Устройство для исследования формаций в земле

1 Настоящее изобретение относится к устройству для исследования формаций в земле. Неинтрузивные способы, такие как сейсмическая разведка обычно применяются для идентификации потенциальных зон, содержащих углеводороды в формациях в земле. При применении таких сейсмических способов на поверхности земли вырабатываются ударные волны, и определяются отражения от различных слоев в земле для получения данных о структуре различных слоев. Сейсмическая технология, однако, ограничена по отношению к пространственной и контрастной разрешающей способности и часто сейсмическая разведка должна дополняться предварительным разведывательным бурением, кроме того, для обеспечения проверочных сведений для подготовки более точных оценок по запасам в данном месте жидких углеводородов, а также восстанавливаемых резервов, требуется проводить последующее оценочное бурение. При разведывательном бурении один или большее количество исследовательских инструментов погружаются в скважину, пробуренную в формации в земле для получения данных по характеристикам этой формации. Во время бурения буровой шлам (т.е. частицы горной породы, которые скалываются во время бурения) транспортируется по направлению вверх на поверхность в потоке бурового раствора, протекающего в кольцевом пространстве между рядом буровых штанг и стенкой скважины. Для предотвращения обсыпания скважины в скважине устанавливается обсадная труба. Такие обычные способы исследования являются дорогостоящими ввиду требования по установке обсадной трубы в скважине для стабилизации скважины, при этом устанавливаются отдельные секции обсадной трубы, вставленные друг в друга в специальные гнезда, причем верхняя секция имеет относительно большой диаметр, а остальные секции ступенчато уменьшаются в диаметре по направлению вниз. Задачей настоящего изобретения является улучшенное устройство для исследования формаций в земле через скважину, выполненную в этой формации, причем благодаря применению этого устройства отпадает необходимость в установке в скважине секций обсадной трубы. В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для исследования,предназначенное для использования в скважине,выполненной в формации в земле, причем это устройство содержит корпус носителя, в котором установлено средство исследования формации в земле и средство для бурения, установленное в передней части устройства, и предназначенное для бурения скважины, средство для передвижения корпуса носителя в скважину в ходе процесса бурения, выполняемое с помощью средства для бурения, и средство для удаления частиц горной породы, получаемых в 2 процессе бурения, в котором средство для удаления частиц горной породы содержит средство для транспортировки этих частиц горной породы в заднюю часть устройства и помещения частиц горной породы в скважине позади задней части устройства. Благодаря размещению бурового шлама в скважине позади устройства больше не требуется транспортировать этот буровой шлам на поверхность в потоке бурового раствора. Поэтому больше не требуется обеспечивать проход для бурового раствора в скважине и, следовательно,нет необходимости устанавливать обсадную трубу в скважине. Кроме того, огромное количество бурового шлама, получаемого при бурении в скважине, снижает проницаемость скважины до достаточно низкого уровня, что предотвращает неконтролируемый выброс жидкого углеводородного вещества на поверхность. Устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для обнаружения нефти или газа разведкой для получения данных о наличии нефти и газа в исследуемых формациях и для выполнения сложных измерений в формации в земле. Для дальнейшего уменьшения связи по давлению между различными слоями в формации в земле и какого-либо из этих слоев с поверхностью устройство соответственно содержит средство для впрыска герметизирующего скважину состава в скважину позади устройства. Такой герметизирующий состав может представлять собой, например, пенопласт или цемент. Для получения информации о положении устройства в формации и для управления устройством при его движении вдоль выбранного маршрута в устройстве соответственно установлен гироскоп. Для полноты описания приводим здесь ссылку на описание американского патента 3 857 289. В этой публикации описано телескопическое устройство по сбору образцов породы грунта, в передней части которого установлена буровая головка, причем это устройство для сбора образцов породы грунта соединено в задней части с рядом буровых штанг, предназначенных для вращения буровой головки. Настоящее изобретение будет более подробно и на примере описано ниже со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором схематично изображен продольный вид сбоку устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство, изображенное на чертеже,имеет корпус 1 носителя, который, по существу,имеет цилиндрическую форму. Корпус 1 носителя включает первое и второе звенья 3, 5, соединенные вместе телескопическим соединительным узлом 7, который выполнен таким образом, что имеет возможность передвигаться из сложенного положения в раздвинутое положение, и с помощью которого между двумя звень 3 ями 3, 5 можно прикладывать толкающую силу при передвижении из сложенного в раздвинутое положение. Первое звено 3 снабжено буровой головкой 9, которая размещена в передней части корпуса 1, которая предназначена для бурения скважины в формации в земле. Буровая головка 9 приводится в движение с помощью электродвигателя, который, в свою очередь, получает питание от перезаряжаемой системы накопления/снабжения энергией (не показана), установленной внутри корпуса 1 носителя. Соответственно, перезаряжаемая система накопления/снабжения энергией включает маховик,приводимый в движение электродвигателем (не показан), для накопления энергии, причем этот маховик может приводить в движение электрогенератор, с помощью которого производится питание электроэнергией. Перезаряжаемая система накопления/снабжения электроэнергией получает электроэнергию через кабель, объединенный с многожильным проводом 15, который намотан на катушку (не показана), установленную внутри второго звена 5, и который проходит через отверстие 15 а в задней части 16 второго звена 5, и который соединен со станцией энергоснабжения (не показана), расположенной в удобном месте. Первое звено 3 имеет упоры 17, 18 для избирательного фиксирования положения первого звена 3 в скважине, и второе звено 5 имеет упоры 19, 20 для избирательного фиксирования положения второго звена 5 в скважине. Каждый упор 17, 18, 19, 20 избирательно может двигаться между радиально убранным положением и радиально выдвинутым положением, и имеет захватывающий профиль (не показан) на внешней поверхности, которая обращена к стенке скважины. Упоры 17, 18, 19, 20 приводятся в движение с помощью электроэнергии, подаваемой от перезаряжаемой системы накопления/снабжения энергии. Корпус 1 носителя дополнительно имеет спиральный винтовой конвейер, выполненный в форме шнеков 22, 24, 26 спирального бура, которые проходят от передней части корпуса 1 носителя к его задней части. Шнеки 22, 24, 26 спирального бура приводятся во вращение относительно продольной оси корпуса 1 носителя с помощью электроэнергии, которая подается от перезаряжаемой системы накопления/снабжения электроэнергии. Исследование каждой формации выполняется с помощью образцов в виде керновых образцов, отбираемых из формации с использованием полого кернового бура 28, установленного в первом звене 3. Керновый бур 28 расположен радиально с возможностью выдвижения в формацию горной породы, в которой бурится скважина для получения керновых образцов из формации горной породы. Устройство 30 для отбора проб жидкости установлено в первом звене 3 и предназначено 4 для отбора проб жидкости, протекающей из формации в земле в скважину. На заданных глубинах скважины свойства эффективного потока в местной шкале формаций вокруг устройства измеряются с помощью определения реакции на давление на стенку скважины при отборе жидкости из формации и последующего обратного впрыска жидкости в формацию. Кроме того, на устройстве установлено средство анализа (не показано) для анализа керновых образцов и образцов жидкости в условиях, господствующих в формации, и средство передачи данных для передачи данных, полученных в результате анализа и измерения давления, на поверхность через волоконнооптическую линию передачи данных, которая установлена внутри многожильного провода 15. При обычной работе устройства, изображенного на чертеже, это устройство пробуривает скважину в формации земли с помощью вращения буровой головки 9. Нормальная работа устройства поясняется с исходной точки, в которой устройство устанавливается в части скважины, уже пробуренной с использованием данного устройства, либо используя любое другое подходящее бурильное устройство. Телескопический соединительный узел 7 устанавливается в сложенном положении. На перезаряжаемую систему накопления/снабжения электроэнергией передано достаточное количество энергии через электрический кабель, расположенный в многопроводном проводе 15, для вращения маховика с большой скоростью. Упоры 17, 18 передвинуты в убранное положение, и упоры 19,20 выдвинуты в выдвинутое положение так, что их захватывающие профили прочно упираются в стенки скважины, чтобы зафиксировать положение второго звена 5 в скважине. Затем происходит бурение следующей части скважины благодаря одновременной передаче энергии вращающегося маховика на двигатель бурильной головки для вращения бурильной головки 9 и постепенного вытягивания телескопического соединительного узла 7 в раздвинутое положение. Благодаря вытягиванию телескопического соединительного узла, звено 3 движется вперед и передает усилие давления на бурильную головку 9, которая, таким образом,прижимается к дну скважины и врезается в формацию горной породы с тем, чтобы пробурить следующую часть скважины. Сила реакции, получаемая в результате приложения усилия давления, передаваемого телескопическим соединительным узлом, передается упорами 19,20 на стенки скважины. Во время бурения следующей части скважины шнеки 22, 24, 26 спирального бура вращаются для переноса бурового шлама в заднюю часть 16 корпуса 1 носителя и для отложения этого шлама в скважине позади корпуса 1 носителя. Многожильный провод 15 остается в неподвижном положении между частицами этого 5 шлама и поэтому не подвергается износу из-за трения. Для начала бурения следующей части скважины на перезаряжаемую систему накопления/снабжения энергией вновь передается достаточное количество энергии через электрический кабель в многожильном проводе 15 с тем,чтобы заставить вращаться маховик с высокой скоростью. Упоры 17, 18 выдвигаются по направлению к стенкам скважины, чтобы зафиксировать положение первого звена 3 в скважине. Затем упоры 19, 20 убираются, и телескопический соединительный узел 7 складывается так,что второе звено 5 движется вперед. Вслед за этим упоры 17, 18 убираются, и упоры 19, 20 вновь выдвигаются по направлению к стенке скважины с тем, чтобы зафиксировать положение второго звена 5 в скважине. Затем проходит бурение следующей части скважины аналогично способу, описанному выше по отношению к предыдущей части скважины. По мере углубления скважины и продвижения устройства вперед к скважине, многожильный провод 15 постепенно разматывается с катушки, помещенной во втором звене 5, так,что этот многожильный провод вытягивается в скважине, при этом не требуется производить какое-либо перемещение этого провода в скважине. Таким образом, скважину проходят с помощью самодвижущегося устройства путем выполняемых друг за другом этапов. Буровой шлам помещается в скважине позади устройства, так что нет необходимости транспортировать этот буровой шлам на поверхность. Многожильный провод 15 остается в неподвижном положении между частицами этого бурового шлама. Главная цель этой процедуры состоит в том, что в данном случае нет необходимости держать скважину открытой, и поэтому не требуется установка обсадной трубы в скважине. Буровой шлам, находящийся в скважине, снижает проницаемость данной скважины в достаточной степени, чтобы предотвратить утечку на поверхность жидкостей из формации, находящихся под высоким давлением, которые часто встречаются во время бурения. На заданных глубинах формации отбираются пробы жидкости, попадающей в скважину,с использованием устройства 30 для отбора проб жидкости, и берутся керновые образцы с использованием кернового бура 28. Пробы жидкостей и керновые образцы анализируются с помощью средства анализа, и полученные данные передаются на поверхность с помощью средства передачи данных через линию передачи данных, расположенную в многожильном проводе 15. Такие данные включают, например,пористость, абсолютную проницаемость, относительную проницаемость, капиллярное давление и накопительную емкость жидких углево 001047 6 дородов, например, исходный и остаточный уровни насыщения нефтью. Устройство 1 может быть запущено с поверхности земли с тем, чтобы оно пробурило всю скважину на требуемую глубину, или в качестве альтернативы, это устройство может быть запущено из установочной станции, которая помещается в скважине, пробуренной ранее. Последний вариант может быть предпочтительным по причине ограниченной длины провода 15, который может быть установлен внутри корпуса 1 носителя, и по причине потребления энергии устройством и низкой скорости бурения. Провод 15 должен использоваться как можно более эффективно, чтобы помещать устройство в то место формации, в получении данных из которого имеется заинтересованность. Кроме того, устройство 1 может быть дополнительно снабжено различными средствами,предназначенными для исследования формации в земле. Например, на устройстве может быть установлен мощный акустический источник для выработки акустических сигналов в формации в земле, и один или большее количество акустических приемников, например, размещенных в задней части устройства и установленных на устройстве для приема акустических отражений от различных слоев формаций в земле, неоднородностей, областей с высокой скоростью, ловушек жидкости и т.д. Кроме того, в данном устройстве может быть установлен датчик температуры и датчик давления жидкости формации. При одновременной работе двух или большего количества устройств, описанных выше, могут быть выполнены акустические интерференционные измерения между устройствами, которые расположены либо в одной и той же скважине, либо в различных скважинах или в ответвлениях скважины. Вследствие этого может быть создано детальное изображение распределения скорости звука в формации между этими устройствами (перекрестная томография скважин). Кроме того, может быть проведена проверка интерференции потока между двумя(или большим количеством) устройств или ответвлениями скважины с помощью одновременного впрыска жидкости из одного устройства в формацию и с отбором жидкости из формации к другим устройствам. Реакция давления на стенки скважины, измеряемая с помощью двух устройств, представляет собой меру свойств эффективного потока в отдельных местах формации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для использования в скважине, выполненной в формации в земле, причем это устройство содержит корпус (1) носителя,на котором установлено средство исследования формации в земле и средство для бурения (9), 7 установленное в передней части устройства и предназначенное для бурения скважины, средство для передвижения корпуса (1) носителя в скважине в ходе процесса бурения, выполняемом с помощью средства для бурения (9), и средство для удаления частиц горной породы,получаемых в процессе бурения, в котором средство для удаления частиц горной породы содержит средство для транспортировки этих частиц горной породы в заднюю часть устройства (22, 24, 26) и помещения частиц горной породы в скважине позади задней части устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что средство для удаления частиц горной породы содержит спиральный винтовой конвейер(22, 24, 26), проходящий, по существу, вдоль средства для бурения в заднюю часть устройства. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что спиральный винтовой конвейер (22, 24, 26) проходит вокруг корпуса (1) носителя. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для впрыска в скважину позади устройства состава, герметизирующего скважину. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство передачи энергии, которое включает кабелепровод (15) для передачи энергии, который последовательно высвобождается из корпуса (1) носителя в скважину по мере того, как корпус носителя продвигается через скважину. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем,что дополнительно содержит перезаряжаемое средство накопления энергии, присоединенное к средству передачи энергии. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем,что перезаряжаемое средство накопления энергии включает маховик, способный снабжать энергией, по меньшей мере, одно средство для 8 бурения (9) и средство для последовательного передвижения корпуса (1) носителя через скважину. 8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что средство для последовательного передвижения корпуса (1) носителя через скважину содержит первое (3) и второе (5) звенья, установленные телескопически в продольном направлении, средства (17, 18, 19, 20) для избирательного фиксирования положения каждого из этих первого и второго звеньев (3 и 5) в скважине и средство для избирательного привода телескопического движения первого и второго звеньев (3 и 5) внутрь и наружу. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем,что средство для избирательного фиксирования положения первого и второго звеньев (3 и 5) в скважине содержит множество упоров (17, 18,19, 20), причем каждый из упоров имеет возможность выдвижения в радиальном направлении по отношению к стенкам скважины, причем каждое из звеньев имеет, по меньшей мере,один из таких упоров. 10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что средство для исследования формации в земле содержит систему отбора,предназначенную для отбора образцов керна из формации горной породы, окружающей скважину, средство анализа образцов керна для получения данных о формации горной породы и средство передачи данных на поверхность. 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что средство исследования формации в земле содержит средство для анализа частиц горной породы, получаемых в процессе бурения грунта.