Объединенная система каротажа и бурения

1 Настоящее изобретение касается системы для бурения и каротажа ствола скважины, образованного в земной формации. Кроме того, изобретение касается колонны бурильных труб,колонны каротажных приборов и каротажной переходной муфты для использования вместе с системой по изобретению. В патенте США 5589825 раскрыта система, при помощи которой колонну каротажных приборов опускают по продольному каналу для текучей среды в колонне бурильных труб до тех пор, пока каротажный прибор не расположится напротив ряда окон, выполненных в стенке колонны бурильных труб. Каротажные сигналы проходят от каротажного прибора через окна в земную формацию. Из-за ограниченного размера окон этой известной системы может быть получена только ограниченная каротажная информация. Кроме того, для этой системы требуется точное расположение каротажного прибора относительно окон. В патенте США 3112442 раскрыта система, при помощи которой каротажный прибор проходит по каналу для текучей среды в колонне бурильных труб, пока ряд электродов прибора не пройдет через насадки для текучей среды бурового долота ниже бурового долота. Электроды имеют ограниченный размер и ограниченную способность для излучения и приема каротажных сигналов. Другой недостаток этой системы состоит в том, что такое прохождение электродов через насадки может быть затруднено из-за формы и направления насадок. Кроме того, в случае, если нижняя концевая часть колонны бурильных труб содержит оборудование скважинных исследований в процессе бурения(СИПБ) или гидравлический забойный двигатель, опускание колонны каротажных приборов к буровому долоту становится практически невозможным. Целью настоящего изобретения является создание системы для бурения и каротажа ствола скважины, образованного в земной формации, устраняющей недостатки известных систем, являющейся прочной и обеспечивающей адекватную каротажную информацию, не препятствуя буровым работам. Другой целью настоящего изобретения является создание колонны бурильных труб для использования вместе с системой по изобретению. Дополнительной целью настоящего изобретения является создание колонны каротажных приборов для использования вместе с системой по изобретению. Еще одной целью настоящего изобретения является создание каротажной переходной муфты для использования вместе с системой по изобретению. В соответствии с изобретением, создана система для бурения и каротажа ствола скважины, образованного в земной формации, содер 003807 2 жащая колонну бурильных труб, снабженную внешней выемкой, проходящей в продольном направлении колонны бурильных труб, канал для протекания бурового раствора от верхнего конца колонны бурильных труб к ее нижнему концу, проход, обеспечивающий жидкостную связь между каналом и выемкой, колонну каротажных приборов, способную проходить по указанному каналу и из него через проход в выемку, и смещаемый запорный элемент, приспособленный для селективного закрывания прохода. Опуская колонну каротажных приборов по указанному каналу и смещая запорный элемент,колонну каротажных приборов можно перемещать через проход во внешнюю выемку, где колонна каротажных приборов становится незащищенной внешней частью колонны бурильных труб. Затем в колонне каротажных приборов осуществляется проведение каротажных измерений, после чего колонну каротажных приборов возвращают в указанный канал колонны бурильных труб. Важное преимущество системы по изобретению состоит в том, что выемка может быть расположена выше оборудования колонны бурильных труб, находящегося в компоновке нижней части бурильной колонны,типа оборудования СИПБ или забойного двигателя для приведения в действие бурового долота, так что опускание колонны каротажных приборов не будет затруднено присутствием такого оборудования. Колонна каротажных приборов снабжена соединительным средством для селективного соединения колонны каротажных приборов с запорным элементом. Соединительное средство предпочтительно образует вторичное соединительное средство, а запорный элемент снабжен первичным соединительным средством для селективного подсоединения запорного элемента к колонне бурильных труб. В предпочтительном варианте осуществления колонна бурильных труб снабжена направляющим средством для направления запорного элемента вдоль выемки в ее продольном направлении. Направляющее средство включает пару, по существу, параллельных краев, проходящих в продольном направлении колонны бурильных труб, и каждый край образует переход между наружной поверхностью колонны бурильных труб и выемкой. Далее изобретение будет описано более подробно и посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 схематично изображает колонну бурильных труб, применяемую в варианте осуществления системы согласно изобретению; фиг. 1 А схематично изображает каротажную переходную муфту варианта осуществления, показанного на фиг. 1; 3 фиг. 2 схематично изображает поперечное сечение по линии 2-2 фиг. 1 А; фиг. 3 схематично изображает поперечное сечение по линии 3-3 фиг. 1 А; фиг. 4 схематично изображает деталь фиг. 1 А,при помощи которой колонну каротажных приборов опускают в каротажную переходную муфту; фиг. 5 схематично изображает каротажную переходную муфту фиг. 1 А, при помощи которой колонну каротажных приборов опускают дальше; фиг. 6 схематично изображает поперечное сечение по линии 6-6 фиг. 5; фиг. 7 схематично изображает поперечное сечение по линии 7-7 фиг. 5. На чертежах одинаковые ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам. На фиг. 1 показана колонна 1 бурильных труб, проходящая от буровой установки 2 на поверхности 3 земли в ствол 4 скважины, образованный в земной формации 5. Колонна 1 бурильных труб имеет буровое долото 6, смонтированное на ее нижнем конце, и продольный канал (не показан) для протекания бурового раствора из буровой установки 2 к буровому долоту 6. Нижняя концевая часть колонны 1 бурильных труб включает множество обычных переходных муфт колонны бурильных труб (не показанных) и каротажную переходную муфту 8, расположенную между верхней частью 10 колонны 1 бурильных труб и нижней частью 12 колонны 1 бурильных труб. Нижняя часть 12 колонны 1 включает забойный двигатель (не показанный) для приведения в действие бурового долота 6. На фиг. 1 А, 2 и 3 более подробно показана каротажная переходная муфта 8, содержащая верхний соединитель 14 для подсоединения каротажной переходной муфты 8 к верхней части 10 колонны бурильных труб и нижний соединитель 16 для подсоединения каротажной переходной муфты 8 к нижней части 12 колонны бурильных труб. Продольный канал колонны 1 бурильных труб проходит через каротажную переходную муфту 8 в форме канала 18, проходящего через каротажную переходную муфту 8 по всей ее длине. Каротажная переходная муфта 8 снабжена выемкой 20, проходящей в ее продольном направлении, и проходом 22. Проход 22 находится в прямой жидкостной связи с выемкой 20 и каналом 18 через высверленное отверстие 23, выполненное в каротажной переходной муфте 8. Выемка 20 образует пару, по существу, параллельных краев 24 а, 24b, проходящих в продольном направлении колонны 1 бурильных труб, каждый край 24 а, 24b образует переход между наружной поверхностью колонны 1 бурильных труб и выемкой 20. В проходе 22 размещен смещаемый запорный элемент 24. На фиг. 4 показан детализированный чертеж каротажной переходной муфты 8, включающей проход 22 и запорный элемент 24. За 003807 4 порный элемент 24 содержит вставку 26 в форме усеченного конуса, для обеспечения возможности удаления вставки 26 из прохода 22 в ее наружном направлении. Проход 22 и вставка 26 имеют соответствующие дополнительные поверхности 28, 28' соприкосновения. Направляющий элемент 29 соединен со вставкой 26 с его стороны, обращенной к выемке 20. Направляющий элемент 29 ниже будет описан более подробно со ссылкой на фиг. 7. Кроме того, запорный элемент 24 содержит первичное блокировочное устройство 30, включающее стойку 32, проходящую в высверленное отверстие 23. Стойка 32 близко к своему верхнему концу снабжена кольцевой выемкой 34. Цилиндрический корпус 36 подсоединен к вставке 26 посредством резьбового соединения 8 и концентрически проходит вокруг стойки 32 с кольцевым зазором 40 между корпусом 36 и стойкой 32. Цилиндрическая втулка 42 проходит в кольцевом зазоре 40, способна скользить вдоль стойки 32 и смещается от вставки 26 пружиной 44. Корпус 36 удерживает четыре металлических запирающих шарика 46, которые входят в четыре запирающие выемки 48, предусмотренные в стенке высверленного отверстия 23. Втулка 42 снабжена четырьмя освобождающими выемками 50, внутри которых помещаются запирающие шарики 46, когда втулка 42 смещается на достаточное расстояние против действия пружины 44. Для большей ясности показаны только два запирающих шарика 46, две запирающие выемки 48 и две освобождающие выемки 50. Колонна 52 каротажных приборов проходит от поверхности через продольный канал 18 в высверленное отверстие 23 и включает набор каротажных приборов (упоминаемых ниже),блок питания (не показанный) и электронное запоминающее устройство (не показанное). Колонну 52 каротажных приборов монтируют из множества взаимно вращающихся секций 53,способных проходить по каналу 18 и из него через высверленное отверстие 23 в выемку 20. Колонна 52 каротажных приборов включает вторичное блокировочное устройство 54, смонтированное на нижнем конце колонны 52 каротажных приборов и имеющее внутреннее пространство 55 круглого поперечного сечения и с диаметром, соответствующим полному диаметру стойки 32, так что стойка 32 входит без зазора во внутреннее пространство 55. Вторичное блокировочное устройство 54 снабжено внутри четырьмя замковыми защелками 56 (из которых показаны только две), способными поворачиваться относительно поворотных точек 57. Пружина 58 намотана вокруг замковых защелок 56 таким образом, чтобы смещать концевые части замковых защелок 56, обращенные к стойке 32, по направлению друг к другу. Кроме того, вторичное блокировочное устройство 54 снабжено посадочным элементом 59, проходя 5 щим во внутреннее пространство 55 и имеющим посадочную поверхность 60, выполненную так,что когда стойка 32 проходит во внутреннее пространство и соприкасается с посадочной поверхностью 60, замковые защелки 56 оказываются в кольцевой выемке 34 стойки 32. Помимо этого, вторичное блокировочное устройство 54 имеет нижнюю торцевую поверхность 62, расположенную на расстоянии в продольном направлении от посадочной поверхности 60 так,что когда посадочная поверхность 60 соприкасается со стойкой 32, нижняя торцевая поверхность 62 смещает втулку 42 в положение, при котором освобождающие выемки 50 располагаются напротив соответственных запирающих шариков 46. На фиг. 5, 6, 7 показана каротажная переходная муфта 8, посредством которой колонна 52 каротажных приборов проходит из канала 18 через высверленное отверстие 23 в выемку 20. Колонна 52 каротажных приборов включает вставку 26 и прибор 64 плотностного каротажа,смещаемый относительно стенки буровой скважины скважинным профиломером (каверномером) 66, уплотняющий элемент 68 и гидравлический нагнетающий переходник 70. Гидравлический нагнетающий переходник 70 расположен в канале 18 и приспособлен для нагнетания колонны 52 каротажных приборов через бурильную колонну 1 в каротажную переходную муфту 8, а уплотняющий элемент 68 расположен в высверленном отверстии 23 и приспособлен тем самым уплотнять высверленное отверстие 23. На фиг. 7 показана вставка 26 с направляющим элементом 29. Как показано, направляющий элемент 29 соединяет промежуток между краями 24 а, 24b и имеет противоположные торцевые поверхности в форме, по существу дополняющей форму краев 24 а, 24b так, чтобы обеспечить возможность направлять направляющий элемент 29 в продольном направлении вдоль краев 24 а, 24b, в то же время предотвращая, по существу, радиальное перемещение относительно каротажной переходной муфты 8. Во время нормального режима работы колонна бурильных труб функционирует с целью бурения нового отрезка ствола скважины (не показанного). При бурении втулка 42 смещается пружиной 44 в местоположение, показанное на фиг. 4, так что запирающие шарики 46 загоняются втулкой 42 в соответствующие запирающие выемки 48, предусмотренные в стенке высверленного отверстия 23, вследствие чего блокируя вставку 26 в каротажной переходной муфте 8. После того, как бурение отрезка ствола скважины завершено, колонну 52 каротажных приборов опускают по каналу 18 колонны 1 бурильных труб посредством перемещения нагнетающего переходника 70 в нисходящем направлении по каналу 18 до тех пор, пока вторичное блокировочное устройство 54 не перейдет в вы 003807 6 сверленное отверстие 23. После этого колонну 52 каротажных приборов дополнительно опускают так, чтобы стойка 32 расположилась в пространстве 55 и вошла в соприкосновение с посадочной поверхностью 60 посадочного элемента 59. Одновременно с этим нижняя торцевая поверхность 62 вторичного блокировочного устройства толкает втулку 42 против силы пружины 44, пока освобождающая выемка 50 не расположится напротив соответствующих запирающих шариков 46. В этом положении втулка 42 больше не толкает запирающие шарики 46 в запирающие выемки 48, так что вставка 26 освобождается от каротажной переходной муфты 8. Одновременно замковые защелки 56 захватываются кольцевой выемкой 34 стойки 32 и вследствие этого замыкают колонну 52 каротажных приборов с вставкой 26. После этого колонну 52 каротажных приборов с замкнутой в ней вставкой 26 опускают дальше через выемку 20, посредством чего направляющий элемент 29 направляется в продольном направлении вдоль краев 24 а, 24b и предотвращается от радиального перемещения относительно каротажной переходной муфты 8. Опускание колонны 52 каротажных приборов останавливается, когда уплотняющий элемент 68 располагается в высверленном отверстии 23 и вследствие этого уплотняет высверленное отверстие 23. Затем прибор 64 плотностного каротажа функционирует с целью проведения каротажного измерения, посредством чего каротажные данные записываются в электронном запоминающем устройстве. После завершения каротажа колонну 52 каротажных приборов поднимают до тех пор,пока вставка 26 не войдет в проход 22. Затем колонну 52 каротажных приборов поднимают дальше, вследствие чего отпирая замковые защелки 56 из кольцевой выемки 34 и позволяя втулке 42 скользить вдоль стойки 32 от вставки 26 под действием пружины 44. Втулка 42 при этом удерживает запирающие шарики 46 в соответствующих запирающих выемках 48, так что вставка 26 блокируется с каротажной переходной муфтой 8 и закрывает проход 22. Затем можно бурить следующий отрезок ствола скважины и проводить исследования вышеописанным способом, или, в случае необходимости, колонну 1 бурильных труб можно извлекать на поверхность. Вместо опускания колонны каротажных приборов методом нагнетания, колонну можно опускать посредством талевых канатов или комбинации талевых канатов и метода нагнетания. Подъем колонны каротажных приборов можно выполнять с помощью талевых канатов,реверсивного нагнетания (то есть, откачивая текучую среду из кольцевого зазора между колонной бурильных труб и стенкой или обсадной колонной ствола скважины в бурильную колонну) или комбинации этих методов. 7 Каротажные данные, хранящиеся в электронном запоминающем устройстве, можно извлекать после извлечения колонны каротажных приборов на поверхность, после извлечения на поверхность колонны бурильных труб с содержащейся в ней колонной каротажных приборов или посредством передачи каротажных данных из электронного запоминающего устройства на поверхность, используя подходящее средство передачи сигналов, в то время как колонна каротажных приборов находится в скважине. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для бурения и каротажа ствола скважины, образованного в земной формации,содержащая колонну бурильных труб, снабженную внешней выемкой, проходящей в продольном направлении колонны бурильных труб, канал для протекания бурового раствора от верхнего конца колонны бурильных труб к ее нижнему концу, проход, обеспечивающий жидкостную связь между каналом и выемкой, колонну каротажных приборов, способную проходить по указанному каналу и из него через проход в выемку, и смещаемый запорный элемент, приспособленный для селективного закрывания прохода. 2. Система по п.1, в которой колонна каротажных приборов снабжена соединительным средством для селективного соединения колонны каротажных приборов с запорным элементом. 3. Система по п.2, в которой соединительное средство образует вторичное соединительное средство, а запорный элемент снабжен первичным соединительным средством для селективного присоединения запорного элемента к колонне бурильных труб. 4. Система по п.3, в которой первичное соединительное средство включает первичное блокировочное устройство для блокировки запорного элемента с колонной бурильных труб. 5. Система по любому из пп.2-4, в которой соединительное средство включает вторичное блокировочное устройство для блокировки ко Фиг. 1 8 лонны каротажных приборов с запорным элементом. 6. Система по п.5, зависимому от п.4, в которой первичное и вторичное блокировочные устройства способны разблокировать запорный элемент от колонны бурильных труб при блокировке колонны каротажных приборов с запорным элементом. 7. Система по любому из пп.2-6, в которой колонна бурильных труб снабжена направляющим средством для направления запорного элемента вдоль выемки в ее продольном направлении. 8. Система по п.7, в которой направляющее средство включает пару, по существу, параллельных краев, проходящих в продольном направлении колонны бурильных труб, и каждый край образует переход между наружной поверхностью колонны бурильных труб и выемкой. 9. Система по любому из пп.1-8, в которой колонна каротажных приборов включает, по меньшей мере, один каротажный прибор и заглушку, приспособленную закрывать проход при прохождении каждого каротажного прибора из канала для бурового раствора через проход в выемку. 10. Система по любому из пп.1-9, в которой колонна бурильных труб включает каротажную переходную муфту, в которой образована упомянутая выемка. 11. Система по п.10, в которой каротажная переходная муфта снабжена каналом для бурового раствора для протекания через него бурового раствора из канала колонны бурильных труб к нижнему концу колонны бурильных труб. 12. Колонна каротажных приборов для использования с системой по любому из пп.1-11. 13. Колонна бурильных труб для использования с системой по любому из пп.1-11. 14. Каротажная переходная муфта для использования с системой по п.10 или 11.