Методи визначення технічного стану свердловин

1. Визначення викривлення свердловин (інклінометрія)

2. Вимірювання діаметру свердловин (кавернометрія)

3. Визначення якості цементування обсадної колони радіоактивним і акустичними методами

Крім вивчення розрізу порід, які розкриваються свердловиною, фахівці промислової геофізики виконують роботи, пов’язані з дослідженнями технічного стану експлуатаційних свердловин і тих, що знаходяться у стадії буріння.

При контролі технічного стану свердловин вимірюють її зенітний кут і азимут (інклінометрія), середній діаметр (кавернометрія) і відстань від осі приладу до стінки свердловини (профілеметрія), температуру (термометрія), питомий электричний опір бурового розчину (резистивиметрія), визначають висоти підйому цементу в затрубному просторі свердловини і його якість (контроль цементування) за даними кривих акустичного і гамма-гамма-каротажу і ін. При розробці родовища реєструють швидкості переміщення рідини по свердловині (витратометрія), в'язкість заповнюючої рідини (віскозиметрія), вміст води в останній (вологометрія), тиск по стовбуру (барометрія) і ін.

1. Визначення викривлення свердловин (інклінометрія)

Інклінометрія – це вимірювання кутів викривлення бурової свердловини.

У проекті свердловина передбачається вертикальною чи влаштованою у заданому направленні (похило-направлені). Направлене буріння необхідне тоді, коли продуктивний пласт необхідно відкрити у точці, проекцію якої зміщено відносно гирла свердловини. Це буває необхідним при кущовому бурінні (рис.15.1, а); у випадку, коли неможливо розташувати обладнання безпосередньо над об’єктом буріння (рис.15.1, б); а також при розкриванні стрімко падаючих пластів (рис.15.1, в).

При бурінні вертикальних свердловин за рахунок згину бурильних труб і розкриття пластів різної твердості, які залягають під кутом до горизонталі, виникає відхилення стовбура свердловини від вертикалі, що називають викривленням свердловини. Інформацією про фактичне положення стовбура свердловини необхідно володіти технологам, щоб попередити ускладнення, які можуть виникнути у таких випадках при бурінні.

Положення свердловини в просторі визначається її глибиною і двома кутовими параметрами – зенітним і азимутним кутами.

Зенітний кут (або кут викривлення δ) (рис.15.2, а) – це кут між віссю свердловини і вертикаллю.

Азимутний кут (або дирекційний кут β) (рис.15.2, б) – це кут між напрямом на північ (по ходу годинникової стрілки) і горизонтальною проекцією свердловини.

Іноді удаються до такого терміну як кут нахилу свердловини – це кут, що доповнює зенітний до 90°.

Знати кути викривлення необхідно, щоб правильно визначити, в якій точці простору свердловина перетинає корисну копалину, на якій дійсній глибині, щоб по видимій потужності розрахувати істинну, тобто щоб не допустити помилок при підрахунку запасів. Прилади для вимірювання викривлення свердловин називаються інклінометрами.

Викривлення свердловини визначається вимірами положення у просторі вісі свердловини, які прямують один за другим. У межах кожного відрізку вісь свердловини вважають за пряму лінію. Виміри проводять за точками. Відстань між якими (крок вимірів) приймають для вертикальних свердловин рівним 25 м, а для похило-спрямованих – 5 м.

Рис. 15.1.Приклади застосування нахилено-напрямленого буріння:

а – кущове буріння; б – розробка пласта під перепоною; в – розробка крутопадаючого пласта під надвигом.

а

Рис. 15.2. Проекція ділянки стовбура свердловини на вертикальну (а) та горизонтальну (б) площини

Каротаж просторового положення свердловини – це проектування її траєкторії на горизонтальну і вертикальну площини. У практиці робіт для обслуговування нафтогазових свердловин широко використовуються інклінометри з дистанційним електричним вимірюванням показників, у яких використовуються градуйовані електричні опори. Найбільшого розповсюдження набули електроінклінометри з датчиком азимутного кута у вигляді бусолі з магнітною стрілкою.

Принципову схему інклінометра наведено на рис.15.3. Основною вимірювальною частиною інклінометрів є рамка, що обертається, з показником кута (виском) і показником азимута (бусоллю) викривлення стовбура свердловини.

Рамку закріплено на керну – 9 і підшипнику – 1, вона вільно обертається. Вісь обертання рамки співпадає з головною віссю приладу, яка паралельна вісі свердловини. Центр ваги рамки завдяки грузилу – 16 зміщений з її вісі так, що площина рамки завжди розташована перпендикулярно до площини викривлення свердловини.

Рис.15.3.Схема вимірювальної частини інклінометру: 1-підшипник, 2-контактні кільця, 3 – колектор; 4 – магнітна стрілка; 5 – контактна стрілка бусолі; 6 – кільцевий реохорд азимута; 7 – токопровідне контактне кільце азимутів; 8 – вістря; 9 – керно, 10 – грузило бусолі; 11 – дугоподібний важіль азимута; 12 – висок; 13 – стрілка виска; 14 – токопровідний провід показника кута; 15 – кутовий реохорд; 16 – грузило

Показник азимута складається з магнітної стрілки – 4, насадженої на вістря – 8, і додаткової контактної стрілки – 5. Під магнітною стрілкою розміщується колодка з кільцевим азимутальним реохордом – 6 і струмопровідним контактним кільцем – 7. Показник азимуту завжди займає таке положення, коли вістря магнітної стрілки встановлюється вертикально, а колодка з реохордом – горизонтально.

Основною частиною показника кута відхилення є висок – 12 з’єднаний зі стрілкою – 13. Площина коливання виска і стрілки співпадає з площиною викривлення. Паралельно кривій, за якою переміщується кінець стрілки, встановлено кутовий реохорд. При вимірах кінець стрілки з’єднує одну з точок реохорда зі струмопровідним проводом – 14. Принципові електричні схеми інклінометрів наведені на рис.15.4.

Рис.15.4.Принципові електричні схеми інклінометрів: а – живлення змінним і постійним струмами; б – живлення постійним струмом; в – спрощена схема

Кожух інклінометра виготовляється з немагнітного металу і розрахований на тиск у 100 МПа. Інклінометр на 3/4 заповнений керосином.

За даними інклінометрії будують план свердловини за магнітним меридіаном (рис.15.5,а) і профіль свердловини (рис.15.5, б).

Окрім електроінклінометрів, є ще так звані одноразові інклінометри. Ці інклінометри також мають бусоль і схил, але їх положення просто фіксується в приладі за допомогою годинникового механізму і визначається візуально після витягання приладу зі свердловини. Одноразові інклінометри вільно опускають в свердловину і через деякий час витягують за допомогою бурового інструменту. Вимірювання проводяться силами бурової бригади без залучення геофізичної служби.

Інклінометри з магнітною стрілкою не придатні для вимірювань в обсаджених свердловинах або свердловинах, що перетинають магнітні руди.

У таких випадках використовують гіроскопічні інклінометрами. У цих приладах датчиком азимута служить розкручений гиромотор – гіроскоп, урівноважений в карданному підвісі. Урівноважений, тобто підвішений за центр тяжіння, гіроскоп володіє властивістю зберігати постійною орієнтування осі свого обертання. Як магнітна стрілка дивиться північним кінцем на північний полюс, так і урівноважений гіроскоп, як його не повертай, направляє свою вісь туди, куди вона дивилася при його розкручуванні.

а) б)

Рис.15.5. Результати обробки даних інклінометрії свердловин: а – план свердловини; б – профіль свердловини.

Зенітний кут в гіроскопічному інклінометрі вимірюється за допомогою такого ж схилу, як і в інших інклінометрах.

Абсолютна погрішність описаних інклінометрів по азимутному куту складає ±4 – 5°, а по зенітному – ±0,5°. Гіроскопічні інклінометри використовуються як у не обсадженій свердловині, так і в обсадженій.

Точність вимірювання зенітного кута може бути підвищена при використанні датчика приведеного на рис.15.6. Він складається з циліндрової вимірювальної камери, в яку залита наприклад, ртуть. Вище на осі приладу знаходиться джерело світла і кільцевий фотоприймач. При вертикальному положенні датчика на фотоприймач потрапляє найбільша кількість світла, і він виробляє максимальний сигнал. При відхиленні датчика від вертикалі частина відображених променів йде за межі фотоприймача, і його вихідний сигнал зменшується.

Рис.15.6. Рідинний датчик кута нахилу свердловини, запропонований

А.В. Давидовим і І.Г. Сковородниковим

Додаткова перевага такого датчика – можливість безперервного вимірювання зенітного кута. Описаний датчик визнаний винаходом СРСР (авт. свид. №1509518).

2. Вимірювання діаметру свердловин (кавернометрія)

Кавернометрія входить до стандартного комплексу ГДС, тому виміри діаметру свердловини обов’язкові в усіх свердловинах. Ці дані використовуються при літологічному розділенні розрізу, при обчисленні питомого опору гірських порід, при інтерпретації діаграм мікрозондів, визначенні пористості, глинистості за даними радіоактивних методів тощо. Окрім цього, дані кавернометрії використовуються для вирішення технічних задач.

У процесі буріння свердловини її діаметр не зостається постійним, а змінюється з глибиною і у часі. Він може бути номінальним, тобто, дорівнювати діаметру долота, а може бути більшим чи меншим номінального. Так, на крихких породах, в зонах дроблення діаметр свердловин збільшується в порівнянні з номінальним dH; через викришування і вивалювання порід в свердловині утворюються каверни. Каверни утворюються і в глинистих пластах через розмивання глин в процесі буріння. Зменшення діаметру в порівнянні з номінальним спостерігається зазвичай проти пластів-колекторів. Завдяки хорошій проникності в них проникає буровий розчин. Через малий діаметр пор в пласт проникає тільки фільтрат (рідка основа) бурового розчину, а глина осідає на стінках свердловини, утворюючи глинисту кірку, яка зменшує діаметр свердловини. Номінальний діаметр зберігається у щільних непроникних породах. Збільшення діаметра спостерігається при бурінні глин, аргілітів, кам’яної солі, тріщинуватих вапняків.

Знання діаметру свердловини необхідно для вирішення як технічних, так і геологічних завдань.

Так, наприклад, знати діаметр свердловини потрібно для того, щоб правильно встановити обсадну трубу в свердловині (рис. 15.7), розрахувати об'єм цементу, необхідного для закріплення обсадних колон, правильно вибрати свердловинні прилади для каротажу.

Дані кавернометрії використовуються при визначенні найбільш придатної ділянки для встановлення башмака проміжної колони, пакеру при випробовуванні свердловин тощо.

Знання діаметру свердловини необхідне при кількісній інтерпретації результатів таких методів, як ПО, БКЗ, БК, ГК, НГК і ін., а також для літологічного розчленовування розрізу (рис.15.8)..

Прилади для вимірювання діаметру свердловини називаються каверномірами. На рис.15.9 показана нижня частина важеля каверноміра. Вони бувають різними по конструкції: важелями, ліхтарними, керованими і некерованими. У будь-якому випадку в них є якийсь механізм, що стежить, який ковзає по стінці свердловини, і перетворювач положення цього механізму в електричний сигнал, найчастіше, за допомогою зміни активного опору в електричному ланцюгу.

Рис.15.7. Приклад правильної (а) і неправильної (6) установки обсадної труби в свердловині

Рис.15.8. Залежність середнього діаметру свердловини від літології розрізу

Рис.15.9 Пристрій важеля каверноміра

До корпусу цього приладу кріпляться на шарнірах 3 підпружинених важеля, створюючих стежачий механізм. Нижні кінці важелів ковзають по стінці свердловин. Один з важелів управляє повзунком змінного опору Rd, два інших служать для центрування каверноміра по осі свердловини (тому вимірюваний параметр і характеризує середній діаметр свердловини). Перед спуском такого каверноміра в свердловину його важелі притискаються до корпусу і утримуються в цьому стані за допомогою спеціального чашоподібного замку, який після досягнення снарядом забою розкривають за допомогою спеціального електромагніту, на який подають живлення з поверхні.

Каверномір ліхтарного типу (рис.15.10) не потребує замкового пристрою, конструкція його важелів збоку нагадують китайський ліхтарик, забезпечує йому хороше проходження як вгору, так і вниз по свердловині.

Рис.15.10. Схема вимірювань зі свердловиною каверноміром і прикладом запису результатів градуювання каверноміра

Перед спуском приладу в свердловину виконують градуювання приладу. Для цього на кінці важелів одягають кільця відомого діаметру, і відповідні ним показання реєструючого приладу записують на діаграмній стрічці у вигляді своєрідних сходинок. Масштаб запису регулюють за допомогою зміни живлячого струму.

Сучасні каверномеры мають абсолютну погрішність порядку ± 0,5 см, мікрокаверноміри до ± 0,1 см.

Каверномір на опорах має чотири важелі, розташовані попарно у двох взаємно перпендикулярних площинах.

Форма кожного важеля підбирається такою, щоб зміна опору від переміщення важеля була пропорційною його довжині зміщення .

Загальна схема каверноміру показана на рис.15.11.

Для вимірів з каверноміром використовують місткову і потенціометричну схеми (рис.15.12). При містковій схемі (рис.15.12,а) усі плечі містка розташовані у глибинному приладі і з’єднані трижильним кабелем. Двома плечами є постійні опори R_c, а двома іншими – змінні опори R_x.

Рис.15.11. Схема влаштування каверноміру на опорах: 1 – важель, 2 – шток, 3 – реостат.

Рис.15.12. Схема каверноміру на опорах при роботі з трижильним кабелем: а – місткова; б – потенціометрична; С – глибинний прилад; К – контакт на корпус; Тр – запальний трансфор-матор; З – до запалу порохового заряду; Г – реєстраційний прилад; КП – компенсатор поля-ризації; Ам – мілі-амперметр; Б – батарея; R₁ – реостат для регу-лювання сили струму; R_x – опір; R_с – постійний опір.

Перед спусканням каверноміру до свердловини важелі приладу складаються і закріплюються. При досягнення необхідної глибин за допомогою запального пристрою вивільнюються і розкриваються до контакту зі стінками свердловини.

Швидкість піднімання каверноміру до 2500 м/год. Перевірити роботу каверноміру можливо у обсадній колоні. Про нормальну роботу каверноміру свідчить відповідність форми кавернограми літологічним особливостям розрізу свердловини.

Необхідну кількість цементного розчину при цементуванні обсадних колон визначається за формулою:

(15.7)

де Н – висота підйому кільця у затрубному просторі (за проектом); – середнє виважене значення діаметру свердловини, яке визначають за кавернограмою; – зовнішній діаметр обсадної колони.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: