RU2744328C1

RU2744328C1 - Downhole pore pressure sensor

Info

Publication number: RU2744328C1
Application number: RU2019145495A
Authority: RU
Inventors: Александр Абрамович Гинзбург; Валерий Витальевич Воронин; Владимир Викторович Савосин; Виктор Владимирович Тимков; Софья Николаевна Фирсова; Марина Александровна Гинзбург; Сергей Александрович Фирсов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Газпром"
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-03-05

Abstract

FIELD: measurement.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used to measure variations of porous pressures in soil massif and conversion of obtained measurements into digital code during survey, construction and operation of structures, as well as during monitoring of natural landsliding processes. Downhole pressure sensor of digital pore pressure consists of shell 2 located in well 1, inside of which there installed are pore pressure measurement unit 3, temperature measurement unit 4, time service unit 5, memory unit 6, unit 7 for temperature correction of pressure values, comparing unit 8 with threshold values, warning unit 9 and lightning protection terminal 10. Inputs of pore pressure measurement unit 3 and temperature measurement unit 4 are connected to outputs of time service unit 5, and outputs - to inputs of memory unit 6. Outputs of memory unit 6 are connected to inputs of pressure correction temperature correction unit 7. Output of pressure correction temperature correction unit 7 is connected to input of comparison unit 8 with threshold values. Output of comparison unit 8 with threshold values is connected to input of warning unit 9. Output of notification unit 9 is connected to the input of the lightning protection terminal 10.

EFFECT: higher accuracy of measuring pore pressure of the medium by taking into account the effect of temperature changes and the delay effect of the effects of temperature variations.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения вариаций поровых давлений в грунтовом массиве и преобразования полученных измерений в цифровой код в период изысканий, строительства и эксплуатации сооружений, а также при мониторинге природных оползневых процессов. Скважинный датчик порового давления цифровой (ДПДЦ) может применяться в автоматизированных системах мониторинга опасных геологических процессов с целью раннего предупреждения о начале события, которое может привести к катастрофическим последствиям, и принятия необходимых мер, уменьшающих величину возможного ущерба от таких событий.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to measure variations in pore pressure in the soil mass and convert the obtained measurements into a digital code during the period of surveying, construction and operation of structures, as well as when monitoring natural landslide processes. A downhole digital pore pressure sensor (DPPC) can be used in automated systems for monitoring hazardous geological processes in order to provide early warning of the onset of an event that can lead to catastrophic consequences, and to take the necessary measures to reduce the amount of possible damage from such events.

Известен скважинный датчик, содержащий полый цилиндрический металлический корпус с расположенным в его полости датчиком термоанемометра, в котором часть его наружной поверхности со стороны открытого окончания выполнена конической и установлена в скважинном приборе через электрический изолятор в виде усеченного конуса из материала с высокой механической прочностью и малой диэлектрической проницаемостью, остальная наружная поверхность корпуса покрыта диэлектрическим слоем, устойчивым к воздействию агрессивной скважинной среды, во внутреннем объеме корпуса дополнительно установлен акустический датчик, в виде полого цилиндрического пьезоэлемента с обеспечением жесткого механического контакта с внутренней поверхностью корпуса и электрической изоляции от него, при этом датчик термоанемометра также электрически изолирован от корпуса, корпус подключен к электрической схеме как один из электродов цилиндрического проточного конденсатора (см. патент RU №2384699, Е21В 47/10, 2008).Known downhole sensor containing a hollow cylindrical metal body with a hot-wire anemometer located in its cavity, in which part of its outer surface from the open end is made conical and installed in a downhole tool through an electrical insulator in the form of a truncated cone made of material with high mechanical strength and low dielectric permeability, the rest of the outer surface of the body is covered with a dielectric layer resistant to the effects of an aggressive downhole environment, an acoustic sensor is additionally installed in the inner volume of the body, in the form of a hollow cylindrical piezoelectric element providing rigid mechanical contact with the inner surface of the body and electrical insulation from it, while the sensor is a hot-wire anemometer It is also electrically isolated from the body, the body is connected to the electrical circuit as one of the electrodes of a cylindrical flow-through capacitor (see patent RU No. 2384699, E21B 47/10, 2008).

Недостатком данного устройства является низкая достоверность измерения порового давления.The disadvantage of this device is the low reliability of pore pressure measurement.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для сбора данных о скважинных характеристиках в процессе выполнения операции бурения посредством скважинного бурового инструмента, расположенного в стволе скважины, имеющем давление в кольцевом пространстве ствола скважины и проходящем через подземный пласт, имеющий поровое давление, при этом скважинный инструмент выполнен с возможностью пропускания бурового раствора, проходящего через него так, что в нем создается внутреннее давление, между внутренним давлением и давлением в кольцевом пространстве создается перепад давлений, причем устройство содержит удлинитель, выполненный с возможностью соединения в рабочем положении с бурильной колонной бурового инструмента и имеющий выполненный в нем промывочный канал для пропускания бурового раствора через него, отверстие, проходящее в напорную камеру, сообщенную по текучей среде с промывочным каналом и/или стволом скважины, поршень, установленный с возможностью смещения в напорной камере, имеющий шток, проходящий от него в отверстие удлинителя, и выполненный с возможностью смещения в закрытое положение под действием увеличения перепада давлений и в открытое положение под действием уменьшения перепада давлений так, что в закрытом положении шток заполняет отверстие, а в открытом положении, по меньшей мере, часть штока втянута в камеру так, что в отверстии образуется полость для приема скважинной текучей среды, и датчик, расположенный в штоке и предназначенный для сбора данных из скважинной текучей среды, находящейся в полости (см. патент RU №2330158, Е21В 47/06, 2004).The closest in technical essence to the proposed invention is a device for collecting data on well characteristics in the process of performing a drilling operation by means of a downhole drilling tool located in the wellbore having pressure in the annular space of the wellbore and passing through an underground formation having pore pressure, while the downhole tool is configured to pass the drilling fluid passing through it so that internal pressure is created in it, a pressure difference is created between the internal pressure and the pressure in the annular space, and the device contains an extension, configured to be connected in the working position with the drill string of the drilling tool and having a flushing channel made therein for passing drilling mud through it, an opening passing into a pressure chamber in fluid communication with the flushing channel and / or a wellbore, a piston installed with a possible displacement in the pressure chamber, having a rod extending from it into the hole of the extension, and made with the possibility of displacement to the closed position under the action of an increase in the pressure difference and to the open position under the action of a decrease in the pressure difference so that in the closed position the rod fills the hole, and in open position, at least part of the stem is retracted into the chamber so that a cavity is formed in the hole for receiving wellbore fluid, and a sensor located in the stem and designed to collect data from the wellbore fluid in the cavity (see. patent RU No. 2330158, E21B 47/06, 2004).

Недостатком данного устройства является низкая достоверность измерения порового давления за счет отсутствия учета изменений температуры и сложности использования устройства для измерений в режиме мониторинга.The disadvantage of this device is the low reliability of pore pressure measurement due to the lack of taking into account temperature changes and the complexity of using the device for measurements in the monitoring mode.

Техническим результатом является повышение достоверности измерения порового давления среды за счет учета влияния изменения температуры и эффекта запаздывания воздействий вариаций температуры.The technical result is to increase the reliability of measuring the pore pressure of the medium by taking into account the effect of temperature changes and the effect of lagging the effects of temperature variations.

Технический результат достигается в скважинном датчике порового давления цифровом, включающем снаряд, внутри которого установлены блок измерения порового давления, блок измерения температуры, блок службы времени, блок памяти, блок температурной коррекции значений давления, блок сравнения с пороговыми значениями, блок оповещения и терминал грозозащиты, при этом входы блока измерения порового давления и блока измерения температуры соединены с выходами блока службы времени, а выходы - с входами блока памяти, выходы которого соединены с входами блока температурной коррекции значений давления, выход которого соединен с входом блока сравнения с пороговыми значениями, выход которого соединен с входом блока оповещения, выход которого соединен с входом терминала грозозащиты.The technical result is achieved in a downhole digital pore pressure sensor, which includes a projectile, inside which a pore pressure measurement unit, a temperature measurement unit, a time service unit, a memory unit, a temperature correction unit for pressure values, a comparison unit with threshold values, a notification unit and a lightning protection terminal are installed. the inputs of the pore pressure measurement unit and the temperature measurement unit are connected to the outputs of the time service unit, and the outputs are connected to the inputs of the memory unit, the outputs of which are connected to the inputs of the temperature correction unit for pressure values, the output of which is connected to the input of the comparison unit with threshold values, the output of which is connected to the input of the notification unit, the output of which is connected to the input of the lightning protection terminal.

Блоки измерения температуры 4, службы времени 5, памяти 6, температурной коррекции значений давления 7 и сравнения с пороговыми значениями 8 обеспечивают учет влияния изменений температуры среды и учет времени запаздывания влияний изменений температуры, что повышает достоверность измерения порового давления.The units for measuring temperature 4, time service 5, memory 6, temperature correction of pressure values 7 and comparison with threshold values 8 ensure that the influence of changes in the temperature of the medium is taken into account and the time delay for the effects of changes in temperature is taken into account, which increases the reliability of measuring the pore pressure.

Скважинный датчик порового давления цифровой поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид датчика.The downhole digital pore pressure sensor is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a general view of the sensor.

Скважинный датчик порового давления цифровой состоит из расположенного в скважине 1 снаряда 2, внутри которого установлены блок 3 измерения порового давления, блок 4 измерения температуры, блок 5 службы времени, блок 6 памяти, блок 7 температурной коррекции значений давления, блок 8 сравнения с пороговыми значениями, блок 9 оповещения и терминал грозозащиты 10. Входы блока 3 измерения порового давления и блока 4 измерения температуры соединены с выходами блока 5 службы времени, а выходы - с входами блока 6 памяти. Выходы блока 6 памяти соединены с входами блока 7 температурной коррекции значений давления. Выход блока 7 температурной коррекции значений давления соединен с входом блока 8 сравнения с пороговыми значениями. Выход блока 8 сравнения с пороговыми значениями соединен с входом блока 9 оповещения. Выход блока 9 оповещения соединен с входом терминала грозозащиты 10. Выход терминала грозозащиты 10 через расположенную вне скважины 1 систему вспомогательных блоков (коммутационная коробка 11, батарея резервного питания 12, АС/ДС преобразователя 13, датчик несанкционированного доступа 14 и блок сбора и передачи данных 15) соединен с сервером системы мониторинга.The digital borehole pore pressure sensor consists of a drill 2 located in the well 1, inside of which a pore pressure measurement unit 3, a temperature measurement unit 4, a time service unit 5, a memory unit 6, a temperature correction unit 7 of pressure values, a comparison unit 8 with threshold values are installed , a warning unit 9 and a lightning protection terminal 10. The inputs of the pore pressure measurement unit 3 and the temperature measurement unit 4 are connected to the outputs of the time service unit 5, and the outputs to the inputs of the memory unit 6. The outputs of the memory unit 6 are connected to the inputs of the unit 7 for temperature correction of pressure values. The output of the block 7 for temperature correction of pressure values is connected to the input of the block 8 for comparison with threshold values. The output of the block 8 of comparison with threshold values is connected to the input of the block 9 of the notification. The output of the warning unit 9 is connected to the input of the lightning protection terminal 10. The output of the lightning protection terminal 10 through the system of auxiliary units located outside the well 1 (switch box 11, backup battery 12, AC / DC converter 13, unauthorized access sensor 14 and data collection and transmission unit 15 ) is connected to the monitoring system server.

Скважинный датчик порового давления цифровой работает следующим образом.Downhole digital pore pressure sensor works as follows.

Блок 3 измеряет поровое давление, привязанное к текущему значению времени с помощью блока 5 службы времени. Блок 4 измеряет температуру, также привязанную к текущему значению времени с помощью блока 5 службы времени. Сигналы об измеренных значениях порового давления и температуры поступают, соответственно, на первый и второй входы блока 6 памяти. Из блока 6 памяти оба сигнала поступают на входы блока 7 температурной коррекции значений давления. В блоке 7 проводится корреляционный анализ изменений порового давления и температуры с учетом времени запаздывания влияний изменений температуры.Block 3 measures the pore pressure linked to the current time value using block 5 of the time service. Block 4 measures the temperature, also linked to the current time value, using block 5 of the time service. Signals about the measured values of pore pressure and temperature are fed, respectively, to the first and second inputs of the memory unit 6. From the memory unit 6, both signals are fed to the inputs of the unit 7 for temperature correction of pressure values. In block 7, a correlation analysis of changes in pore pressure and temperature is carried out, taking into account the lag time of the effects of temperature changes.

Откорректированные значения изменений порового давления поступают затем в блок 8, где они сравниваются с пороговыми значениями порового давления, хранящимися в памяти блока 8. При превышении порового давления порогового значения на блок оповещения 9 поступает сигнал тревоги, который после прохождения блока 10 грозозощиты и расположенную вне скважины 1 систему вспомогательных блоков (коммутационная коробка 11, батарея резервного питания 12, АС/ДС преобразователя 13, датчик несанкционированного доступа 14 и блок сбора и передачи данных 15) вместе со значениями измеренного порового давления поступает на сервер системы мониторинга.The corrected values of changes in pore pressure are then sent to block 8, where they are compared with the threshold values of pore pressure stored in the memory of block 8. When the pore pressure of the threshold value is exceeded, an alarm signal is sent to the notification unit 9, which, after passing through the block 10 of the lightning shield and located outside the well 1 system of auxiliary units (switch box 11, backup battery 12, AC / DC converter 13, unauthorized access sensor 14 and data collection and transmission unit 15), together with the measured pore pressure values, is sent to the monitoring system server.

Предложенный скважинный датчик порового давления цифровой повышает достоверность получаемой информации о величине вариаций порового давления, связанных с геофизическими процессами в среде, включая процессы подготовки оползневых эффектов, и уменьшая вероятность прямого влияния изменения температуры среды с учетом эффектов запаздывания воздействий вариаций температуры. Это позволяет уменьшить риск выдачи ложной информации об изменении порового давления, не связанного с геолого-механическими процессами во вмещающей породе.The proposed downhole digital pore pressure sensor increases the reliability of the information obtained on the magnitude of pore pressure variations associated with geophysical processes in the environment, including the preparation of landslide effects, and reducing the likelihood of a direct effect of a change in the temperature of the medium, taking into account the effects of lagging effects of temperature variations. This makes it possible to reduce the risk of giving false information about changes in pore pressure not related to geological and mechanical processes in the host rock.

Claims

Downhole digital pore pressure sensor, including a projectile, inside which a pore pressure measurement unit, a temperature measurement unit, a time service unit, a memory unit, a temperature correction unit for pressure values, a comparison unit with threshold values, a notification unit and a lightning protection terminal are installed, while the unit inputs pore pressure measurements and the temperature measuring unit are connected to the outputs of the time service unit, and the outputs are connected to the inputs of the memory unit, the outputs of which are connected to the inputs of the temperature correction unit for pressure values, the output of which is connected to the input of the comparison unit with threshold values, the output of which is connected to the input of the unit notification, the output of which is connected to the input of the lightning protection terminal.