Устройство каротажа перфорационных отверстий и способ

011190 Объект настоящего изобретения относится к работам по перфорированию. Более конкретно, настоящее изобретение относится к оптимизации характеристик законченных перфорированием скважин. Уровень техники После выбуривания ствола скважины внутрь нефтегазоносного пласта, скважину заканчивают при подготовке к добыче. Для заканчивания скважины в ствол скважины вводят обсадную колонну (нижнюю трубу обсадной колонны), обычно стальную. После того как обсадная колонна введена в ствол скважины, ее затем цементируют на месте, закачивая цемент в зазор между обсадной колонной и буровой скважиной (в затрубное пространство). Причин, чтобы делать это, имеется много, но в основном польза от обсадной колонны заключается в гарантии целостности ствола скважины, то есть после этого он не обрушивается. Другая причина, по которой ствол скважины обсаживают, заключается в изоляции различных геологических зон, например нефтеносной зоны, от нежелательной водоносной зоны. Поместив обсадную колонну в ствол скважины и осуществив цементирование обсадной колонны к стволу скважины,а затем избирательно выполнив отверстия в обсадной колонне, можно эффективно изолировать определенные участки геологической среды, например, для исключения совместной выработки воды и нефти. Процесс избирательного выполнения отверстий в обсадной колонне и цементе с тем, чтобы нефть и газ могли вытекать из пласта в ствол скважины и в конечном итоге на поверхность, обычно известен как перфорирование. Один общеизвестный способ осуществления его заключается в спуске перфорирующей пушки в ствол скважины на каротажном кабеле или тонком кабеле-тросе до требуемой глубины и затем подрыве кумулятивного заряда, закрепленного на корпусе пушки. Кумулятивный заряд создает отверстие в прилегающей обсадной колонне ствола скважины и пласте за обсадной колонной. Это отверстие известно как перфорационное отверстие. В патенте США 5816343, переуступленном Schlumberger Technology Corporation, включенном в настоящую заявку во всей его полноте посредством ссылки,рассмотрены перфорирующие системы из известного уровня техники. Чтобы оптимизировать характеристики законченной перфорированием скважины, необходимо знать подробности поведения законченной скважины. Например, полезно знать, какие перфорационные отверстия являются фонтанирующими и какие не являются вследствие таких обстоятельств, как закупорка пласта обломками породы или обрушение туннеля. Кроме того, полезно знать, какие флюиды вытекают из отдельных перфорационных отверстий и какие туннели являются выносящими песок вместе с углеводородами. Если подробности поведения отдельных перфорационных отверстий известны, могут быть соответствующим образом приняты меры по устранению неблагоприятных условий. Для ряда участков скважины имеется относящаяся к рассматриваемому вопросу нефтепромысловая техника. Например, на интервалах открытого ствола скважины часто регистрируют изображения, используя такие устройства, как ультразвуковой скважинный формирователь изображений (то есть используя акустические импульсы), микросканер пласта (то есть измеритель электрического удельного сопротивления) и устройство GeoVision для измерения удельного сопротивления. Однако эти устройства неприменимы в условиях обсаженного ствола. В обсаженных стволах каверномеры Кинли или аналогичные устройства используют для формирования карт повреждений или отверстий в обсадной колонне путем использования механических мерных ножек в качестве чувствительных элементов. Кроме того, для наблюдения перфорационных отверстий в обсаженных стволах могут быть использованы скважинные видеокамеры, но скважина должна быть остановлена (или почти остановлена) и заполнена отфильтрованной жидкостью, чтобы камеры могли быть эффективными. В обсаженных стволах могут быть использованы устройства каротажа температуры и каротажа добычи, но они не имеют азимутальной чувствительности и имеют разрешение по глубине,недостаточное для выявления проблем, связанных с отдельными перфорационными отверстиями. Следовательно, существует необходимость в наблюдении за поведением отдельных перфорационных отверстий в обсаженном стволе. Сущность изобретения Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предложено устройство для выявления поведения перфорационных отверстий в обсадной колонне ствола скважины. Предусмотрена группа датчиков, которая является подвижной во внутреннем проходе (диаметре) обсадной колонны ствола скважины. Группа датчиков состоит из одного или нескольких датчиков, расположенных вблизи внутренней поверхности обсадной колонны и выполнена с возможностью получения результата измерения, характеризующего свойства потока в азимутальном или радиальном направлении относительно оси ствола скважины. Датчики могут быть установлены непосредственно на корпусе устройства. Однако предпочтительно устанавливать их так, чтобы не было препятствия потоку через перфорационное отверстие в ствол скважины. Более предпочтительно устанавливать датчики на сетчатую или клеточную конструкцию,имеющую наружный диаметр, близкий к внутреннему диаметру обсаженного ствола скважины. В качестве альтернативы датчики могут быть установлены на рычагах, выдвигающихся из корпуса устройства,как в каверномере. При обоих вариантах размещения отдельные датчики находятся в непосредственной близости от перфорационных отверстий в обсадной колонне ствола скважины. Если датчики, используемые в целях-1 011190 настоящего изобретения, имеют направленную чувствительность, их ориентируют азимутально по радиальному направлению. В других случаях предпочтительные датчики, используемые в настоящем изобретении, представляют собой локальные зонды. Согласно варианту изобретения могут иметься отводящие поток поверхности, которые отклоняют поток с азимутального направления на осевое направление, задаваемое ориентацией основной оси ствола скважины. Отводящая поверхность может дополнительно, по меньшей мере, частично или временно изолировать поток, проходящий через ближайшие перфорационные отверстия, от основного потока через ствол скважины. В этом варианте датчики размещены в непосредственной близости от отводящей поверхности, но могут иметь ориентацию по осевому направлению. Предпочтительные датчики этого изобретения включают в себя датчики, выполненные с возможностью анализирования характеристик потока, таких как объем, скорость и состав потока. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предложен способ выявления поведения перфорационных отверстий в обсадной колонне ствола скважины. Способ содержит этапы, при выполнении которых: перемещают группу датчиков, имеющую один или несколько датчиков,расположенных вблизи внутренней поверхности обсадной колонны, во внутреннем проходе (диаметре) обсадной колонны; принимают основанные на местоположении данные с одного или нескольких датчиков и отображают основанные на местоположении данные. Эти и другие объекты изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания не создающих ограничения примеров и чертежей. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан перспективный вид возможной геометрии группы датчиков согласно варианту осуществления настоящего изобретения; на фиг. 2 - пример карты данных, являющейся результатом применения предпочтительной группы датчиков; на фиг. 3 - вид варианта осуществления настоящего изобретения, в котором группа датчиков установлена на закрытом каркасе; на фиг. 4 - вид еще одного варианта осуществления настоящего изобретения, в котором группа датчиков установлена на закрытом каркасе; и на фиг. 5 - вид еще одного варианта осуществления настоящего изобретения, в котором датчики установлены на множестве рычагов, выдвигающихся из корпуса устройства. Подробное описание Согласно изобретению предусмотрено устройство для наблюдения за поведением отдельных перфорационных отверстий, посредством которого обеспечиваются измерения с высоким пространственным разрешением. Для обеспечения азимутального охвата в настоящем изобретении использована группа небольших датчиков, которую перемещают по стволу скважины для получения охвата по направлению оси. С учетом геометрии группы и ее скорости в скважине массив изменяющихся во времени сигналов с группы датчиков преобразуется в карту свойств перфорационных отверстий. На фиг. 1 показана возможная геометрия согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Группа датчиков, обозначенная в целом позицией 10, показана во внутреннем проходе обсадной колонны 12 и содержит множество сенсорных колец 14, имеющих некоторое количество датчиков 16,расположенных на них. Согласно показанному варианту осуществления на каждом из шести сенсорных колец 14 расположены двенадцать датчиков 16. Каждое сенсорное кольцо 14 повернуто на 10 относительно сенсорного кольца 14, находящегося ниже, в результате чего по каждому из тридцати шести азимутов обсаженной скважины выборка осуществляется дважды, чтобы получать избыточность результатов измерений на случай отказа датчика 16. Необходимо осознавать, что в зависимости от задаваемого разрешения может быть предусмотрена группа 10 датчиков с любым числом датчиков 16, любым числом сенсорных колец 14 и любым числом возможных ориентаций датчиков 16. Все такие варианты остаются в пределах объема настоящего изобретения. Предпочтительно, чтобы диаметр группы 10 датчиков был близок к внутреннему диаметру обсадной колонны 12. Предпочтительно, чтобы датчики 16 находились на расстоянии в пределах нескольких миллиметров от внутренней периферии. Для обеспечения нахождения датчиков в непосредственной близости к внутренней периферии обсадной колонны 12 предпочтительно, чтобы каркас 18, на котором установлена группа 10 датчиков, был гибким и способным принимать форму внутреннего прохода обсадной колонны 12. Каркас 18 может быть, например, проволочной сеткой или расширяемой/сжимаемой сеткой. В качестве альтернативы группа 10 датчиков может быть установлена на нерасширяющейся центрированной оправке. Хотя установка группы 10 на центрированной оправке приведет к намного меньшему пространственному разрешению, группа 10 будет обеспечивать устойчивую к ошибкам работу. Поскольку датчики 16 помещены в непосредственной близости к внутренней периферии обсадной колонны 12, в отдельных случаях может быть необходимо защищать датчики 16 от повреждения, возникающего, например, в результате выплеска из перфорационного отверстия, образования накипи или коррозии. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения такая защита обеспечивается-2 011190 размещением защитных колец вокруг каждого датчика 16. Предпочтительно, чтобы датчики 16, используемые в группе 10 датчиков согласно настоящему изобретению, были небольшими и быстродействующими. Необходимо осознавать, что можно использовать ряд датчиков 16. Одним примером типового датчика 16 является тепловой пленочный датчик потока. В датчике этого типа небольшой электрический ток используют для нагревания термочувствительного резистивного элемента. Флюид, протекающий мимо элемента, охлаждает его, изменяя его электрические характеристики. Датчиками такого типа содействуют определению перфорационных отверстий,которые в скважине являются фонтанирующими, что делает возможным принятие целенаправленных мер по устранению последствий. Еще одним примером типового датчика 16, предназначенного для использования в настоящем изобретении, является датчик температуры, такой как миниатюрные термопары, термисторы или платиновые термометры сопротивления. Для примера, эти датчики температуры могут быть использованы в сочетании с исследованиями приемистости скважины, чтобы обнаруживать, где флюид принимается и извлекается, или чтобы идентифицировать источник пластового флюида. Еще одним примером типового датчика 16, предназначенного для использования в настоящем изобретении, является датчик удельной проводимости или диэлектрической постоянной флюида. Датчики этих типов могут быть использованы для контроля тока, протекающего между омываемыми потоком электродами, или емкости между ними. Зарегистрированные данные будут облегчать принятие решения относительно того, какие слои в пласте являются преимущественно водоносными, а не содержащими углеводороды. Дальнейшие примеры типовых датчиков 16 включают в себя, но без ограничения ими, датчики вязкости и/или плотности флюида с использованием устройств на основе микроэлектромеханических систем; химические датчики для обнаружения сульфида водорода; и пьезоэлектрические или аналогичные детекторы ударного воздействия для обнаружения ударов песчаных зерен в скважине, в которую поступает песок. Все типовые датчики 16 из приведенных выше примеров могут быть изготовлены очень небольшого размера. Поэтому согласно варианту осуществления настоящего изобретения датчики 16 сгруппированы на одном кристалле, так что датчики 16 можно без труда удалять и заменять в группе 10 датчиков. В основном датчики 16 используют для обнаружения изменений параметров по мере того, как их перемещают мимо перфорационных отверстий в обсадной колонне 12. По существу, время отклика и локализация являются более важными, чем точность. Поэтому нет необходимости в том, чтобы посредством датчиков 16 обеспечивались точные значения потока, температуры и т.д. Однако в вариантах осуществления, где такая точность измерений необходима, в группу 10 датчиков могут быть помещены соответствующие датчики 16. Для иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения в процессе использования рассмотрим группу 10 датчиков из фиг. 1, в которой датчики 16 представляют собой тепловые пленочные зонды каротажа скорости флюида, чувствительные к изменениям скорости. По мере того как группу 10 датчиков перемещают по обсадной колонне 12 скважины, каждый датчик 16 подвергается воздействию общего потока флюида вдоль скважины, который должен является относительно постоянным. Всякий раз, когда датчик 16 проходит мимо фонтанирующего перфорационного отверстия, он несколько охлаждается потоком, и для этого места посредством него регистрируется полуколичественный сигнал. После прохождения фонтанирующего перфорационного отверстия датчик 16 возвращается в нагретое состояние. При условии, что каждый датчик 16 отслеживается индивидуально, таким путем может быть построена карта местоположений фонтанирующих перфорационных отверстий. На фиг. 2 представлен пример карты данных, полученной в результате использования приведенной в качестве примера группы 10 датчиков. Группа 10, с помощью которой получены данные, имела одно кольцо 14 (нулевая избыточность) с тридцатью шестью тепловыми пленочными датчиками по окружности обсадной колонны 12 и вытягивалась с глубины 5010 футов до глубины 5000 футов в фонтанирующей скважине с фазированными через 60 перфорационными отверстиями, при шести прострелах на каждом футе. Каждой трассой 20 на фиг. 2 представлен временной отклик каждого датчика 16. Трасса 20 сохранялась неизменной за исключениям случаев, когда поток из перфорационного отверстия охлаждал датчик 16. Как показано кружком 22 на фиг. 2, трассы 20 свидетельствуют о наличии нефонтанирующего перфорационного отверстия на глубине 5007,5 футов. В до сих пор рассматривавшихся вариантах осуществления каркас 18, на котором установлена группа 10 датчиков, представлял собой открытую структуру. Иначе говоря, открытый каркас 18 обеспечивает возможность сквозного протекания флюида, так что поток из перфорационных отверстий не задерживается. Однако иногда может быть выгодно иметь закрытый каркас 18, которым предотвращается протекание флюида сквозь него. На фиг. 3 и 4 представлены иллюстративные примеры настоящего изобретения, в которых группа 10 датчиков установлена на закрытом каркасе 18. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 3, датчики 16 установлены на наружной поверхности 26 одного или нескольких цилиндрических поясов 24, и их опускают в забой скважины на приспособлении, таком как центрированная оправка.-3 011190 Один или несколько поясов 24 имеют наружный диаметр 28, который несколько меньше, чем внутренний диаметр 30 обсадной колонны 12, и, для примера, могут быть выполнены из тонкого металла. Когда один или несколько поясов 24 проходят мимо фонтанирующего перфорационного отверстия, флюид не может протекать сквозь пояса 24, а отводится в сторону, направляясь, по существу, параллельно внутренней поверхности 32 обсадной колонны 12 и наружной поверхности 26 одного или нескольких поясов 24 (как показано стрелками 34). Отклонение потока флюида приводит к тому, что поток находится в течение большего времени вблизи датчиков 16, следствием чего является более надежное считывание данных. Кроме того, отклонение содействует изоляции потока из перфорационного отверстия от основного потока в стволе скважины, для которого характерна тенденция примешиваться и делать незаметными потоки из отдельных перфорационных отверстий. Еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором группа 10 датчиков установлена на закрытом каркасе 18, показан на фиг. 4. Согласно этому варианту осуществления датчики 16 размещены на перекрывающихся изогнутых листах 36, закрепленных на рычагах 38, которых спускают в ствол скважины на приспособлении, таком как центрированная оправка. В этой конфигурации перекрывающиеся изогнутые листы 36 обеспечивают возможность легкого свертывания группы 10 датчиков для облегчения прохождения по обсадной колонне 12. В зависимости от свойств и расположения датчиков 16 может быть один набор перекрывающихся изогнутых листов 36 или может быть множество перекрывающихся изогнутых листов 36, закрепленных по длине приспособления. Еще один вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 5. Согласно этому варианту осуществления датчики 56 размещены на множестве (показаны только два) рычагов 58, которые при работе выдвинуты из корпуса 51 устройства. Корпус 51 перемещают в стволе скважины, используя транспортировочное приспособление 511, которым может быть каротажный кабель, гибкая насоснокомпрессорная труба, бурильная колонна или любое другое подходящее транспортировочное устройство. В этой конфигурации выдвигающиеся рычаги 58 обеспечивают возможность легкого складывания датчиков 56 для облегчения прохождения по обсадной колонне 52 и подведения в непосредственную близость к перфорационным отверстиям 53. Датчики 56 показаны ориентированными таким образом, что их чувствительные поверхности направлены к потоку из перфорационных отверстий и в меньшей степени подвергаются воздействию основного потока. Направления соответствующих потоков показаны стрелками. Согласно варианту изобретения непоказанному ради простоты датчики 56 помещены в защитный кожух, так что при работе рычаги 58 могут быть выдвинуты до внутренней стенки обсадной колонны 52 без опасности повреждения датчиков. Хотя изобретение было описано применительно к примерам вариантов осуществления, рассмотренным выше, при ознакомлении с этим раскрытием для специалистов в данной области техники должны быть очевидны многочисленные эквивалентные модификации и варианты. Поэтому примеры вариантов осуществления изобретения, изложенные выше, должны рассматриваться как иллюстративные, а не как ограничивающие. Различные изменения к описанным вариантам осуществления могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для выявления поведения перфорационных отверстий в обсадной колонне ствола скважины, при этом обсадная колонна ствола скважины имеет внутреннюю поверхность, задающую внутренний диаметр, содержащее группу датчиков, подвижную во внутреннем диаметре обсадной колонны, при этом группа датчиков имеет один или несколько датчиков, расположенных вблизи внутренней поверхности обсадной колонны, причем датчики расположены или ориентированы так, что свойства потока из ближайшего перфорационного отверстия можно отличить от свойств основного потока через ствол скважины, в котором группа датчиков установлена на гибком каркасе, способном приспосабливаться к внутреннему диаметру обсадной колонны. 2. Устройство по п.1, в котором каркас представляет собой проволочную сетку. 3. Устройство по п.1, в котором каркас представляет собой расширяемую сетку. 4. Устройство по п.1, в котором группа датчиков установлена на центрированной оправке. 5. Устройство по п.1, в котором группа датчиков установлена на закрытом каркасе, посредством которого предотвращается протекание флюида сквозь него. 6. Устройство по п.5, в котором закрытый каркас содержит один или несколько цилиндрических поясов. 7. Устройство по п.5, в котором закрытый каркас содержит один или несколько перекрывающихся изогнутых листов. 8. Устройство по п.1, дополнительно содержащее защитное кольцо, помещенное вокруг одного или нескольких датчиков. 9. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков сгруппированы на одном кристалле.-4 011190 10. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков представляют собой тепловые пленочные датчики потока. 11. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков представляют собой датчики температуры. 12. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков представляют собой датчики удельной проводимости флюида. 13. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков представляют собой датчики диэлектрической постоянной. 14. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков выбираются из датчиков вязкости,датчиков плотности, химических датчиков и пьезоэлектрических датчиков. 15. Устройство по п.1, в котором группа датчиков содержит одно или несколько сенсорных колец,имеющих один или несколько датчиков, расположенных на них. 16. Устройство по п.15, в котором каждое из одного или нескольких сенсорных колец повернуто относительно соседнего сенсорного кольца. 17. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков установлены на выдвижных рычагах. 18. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков выполнены с возможностью обнаружения локальных свойств. 19. Устройство по п.1, в котором один или несколько датчиков имеют направленную чувствительность и ориентированы так, что воспринимают поток, входящий в ствол скважины из перфорационного отверстия. 20. Устройство по п.19, имеющее отводящие поток поверхности, которые ориентированы так, что поток, входящий в ствол скважины из перфорационного отверстия, направляется на один или несколько датчиков. 21. Устройство по п.20, в котором отводящая поток поверхность отделяет, по меньшей мере, частично поток, входящий в ствол скважины из перфорационного отверстия, от основного потока через ствол скважины. 22. Способ выявления поведения перфорационных отверстий в обсадной колонне ствола скважины,при этом обсадная колонна ствола скважины имеет внутреннюю поверхность, задающую внутренний диаметр, заключающийся в том, что перемещают группу датчиков во внутреннем диаметре обсадной колонны, при этом группа датчиков имеет один или несколько датчиков, расположенных вблизи внутренней поверхности обсадной колонны, причем датчики расположены или ориентированы так, что свойства потока из ближайшего перфорационного отверстия можно отличить от свойств основного потока через ствол скважины; принимают основанные на местоположении данные с одного или нескольких датчиков и отображают основанные на местоположении данные.