2010152086/28A
Authority: RU
Inventors: Григорий Аронович Шехтман (RU); Григорий Аронович Шехтман; Алик Нариман Оглы Касимов (RU); Алик Нариман Оглы Касимов; Вениамин Андреевич Редекоп (RU); Вениамин Андреевич Редекоп
Original assignee: Григорий Аронович Шехтман; Алик Нариман Оглы Касимов; Вениамин Андреевич Редекоп
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-02-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: well seismic tool has a sealed housing and a controlled clamping device in form of a clamp lever. A removable shoe in form of a sector of a thin-walled pipe whose outer radius is greater than the radius of the housing is rigidly mounted on the housing, on the side opposite the lever and coaxially with the housing, or two shoes are mounted on different sides of the clamp lever.

EFFECT: more reliable contact with the medium and high quality of material recorded on horizontal components of seismic records.

Description

Изобретение относится к области скважинной сейсморазведки и может быть использовано при проведении работ методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и другими методами, требующими надежного контакта скважинного прибора со стенкой скважины.The invention relates to the field of downhole seismic exploration and can be used when performing vertical seismic profiling (VSP) and other methods that require reliable contact of the downhole tool with the wall of the well.

При проведении в буровых скважинах работ методом ВСП одним из основных условий получения качественных результатов является надежный механический контакт скважинного прибора со стенкой скважины, при котором исключается искажающее влияние на сейсмическую запись таких помех, как кабельные волны и резонансные механические колебания. При нежестком контакте скважинного прибора со стенкой скважины могут иметь место проскальзывания прибора относительно стенки скважины в процессе приема упругих колебаний, а также вращательные колебания относительно линии касания корпуса прибора со стенкой скважины. Когда недостаточно велика жесткость прижимного устройства, могут наблюдаться одновременно как проскальзывание, так и паразитные резонансные продольные, а также вращательные колебания, причем последние наиболее ощутимы на записях горизонтальных сейсмоприемников при трехкомпонентных наблюдениях.When VSP works are carried out in boreholes, one of the main conditions for obtaining qualitative results is reliable mechanical contact of the borehole tool with the borehole wall, which eliminates distorting effects of seismic recordings such as cable waves and resonant mechanical vibrations. With non-rigid contact of the downhole tool with the wall of the well, slippage of the device relative to the wall of the well in the process of receiving elastic vibrations, as well as rotational vibrations relative to the line of contact of the body of the device with the well wall, can occur. When the rigidity of the clamping device is not high enough, both slippage and spurious resonant longitudinal as well as rotational vibrations can be observed at the same time, the latter being most noticeable on the records of horizontal geophones during three-component observations.

Известен скважинный сейсмический прибор, содержащий прижимной элемент нежесткого типа, а также две жестко прикрепленные к прибору опоры, через которые он прижат к стенке скважины. Наличие в приборе двух опор, разнесенных по окружности зонда, устраняет резонансный характер искажений сейсмической записи, вызванных вращательными колебаниями скважинного прибора в горизонтальной плоскости (Воронин и Жадин, 1964). Основным недостатком данного прибора является неэффективность жестко прикрепленных к корпусу прибора опор в тех случаях, когда диаметр скважины существенно превышает диаметр скважинного прибора. База контакта скважинного прибора со стенкой скважины может при этом быть недостаточной для предотвращения паразитных вращательных колебаний. Более того, при малом диаметре скважинного прибора площадь его контакта со стенкой скважины невелика, что приводит к тому, что резонансная частота паразитных колебаний на контакте прибор-стенка скважины, величина которой пропорциональна квадратному корню площади этого контакта, может попасть в рабочий диапазон сейсмических частот (Beydoun, 1984). Ситуация при этом является противоречивой, т.к. диаметр прибора и его массу стремятся сделать минимальными именно для того, чтобы собственная частота колебаний прибора находилась вне рабочей полосы частот (Шехтман и Каплунов, 1974).Known downhole seismic device containing a clamping element of non-rigid type, as well as two rigidly attached to the device supports, through which it is pressed against the wall of the well. The presence in the instrument of two supports spaced around the circumference of the probe eliminates the resonance nature of seismic distortion caused by rotational vibrations of the downhole tool in the horizontal plane (Voronin and Zhadin, 1964). The main disadvantage of this device is the inefficiency of the supports rigidly attached to the device body in those cases when the well diameter significantly exceeds the diameter of the downhole tool. The contact base of the downhole tool with the wall of the well may be insufficient to prevent spurious rotational vibrations. Moreover, with a small diameter of the downhole tool, the area of its contact with the wall of the well is small, which leads to the fact that the resonant frequency of spurious oscillations at the device-wall contact, the value of which is proportional to the square root of the area of this contact, can fall into the operating range of seismic frequencies ( Beydoun, 1984). The situation is controversial, as the diameter of the device and its mass are sought to be minimized precisely so that the natural frequency of oscillations of the device is outside the working frequency band (Shekhtman and Kaplunov, 1974).

Известен скважинный сейсмический прибор с управляемым прижимным устройством в виде прижимного рычага, в котором установлен дополнительный прижимной рычаг, причем оси вращения обоих рычагов расположены на корпусе скважинного прибора под углом в одной плоскости, перпендикулярной оси скважинного прибора (Шехтман и др., 1984). Наличие в этом приборе двух прижимных рычагов, развернутых под углом, позволяет эффективно подавлять паразитные вращательные колебания. Однако недостатком прибора является существенное усложнение его конструкции, а также невозможность обеспечить ее надежность и осуществимость в скважинных приборах малого диаметра. Кроме того, на сложных участках скважин прижимное усилие, обеспечиваемое контактом концов прижимных рычагов, может быть ненадежным из-за наличия каверн и неровностей скважины. С целью повышения качества измерений в сложных участках скважины путем распределения прижимного усилия вдоль скважинного прибора в него были введены прижимные рейки, шарнирно связанные с концевыми участками корпуса (Шехтман и Курасов, 1986).A well-known seismic device with a controllable clamping device in the form of a clamping lever is installed, in which an additional clamping lever is installed, and the axis of rotation of both levers are located on the body of the downhole tool at an angle in one plane perpendicular to the axis of the downhole tool (Shekhtman et al., 1984). The presence in this device of two clamping levers, deployed at an angle, can effectively suppress spurious rotational vibrations. However, the disadvantage of the device is a significant complication of its design, as well as the inability to ensure its reliability and feasibility in downhole tools of small diameter. In addition, in complex sections of the wells, the clamping force provided by the contact of the ends of the clamping levers may be unreliable due to the presence of caverns and bumps in the well. In order to improve the quality of measurements in complex sections of the well by distributing the clamping force along the downhole tool, clamping rails pivotally connected to the end sections of the body were introduced into it (Shekhtman and Kurasov, 1986).

Наиболее близким прототипом к изобретению является скважинный сейсмический прибор, содержащий герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде рычага, связанного с силовым штоком. В этом устройстве крутящий момент от электродвигателя передается через редуктор ходовому винту, который, вращаясь, ввинчивается в силовой шток или вывинчивается из него. Силовой шток зафиксирован от вращательного движения коротким плечом прижимного рычага. Вращение винта преобразуется в поступательное движение силового штока, а движение штока - в отклоняющее перемещение длинного плеча рычага. Путем реверсирования электродвигателя можно в процессе отработки скважины прижимать прибор к стенке скважины или освобождать его (Авт. свид. СССР №254803, 1967).The closest prototype to the invention is a borehole seismic device containing a sealed housing and a controlled clamping device, made in the form of a lever associated with the power rod. In this device, the torque from the electric motor is transmitted through the gearbox to the lead screw, which, rotating, is screwed into or out of the power rod. The power rod is fixed against rotational movement by the short arm of the clamping lever. The rotation of the screw is converted into translational motion of the power rod, and the movement of the rod into deflecting movement of the long arm of the lever. By reversing the electric motor, it is possible to press the device against the wall of the well or release it in the process of well development (Auth. Certificate. USSR No. 254803, 1967).

Недостатком данного скважинного прибора является его незащищенность от паразитных вращательных колебаний, вызванных недостаточно большой величиной трения качения на контакте прибора со стенкой скважины. Недостаточно высокая надежность механического контакта прибора со стенкой скважины приводит к искажению сейсмической записи, особенно ощутимому при трехкомпонентных наблюдениях.The disadvantage of this downhole tool is its vulnerability to parasitic rotational vibrations caused by insufficiently large rolling friction at the contact of the device with the well wall. The insufficiently high reliability of the mechanical contact of the device with the borehole wall leads to a distortion of the seismic record, which is especially noticeable during three-component observations.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем увеличения надежности механического контакта прибора со стенкой скважины.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurements by increasing the reliability of the mechanical contact of the device with the wall of the well.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинном сейсмическом приборе, содержащем герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, к корпусу со стороны, противоположной рычагу, соосно с корпусом жестко закреплен съемный башмак, выполненный в виде сектора тонкостенной трубы, наружный радиус которой по меньшей мере вдвое превышает радиус корпуса. К наружной поверхности токостенной трубы в одном из воплощений изобретения могут быть жестко прикреплены по меньшей мере две опоры, параллельные оси прибора.This goal is achieved by the fact that in the borehole seismic device containing a sealed housing and a controllable clamping device made in the form of a clamping lever, a removable shoe made in the form of a sector of a thin-walled pipe is rigidly fixed coaxially with the housing, the outer radius which is at least twice the radius of the hull. At least two supports parallel to the axis of the device may be rigidly attached to the outer surface of the token wall pipe in one embodiment of the invention.

Центральный угол сектора тонкостенной трубы предлагается брать равным 120°, хотя возможны и иные углы, обеспечивающие несколько менее надежный контакт скважинного прибора со стенкой скважины. Ограничением для большего угла является максимальный диаметр скважинного прибора вместе с прикрепленным к нему башмаком (или двумя башмаками - по разные стороны от прижимного рычага), позволяющий беспрепятственно перемещать прибор по стволу скважины после складывания прижимного рычага.It is proposed that the central angle of the thin-walled pipe sector be taken equal to 120 °, although other angles are possible that provide somewhat less reliable contact of the downhole tool with the well wall. A limitation for a larger angle is the maximum diameter of the downhole tool together with a shoe attached to it (or two shoes on opposite sides of the clamping lever), which allows the tool to move freely along the wellbore after folding the clamping lever.

На чертежах схематически показан предлагаемый скважинный сейсмический прибор.The drawings schematically show the proposed downhole seismic device.

На рис.1 приведена схема скважинного сейсмического прибора; на рис.2 - разрез А-А на рис.1. На рис.3 приведена схема скважинного прибора с раскрытым прижимным рычагом, а на рис.4 - разрез А-А с раскрытым прижимным рычагом в прижатом к стенке скважины состоянии.Figure 1 shows a diagram of a downhole seismic instrument; in Fig. 2 - section AA in Fig. 1. Figure 3 shows a diagram of the downhole tool with the clamping lever open, and Fig. 4 shows the section AA with the clamping lever open in the state pressed to the wall of the well.

Прибор содержит корпус 1, съемные башмаки 2, опоры 3, ходовой винт 4, штифт 5, прижимной рычаг 6, ось вращения прижимного рычага 7. На рис.2 в одном из сечений скважинного прибора показаны две опоры, жестко прикрепленные к съемному башмаку 2. Наличие двух опор, развернутых под углом, позволяет исключить паразитные вращательные колебания более надежно по сравнению с их жестким креплением непосредственно к корпусу, имеющему намного меньший диаметр, чем диаметр исследуемой скважины. Кроме того, наличие опор на наружной поверхности башмаков гарантирует прибор от его залипания в скважинах, стенки которых изнутри могут быть покрыты слоем парафина или другими вязкими веществами. В других условиях, когда залипанию приборов в скважине ничего не способствует, можно обойтись и без опор, поскольку надежный контакт прибора со стенкой скважины будет обеспечен благодаря тому, что наружный диаметр башмака можно взять равным внутреннему диаметру скважины.The device contains a housing 1, removable shoes 2, supports 3, a spindle 4, a pin 5, a clamp lever 6, an axis of rotation of the clamp lever 7. In Fig. 2, one of the sections of the downhole tool shows two supports rigidly attached to the removable shoe 2. The presence of two supports, deployed at an angle, eliminates spurious rotational vibrations more reliably in comparison with their rigid fastening directly to the body, which has a much smaller diameter than the diameter of the investigated well. In addition, the presence of supports on the outer surface of the shoes guarantees the device from sticking in wells, the walls of which can be coated with a layer of paraffin or other viscous substances from the inside. In other conditions, when nothing contributes to sticking of devices in the well, it is possible to do without supports, since reliable contact of the device with the wall of the well will be ensured due to the fact that the outer diameter of the shoe can be taken equal to the internal diameter of the well.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При поступательном перемещении вниз силового штока 4 штифт 5 действует на короткое плечо прижимного рычага 6. При вращении прижимного рычага относительно оси вращения 7 под действием направленной вниз силы, действующей на короткое плечо рычага, конец длинного плеча рычага отклоняется в сторону до тех пор, пока расположенные на противоположной стороне корпуса прибора башмаки 2 не прижмутся надежно к стенке скважины. При наличии на башмаках жестко установленных на них опор 2 к стенке скважины прижимаются непосредственно опоры, обеспечивая зазор между башмаками и стенкой скважины. Благодаря тому что наружный диаметр башмаков близок к внутреннему диаметру скважины, усилие, обеспечиваемое прижимным рычагом, передается через опоры на стенку скважины таким образом, что горизонтальные составляющие этого усилия, направленные на каждой из опор в противоположную сторону, препятствуют появлению паразитных вращательных колебаний прибора относительно линий касания со стенкой скважины. Тем самым увеличивается вероятность достаточно надежного контакта со средой, и, следовательно, повышается качество сейсморазведочного материала.When translating the power rod 4 downward, the pin 5 acts on the short arm of the clamping arm 6. When the clamping arm rotates about the axis of rotation 7 under the action of a downward force acting on the short arm of the arm, the end of the long arm of the arm deviates to the side until on the opposite side of the device body, shoes 2 will not press firmly against the well wall. If there are supports rigidly mounted on the shoes 2 on the shoes, the supports are pressed directly against the wall of the well, providing a gap between the shoes and the wall of the well. Due to the fact that the outer diameter of the shoes is close to the inner diameter of the well, the force provided by the clamping lever is transmitted through the supports to the wall of the well so that the horizontal components of this force directed to each of the supports in the opposite direction prevent the occurrence of spurious rotational vibrations of the device relative to the lines touch with the wall of the well. This increases the likelihood of a sufficiently reliable contact with the environment, and, therefore, improves the quality of seismic material.

Радиус тонкостенной трубы, из которой изготавливают башмаки, в идеальном случае берут равным внутреннему радиусу скважины, в которой намечены работы. Однако полезный эффект вполне может быть достигнут, если радиус токостенной трубы взять по меньшей мере вдвое большим, чем радиус корпуса скважинного прибора. Тем самым площадь контакта прибора со стенкой скважины, столь необходимая для качественной регистрации сейсмических колебаний, будет существенно большей, чем у аналогов и прототипа данного изобретения, в которых со стенкой скважины контактирует непосредственно корпус прибора. Жесткое крепление башмаков к корпусу прибора осуществляется посредством хомутов, не показанных на приведенных чертежах, или любым иным известным способом.The radius of the thin-walled pipe from which the shoes are made is ideally taken equal to the internal radius of the well in which the work is scheduled. However, a useful effect may well be achieved if the radius of the token wall pipe is taken at least twice as large as the radius of the body of the downhole tool. Thus, the contact area of the device with the borehole wall, which is so necessary for high-quality registration of seismic vibrations, will be significantly larger than that of analogues and prototype of the present invention, in which the casing of the device directly contacts the borehole wall. Rigid attachment of shoes to the device body is carried out by means of clamps not shown in the drawings, or by any other known method.

Применение предлагаемого скважинного сейсмического прибора позволяет получать надежные результаты при проведении трехкомпонентных наблюдений в обсаженных и необсаженных глубоких буровых скважинах, диаметр которых существенно превышает диаметры современных скважинных приборов. Использование в качестве башмаков современных органических материалов, прочность которых не уступает прочности стали, а плотность которых во много раз ниже, чем у стали, позволит обеспечивать надежный контакт скважинных приборов со стенкой скважины без существенного увеличения их веса, что весьма существенно при работах с многоточечными зондами ВСП.The use of the proposed borehole seismic device allows to obtain reliable results when conducting three-component observations in cased and uncased deep boreholes, the diameter of which significantly exceeds the diameters of modern downhole tools. The use of modern organic materials as shoes, the strength of which is not inferior to the strength of steel, and whose density is many times lower than that of steel, will ensure reliable contact of downhole tools with the wall of the well without a significant increase in their weight, which is very important when working with multipoint probes VSP.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонентным скважинным сейсмоприемником. - «Геология и геофизика», 1964, №3, с.154-156.1. Voronin Yu.A., Zhadin V.V. On the frequency distortion of a seismic signal during registration by a three-component borehole seismic receiver. - "Geology and Geophysics", 1964, No. 3, p. 154-156.

2. Куповых П.Н., Гогоненков Г.Н., Рябков В.В., Благов В.В. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР №254803, кл. G01V 1/16, 1967 (прототип).2. Kupovy PN, Gogonenkov GN, Ryabkov VV, Blagov VV Downhole seismic device. USSR copyright certificate No. 254803, cl. G01V 1/16, 1967 (prototype).

3. Шехтман Г.А., Каплунов А.И. О влиянии силы прижима скважинных приборов на характер регистрируемых сигналов при вертикальном сейсмическом профилировании (ВСП). - Сб. «Прикладная геофизика», вып.73, 1974.3. Shekhtman G.A., Kaplunov A.I. On the effect of downhole clamping force on the nature of the recorded signals during vertical seismic profiling (VSP). - Sat "Applied Geophysics", issue 73, 1974.

4. Шехтман Г.А., Коробов В.И., Курасов М.И. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР №1073725, кл. G01V 1/40, 1984.4. Shekhtman G.A., Korobov V.I., Kurasov M.I. Downhole seismic device. USSR copyright certificate No. 1073725, cl. G01V 1/40, 1984.

5. Шехтман Г.А., Курасов М.И., Корнилин Б.П. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР №1448902, кл. G01V 1/40, 1986.5. Shekhtman G.A., Kurasov M.I., Kornilin B.P. Downhole seismic device. USSR copyright certificate No. 1448902, cl. G01V 1/40, 1986.

6. Gaiser J.E., Fulp T.J., Petermann S.G., and Karner G.M., 1988, Vertical seismic profile sonde coupling. - Geophysics, vol.53, NO. 2, P.206-214.6. Gaiser J.E., Fulp T.J., Petermann S.G., and Karner G.M., 1988, Vertical seismic profile sonde coupling. - Geophysics, vol. 53, NO. 2, P.206-214.

7. Beydoun W.B., 1984, Seismic tool-formation coupling in boreholes, in Toksöz, M.N., and Stewart, R.R., Eds., Vertical seismic profiling. Part B: Advanced concepts: Geophysical Press, 177-188.7. Beydoun W.B., 1984, Seismic tool-formation coupling in boreholes, in Toksöz, M.N., and Stewart, R.R., Eds., Vertical seismic profiling. Part B: Advanced concepts: Geophysical Press, 177-188.

Claims

A downhole seismic device comprising a sealed housing and a controllable pressure device made in the form of a pressure lever, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements by increasing the reliability of mechanical contact of the device with the well wall, it is aligned with the body from the side opposite to the lever with the body is rigidly attached to one removable shoe, made in the form of a sector of a thin-walled pipe, the outer radius of which is at least twice the radius of the body, or two such shoes are attached different sides of the pressure lever.