RU2748175C1 - Borehole seismic device - Google Patents

Abstract

FIELD: borehole seismic exploration.

SUBSTANCE: invention relates to the field of borehole seismic exploration, it can be used in carrying out works by the method of vertical seismic profiling (VSP) and other methods that require reliable contact of the borehole device with the well wall. In a borehole seismic device containing a sealed case and a controlled pressure device made in the form of a pressure lever, a removable shoe made in the form of a plate in the form of a hexagon extended along the case is rigidly fixed to the case from the side opposite to the lever, coaxially with the case, while the width of the plate exceeds the diameter of the case. Thus, the contact area of the borehole device with the well wall increases compared to the contact area of the device without a shoe, which significantly improves the quality of seismic records. Because the upper and lower parts of the plate have the shape of triangles facing their vertices to the ends of the borehole device, there is no danger of jamming the device in the well, as well as its stop on the irregularities of the wellbore when it is submerged to the required depth.

EFFECT: increased reliability of the contact of the borehole device with the medium while eliminating the danger of the device moving in the well caused by the protrusions of the borehole.

2 cl, 3 dwg

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. Кроме того, его можно использовать во всех других методах геофизических исследований в скважинах, в которых измерения проводят при условии надежного контакта скважинного прибора со стенкой скважины.The invention relates to the field of borehole seismic exploration and can be used when carrying out work by the method of vertical seismic profiling (VSP) and other methods that require reliable contact of the downhole tool with the borehole wall. In addition, it can be used in all other well logging methods in which measurements are carried out under the condition of reliable contact of the downhole tool with the borehole wall.

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 carrying out work in boreholes using the VSP method, one of the main conditions for obtaining high-quality results is reliable mechanical contact of the downhole tool with the borehole wall, which eliminates the distorting effect on the seismic record of such noises as cable waves and resonant mechanical vibrations. In case of non-rigid contact of the downhole tool with the borehole wall, there may be slippage of the tool relative to the borehole wall in the process of receiving elastic vibrations, as well as rotational vibrations relative to the line of contact of the tool body with the borehole wall. When the rigidity of the clamping device is not high enough, both slippage and parasitic resonant longitudinal, as well as rotational, oscillations can be observed simultaneously, the latter being most noticeable on the records of horizontal seismic receivers 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 non-rigid clamping element, as well as two rigidly attached to the device support, through which it is pressed against the borehole wall. The presence of two supports in the device, spaced around the circumference of the probe, eliminates the resonant nature of seismic recording distortions caused by rotational vibrations of the downhole tool in the horizontal plane (Voronin and Zhadin, 1964). The main disadvantage of this tool is the inefficiency of the supports rigidly attached to the tool body in cases where the borehole diameter significantly exceeds the diameter of the downhole tool. The base of contact of the downhole tool with the borehole wall may be insufficient to prevent parasitic rotational vibrations. Moreover, with a small diameter of the downhole tool, the area of its contact with the borehole wall is small, which leads to the fact that the resonant frequency of parasitic oscillations at the tool-borehole 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). At the same time, the situation is contradictory, since the diameter of the device and its mass tend to be minimal precisely so that the natural frequency of oscillations of the device is outside the operating frequency band (Shekhtman and Kaplunov, 1974).

Известен 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 пробор к стенке скважины или освобождать его (Авт. свид. СССР SU №254803, 1967).Known downhole seismic device containing a sealed housing and a controlled clamping device made in the form of a lever associated with a power rod. In this device, the torque from the electric motor is transmitted through the gearbox to the lead screw, which, while rotating, is screwed into the power rod or unscrewed from it. The power rod is fixed against rotational movement by the short arm of the pressure lever. The rotation of the screw is converted into a translational movement of the power rod, and the movement of the rod is converted into a deflection movement of the long arm of the lever. By reversing the electric motor, it is possible to press the parting against the borehole wall or to release it during well development (USSR Inventor's Certificate SU 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 from parasitic rotational vibrations caused by an insufficiently large value of rolling friction at the contact of the tool with the borehole wall. Insufficiently high reliability of the mechanical contact of the tool with the borehole wall leads to distortion of the seismic record, which is especially noticeable in three-component observations.

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.Known downhole seismic device with a controlled clamping device in the form of a clamping lever, in which an additional clamping lever is installed, and the axes 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, allows you to effectively suppress parasitic rotational vibrations. However, the disadvantage of the tool is a significant complication of its design, as well as the impossibility of ensuring its reliability and feasibility in downhole tools of small diameter. In addition, in difficult wellbore areas, the clamping force provided by the contacting of the clamping arm ends can be unreliable due to the presence of cavities and borehole irregularities.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является скважинный сейсмический прибор, в котором содержится герметичный корпус, прижимной рычаг и, по меньшей мере, один съемный башмак, жестко прикрепленный к корпусу со стороны, противоположной прижимному рычагу (Патент РФ №2503978). В нем башмак выполнен в виде тонкой пластины с возможностью ее изгибания под действием усилия от прижимного рычага, при этом ширина пластины превышает диаметр прибора, а ее длина соизмерима с длиной прибора. По разные стороны от прижимного рычага в приборе могут быть прикреплены два съемных башмака.The closest analogue (prototype) to the proposed technical solution is a downhole seismic instrument, which contains a sealed body, a pressure arm and at least one removable shoe rigidly attached to the body from the side opposite to the pressure arm (RF Patent No. 2503978). In it, the shoe is made in the form of a thin plate with the possibility of bending it under the action of the force from the pressure lever, while the width of the plate exceeds the diameter of the device, and its length is commensurate with the length of the device. Two detachable shoes can be attached to either side of the pressure arm in the instrument.

Основной недостаток известного устройства состоит в том, что верхняя и нижняя кромки пластин, существенно выступающих в обе стороны от корпуса прибора, могут задевать за неровности ствола скважины, препятствуя проведению спуско-подъемных операций. В результате этого скважинный прибор невозможно бывает опустить на нужную глубину, а при подъеме прибора при зацеплении башмака за неровность стенки скважины может даже произойти авария с потерей дорогостоящей аппаратуры.The main disadvantage of the known device is that the upper and lower edges of the plates, significantly protruding to both sides of the tool body, can touch the borehole irregularities, preventing tripping operations. As a result of this, the downhole tool cannot be lowered to the required depth, and when the tool is lifted when the shoe engages with the unevenness of the borehole wall, an accident may even occur with the loss of expensive equipment.

Цель изобретения - повышение надежности проведения спуско-подъемных операций в скважине при работах со скважинным сейсмическим прибором, к которому прикреплены башмаки, улучшающие контакт прибора со стенкой скважины.The purpose of the invention is to improve the reliability of round-trip operations in a well when working with a downhole seismic instrument, to which shoes are attached, which improve the contact of the instrument with the borehole wall.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинном сейсмическом приборе, содержащем герметичный корпус, управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, и, по крайней мере, один съемный башмак в виде тонкой пластины, жестко прикрепленный к корпусу со стороны, противоположной рычагу, пластина имеет вид шестиугольника, вытянутого вдоль оси прибора. Башмаков в приборе может быть два, причем крепят их по разные стороны от прижимного рычага.This goal is achieved by the fact that in a downhole seismic device containing a sealed housing, a controllable clamping device made in the form of a clamping lever, and at least one removable shoe in the form of a thin plate, rigidly attached to the housing on the side opposite to the lever, the plate has the form of a hexagon elongated along the axis of the device. There can be two shoes in the device, and they are fastened on different sides of the pressure lever.

Изобретение поясняется чертежом, где на рис. 1 приведена схема скважинного сейсмического прибора; на рис. 2 - разрез А-А на рис. 1, на рис. 3 приведен башмак в форме шестиугольника, вытянутого вдоль оси скважинного прибора.The invention is illustrated by a drawing, where in Fig. 1 shows a diagram of a downhole seismic instrument; in fig. 2 - section A-A in Fig. 1, fig. 3 shows a shoe in the form of a hexagon, elongated along the axis of the downhole tool.

Прибор содержит корпус 1, съемные башмаки 2, ходовой винт 3, штифт 4, прижимной рычаг 5, ось вращения прижимного рычага 6. На рис. 2 в одном из сечений скважинного прибора показаны корпус прибора 1 и съемный башмак 2.The device contains a housing 1, removable shoes 2, a lead screw 3, a pin 4, a clamping lever 5, an axis of rotation of a clamping lever 6. In fig. 2, in one of the sections of the downhole tool, the body of the tool 1 and the removable shoe 2 are shown.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При поступательном перемещении вниз силового штока 3 штифт 4 действует на короткое плечо прижимного рычага 5. При вращении прижимного рычага относительно оси вращения 6 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. Усилие, обеспечиваемое прижимным рычагом, передается через опоры на стенку скважины таким образом, что горизонтальные составляющие этого усилия, направленные 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. Форма башмака, взятая в виде шестиугольника, вытянутого вдоль оси скважинного прибора (рис. 3), исключает любые ступенчатые выступы за пределами диаметра скважинного прибора, и тем самым исключается опасность зацепления прибора за неровности внутренней поверхности скважины.When the power rod 3 moves forward, the pin 4 acts on the short arm of the pressure lever 5. When the pressure lever is rotated about the axis of rotation 6 under the action of a downward force acting on the short arm of the lever, the end of the long arm of the lever is deflected to the side until located on the opposite side of the body of the tool, the shoes 2 will not press securely against the borehole wall. The force provided by the clamping arm is transmitted through the supports to the borehole wall in such a way that the horizontal components of this force, directed in the opposite direction, prevent the appearance of parasitic rotational vibrations of the tool relative to the lines of contact with the borehole wall. This increases the likelihood of a sufficiently reliable contact with the environment, and, consequently, the quality of the seismic survey material increases. The shape of the shoe, taken in the form of a hexagon elongated along the axis of the downhole tool (Fig. 3), excludes any stepped protrusions outside the diameter of the downhole tool, and thus eliminates the risk of the tool catching on irregularities in the inner surface of the well.

Жесткое крепление башмаков к корпусу прибора осуществляется посредством хомутов, не показанных на приведенных чертежах, или любым иным известным способом.Rigid fastening of the shoes to the body of the device is carried out by means of clamps, not shown in the given drawings, or by any other known method.

Существенные преимущества предлагаемого устройства от известных аналогов и прототипа состоят в следующем:The essential advantages of the proposed device over the known analogs and prototype are as follows:

1. Обеспечивая в точках приема такой же надежный контакт со стенкой скважины, как и известные устройства, предлагаемый скважинный сейсмический прибор позволяет беспрепятственно осуществлять спуско-подъемные операции в скважине без риска совершить аварию из-за зацепления прикрепленных к нему башмаков за неровности ствола скважины.1. Providing at the receiving points the same reliable contact with the borehole wall, as well as the known devices, the proposed downhole seismic device allows to easily carry out trips in the well without the risk of an accident due to the hooked shoes attached to the borehole irregularities.

2. Устройство обладает практически такой же обтекаемой формой, как и гладкие скважинные приборы без прикрепленных к ним хомутов, однако площадь контакта со стенкой скважины такая же, как и у приборов с большим диаметром, а вес -гораздо меньше.2. The device has almost the same streamlined shape as smooth downhole tools without clamps attached to them, however, the contact area with the borehole wall is the same as for tools with a large diameter, and the weight is much less.

Применение предлагаемого скважинного сейсмического прибора позволяет получать надежные результаты при проведении трехкомпонентных наблюдений в обсаженных и необсаженных 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 instrument allows obtaining reliable results when conducting three-component observations in cased and uncased 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 that of steel, and the density of which is many times lower than that of steel, will ensure reliable contact of downhole tools with the borehole wall without a significant increase in their weight, which is very important when working with multipoint probes. VSP.

Работоспособность предлагаемого устройства подтверждена исследованиями ВСП, выполненными в России в одной из глубоких скважин. Существенно, что при этом спуск приборов беспрепятственно осуществляли до забоя, в то время как спуск приборов с башмаками в виде прямоугольных пластин, как это предлагается в прототипе, был невозможен на глубину более 500 м из-за выступов внутри обсаженной скважины.The performance of the proposed device is confirmed by VSP studies carried out in Russia in one of the deep wells. It is essential that in this case, the devices were launched without hindrance to the bottom, while the devices with shoes in the form of rectangular plates, as proposed in the prototype, were not possible to run to a depth of more than 500 m due to protrusions inside the cased well.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:INFORMATION SOURCES:

1. Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонентным скважинным сейсмоприемником. - «Геологияи геофизика», 1964, №3, с. 154-156.1. Voronin Yu.A., Zhadin V.V. On frequency distortions of a seismic signal during registration with 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 SU №254803, кл. G01V 1/16, 1967 (прототип).2. Kupovykh PN, Gogonenkov GN, Ryabkov VV, Blagov VV. Downhole seismic instrument. USSR author's certificate SU No. 254803, class. 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 influence of the downhole tool clamping force on the nature of the recorded signals during vertical seismic profiling (VSP). - Sat. "Applied Geophysics", vol. 73, 1974.

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

5. Шехтман Г.А., Касимов А.Н.-О. Скважинный сейсмический прибор. Патент RU №2503978, кл. G01V 1/40, опубл. 10.01.2014, Бюл. №1.5. Shekhtman G.A., Kasimov A.N.-O. Downhole seismic instrument. Patent RU No. 2503978, cl. G01V 1/40, publ. 01/10/2014, Bul. # 1.

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

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

MN, and Stewart, RR, Eds., Vertical seismic profiling, Part B: Advanced concepts: Geophysical Press, 177-188.

Claims (2)

1. Скважинный сейсмический прибор, содержащий герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, и, по крайней мере, один съемный башмак в виде тонкой пластины, жестко прикрепленной к корпусу со стороны, противоположной рычагу, отличающийся тем, что пластина выполнена в виде шестиугольника, вытянутого вдоль оси прибора.1. A downhole seismic instrument comprising a sealed housing and a controllable clamping device made in the form of a clamping lever, and at least one removable shoe in the form of a thin plate rigidly attached to the housing from the side opposite to the lever, characterized in that the plate is made in the form of a hexagon elongated along the axis of the device. 2. Скважинный сейсмический прибор по п. 1, отличающийся тем, что в нем по разные стороны от прижимного рычага закреплены два съемных башмака.2. The downhole seismic device according to claim 1, characterized in that two removable shoes are fixed in it on opposite sides of the clamping arm.

Images