СКАЧАТЬ:  pgmp.zip [128,38 Kb] (cкачиваний: 185)

КАВЕРНОМЕТРИЯ

При бурении диаметр долота зависит от конструкции скважины. Если диаметр пробуренной части ствола скважины соответствует диаметру долота или коронки, то его называют номинальным. Однако в породах различной литологии фактический диаметр сква­жины d_c не всегда является номинальным и может быть больше или меньше диаметра долота. Номинальный диаметр d_H отмечается в плотных непроницаемых породах. Увеличение диаметра (d_c/d_в > 1) — образование каверн характерно для глинистых пород и пес­ков, уменьшение (d_c/d_Н < 1) — для пород-коллекторов, в которые проникает фильтрат промывочной жидкости:. Сужение диаметра скважины обусловлено возникновением глинистой корки на стенках скважины в результате фильтрации промывочной жидкости в пласты. Толщина глинистой корки зависит от физико-химических особен­ностей промывочной жидкости, а также и коллекторских свойств пород и может достигать 2—4 см.

Данные о фактическом диаметре скважины необходимы для проведения следующих операций:

 1) расчета объема затрубного пространства при определении количества цемента, требующегося для цементирования обсадных колон;

 2) выявления наиболее благо­приятных участков скважины для установки башмака колонны, фильтров или испытателя пластов;

 3) контроля за состоянием ствола скважины в процессе бурения;

 4) количественной интерпретации данных комплекса промыслово-геофизических методов (БЭЗ, ней­тронных и др.);

 5) уточнения геологического разреза скважины (определение   литологии   пород,   выделение  коллекторов   и  др.).

Измерение фактического диаметра скважины осуществляется каверномерами. Кривая фактического изменения диаметра сква­жины  в масштабе  глубин  называется  кавернограммой.

Типы каверномеров и принципы их действия

Применяются каверномеры типов СКС, СКТ и СКО, которые имеют по четыре измерительных рычага с двумя плечами — длин­ным 1 и коротким 2 (рис. 1). Длинный рычаг прижимается пру­жиной 3 к стенке скважины 7. Короткое плечо с помощью кулачка перемещает шток 6, который связан механически с помощью тросика с ползунком 5, перемещающимся по омическому датчику 4.  Этот датчик общий  для  всех четырёх рычагов.

Принципы действия всех существую­щих типов каверномеров одинаковы и состоят в преобразовании механических перемещений мерных рычагов в электри­ческие сигналы, которые передаются по линии связи на поверхность, а затем — на регистрирующий прибор. Различие каверномеров состоит в электрических схемах, конструкциях и способах раскры­тия  мерных  рычагов.

Различают каверномеры с мостиковой и потенциометрической схемами измере­ния для трехжильного и одножильного кабеля    (рис. 2).

Каверномеры типов СКС, СКТ и СКО опускают в скважину со сложенными измерительными рычагами, которые удер­живаются замком, кольцом или стальной проволокой. При подъеме с забоя за счет силы трения о стенку скважины и про­мывочную жидкость насадка смещается вниз и освобождает рычаги. Если рычаги обмотаны стальной проволокой, то при пропускании через нее с помощью тран­сформатора тока достаточной силы она перегорает, и рычаги рас­крываются. Для записи повторной кавернограммы приборы не­обходимо поднимать на поверхность и снова закреплять рычаги удерживающими устройствами.

Каверномер КС-3 позволяет измерять диаметр скважины на трехжильном кабеле и служит в качестве каверномера-профилемера при работе на четырехжильном кабеле. По конструкции он сходен с каверномерами типов СКС и СКО. Прибор КС-3 снабжен устрой­ством для одноразового раскрытия рычагов, которое состоит из элек­тромагнита  и  шарикового замка.

Диаметр скважины d_c  определяется по формуле:  

d_c= d₀+С∆U/I

где d₀ — начальный диаметр скважины при закрытых рычагах каверномера, когда измеряемая разность потенциалов ∆U равна пулю; С — постоянная каверномера; I — сила тока.

Ромбовидным каверномером типа КВ-2 можно измерять диа­метр скважины как при спуске, так и при подъеме. Измерение диа­метра скважины основано на использовании потенциометрической схемы. Основной частью каверномера является фонарь с тремя парами шарнирно соединенных измерительных рычагов, распо­ложенных через 120°.

Рис. 2. Электрические схемы каверномеров для работы с трехжильным (а, б)   и   одножильным   (в)   кабелем

а — мостовая схема; б, в — потенциометрическая схема. R1, R3 — переменные сопротивле­ния моста; R2,R4 — постоянные сопротивления моста; КП — компенсатор поляризации: Rд — сопротивление датчика; Г — генератор постоянного тока; AB — токовая цепь; MN — измерительная цепь

Концы рычагов установлены на ползунках, стягиваемых спиральной пружиной, отжимающей шарнирные со­единения пар рычагов к стенке скважины. Один из рычагов снабжен фигурным кулачком, который перемещает шток, управляющий датчиком. Форма кулачка обеспечивает линейную связь между перемещением штока и отклонением шарнира от оси прибора (диа­метра скважины). Ромбовидный каверномер предназначен для ис­следования скважин малого диаметра (от 60 до 240 мм) при помощи трехжильного кабеля.

Аналогичную конструкцию имеет фонарный каверномер типа КФМ для изучения скважин диаметром от 70 до 250 мм.

Каверномеры типа КСУ скважинные управляемые па трехжильном кабеле предназначены для исследования нефтяных, рудных и угольных скважин. Они имеют три измерительных рычага, рас­положенных вокруг корпуса через 120°. Рычаги прижимаются к стенке скважины при помощи пружин. Для измерения величины ∆U, пропорциональной изменению диаметра скважины, исполь­зуется потенциометрическая схема. Каверномеры типа КСУ снаб­жены управляемой гидравлической  системой для  раскрытия и закрытия мерных рычагов. В каверно­мере КСУ-1(рис.3а) эта система обеспечивает четырехкратное раскрытие и закры­тие рычагов, а в КСУ-2 (рис.3б) — неограни­ченное число этих циклов. Прибор КСУ-1 позволяет исследовать глубо­кие нефтяные и газовые скважины, а прибор КСУ-2 предназначен для изу­чения неглубоких угольных и рудных скважин. Оба они отличаются меха­нической системой раскрытия и за­крытия рычагов. Их электрические схемы  идентичны.

Каверномер КСУ-1 состоит из компенсатора 1, заполненного транс­форматорным маслом, цилиндра 3 с поршнем 4, камеры слива 2 и элек­тромагнитов ЭМ1 и ЭМ2 для управ­ления клапанами (рис. 3, а). Прин­цип действия системы следующий. Включением с поверхности электро­магнита ЭМ1 открывается верхний клапан и масло из компенсатора за счет гидростатического давления про­мывочной жидкости поступает в ци­линдр, перемещая поршень в крайнее нижнее положение. Поршень, дейст­вуя на толкатель 6, сжимает пружину 7 и раскрывает измеритель­ные рычаги 11. Электромагнит ЭМ2 открывает нижний клапан канала, соединяющего цилиндр с камерой слива. Под действием гидростатического давления поршень через шток 8 перемещается в крайнее верхнее положение, выталкивает масло из цилиндра в камеру слива и возвращает систему в первоначальное поло­жение, при котором рычаги закрыты. Механическое движение измерительных рычагов при измерении диаметра скважины пе­редается через шатуны 10, толкатель 9 и шток 5 на ползунок реостата R_Д, изменяющий его сопротивление пропорцио­нально углу раскрытия рычагов и, следовательно, диаметру сква­жины.

Гидравлическая система прибора КСУ-2 состоит из гидравличе­ского двигателя, механизма фиксации и измерительного устройства (рис.3, б). При закрытых рычагах толкатель 19 вместе со штоком 18 и ползунком реостата 14 находятся в крайнем верхнем положе­нии, в котором измерительное устройство удерживается пружиной 12 и штоком 11. В нижней прорези штока 11 находится закрепленный штифт 15. Через этот штифт толкатель 19 оттягивается вверх и прижимает рычаги к корпусу.

Раскрываются рычаги при помощи гидравлического двигателя 2, представляющего собой баллон с этиловым эфиром. Принцип дей­ствия двигателя следующий. Эфир, подогреваемый электрическим нагревателем 1, расширяясь, увеличивает объем баллона и давит на трансформаторное масло, находящееся в камере 3. Под действием возросшего давления масла в камере поршень 4 опускается, сжимает пружину 5 и перемещает вниз толкатель 7 вместе с собачкой 6, которая поворачивает храповик 8. При этом кулачок храповика изгибает правую пружину 9, стремящуюся повернуть фиксатор 10 по часовой стрелке. Толкатель, двигаясь вниз, толкает также шток 11 и фиксирует его в крайнем нижнем положении, при этом пружины 12 и 17 сжимаются. Пружина 17 давит на упор штока 18 и перемещает его вниз. Шток 18, соединенный при помощи толка­теля и упора 19 с измерительными рычагами 20, открывает рычаги и   прижимает  их   к   стенке   скважины.

При перемещении штока 11 в нижнее положение включается микровыключатель 13, вследствие чего происходит разрыв сигналь­ной цепи, что отмечается индикатором раскрытия рычагов на панели управления. Это служит сигналом для выключения двигателя 2. После выключения нагревателя давление в камере 3 падает и пру­жина 5 возвращает поршень 4 вместе с толкателем 7 в исходное положение, а шток 11 остается в зафиксированном крайнем нижнем положении, упираясь в устройство 16 и сжимая пружину 17, за счет упругости которой и происходит перемещение штока 18 при изме­нении диаметра  скважины.

Рычаги закрываются при повторном включении гидравличе­ского двигателя следующим образом. Собачка 6 при опускании толкателя 7 поворачивает храповик 8 так, что у фиксатора 10 изги­бается правая пружина 9 против часовой стрелки. Поворот фикса­тора и освобождение измерительного устройства происходит при незначительном перемещении штока 11 вниз. При этом фиксатор поворачивается, становится против паза штока 11 и тем самым возвра­щает измерительное устройство в исходное положение. Перемещение системы   производится   пружиной   12 после выключения двигателя.

Питание каверномера осуществляется постоянным током силой 0,48А и напряжением 300 В. Каверномер КСУ-2 позволяет из­мерять диаметр скважины в пределах 46—370 мм с погрешностью ± 5 мм при максимальном угле искривления скважины 40°, тем­пературе окружающей среды до 70° С и гидростатическом давлении до   2-10⁷ Па.

Иногда с целью выделения в разрезе коллекторов регистрируют дополнительно микрокавернограмму прибором с мерными рычагами специальной конструкции (они имеют меньшую длину, чем в обычных каверномерах) в масштабе 1 : 1 и коркограмму коркомером, позво­ляющим   измерить   толщину   глинистой   корки.

Технические характеристики некоторых типов каверномеров приведены в табл. 1.

Таблица   1

Градуирование каверномеров

Перед измерениями фактического диаметра скважины необхо­димо произвести градуировку каверномера, которая состоит в опре­делении постоянной каверномера С, начального диаметра скважины d₀ и нормальной силы   тока   I₀, а  также в проверке линейности его показаний.

Градуировка обычно выполняется на базе промыслово-геофизических партий не реже одного раза в месяц. На буровой перед началом замера следует проверять правильность работы каверномера с по­мощью двух-трех колец известного диа­метра.

Для градуировки каверномеров в ста­ционарных условиях обычно используется крестовина с отверстиями, расположен­ными на одинаковом расстоянии от ее центра, в которые вставляются мерные рычаги, или набор градуировочных колец. Для градуировки каверномера собирается обычная схема изме­рения, минус источника питания подключается к корпусу прибора. При выбранной силе тока питания каверномера I, равного около 2 мА, и задаваемых значениях раскрытия мерных рычагов, соответ­ствующих определенным диаметрам скважин, измеряют разности потенциалов ∆U, снимаемые с омического датчика. По величинам ∆U и известным диаметрам крестовины строят градуировочный график ∆U = f (d_c) (рис.4). Постоянная С каверномера рассчи­тывается по двум парам значений d'_c, ∆U₁ и d''_c, ∆U₂, выбранным на линейном участке графика, с помощью формулы:

С= I(d’’_c - d'_c)/( ∆U₂- ∆U₁)

Диаметр d₀, при котором ∆U = 0, устанавливают по графику ∆U = f (d_c).

Нормальная сила тока I₀, при которой изменению диаметра на 1 см   соответствует   ∆U = 1,25 мВ,   находят   из   соотношения

I₀=1,25С.

Характеристика каверномера должна быть близка к линейной и отклонение от линейности не должно превышать 10%. Величина нелинейности градуировочпого графика рассчитывается по формуле

∆ε = 100∆l/l.

Проведение измерений

Кавернограммы обычно регистрируют в масштабах глубин 1 : 200, 1 : 500 или 1: 50; горизонтальный масштаб выбирается рав­ным 1, 2 и 5 см/см. Точкой записи каверномеров СКС, СКО, СКТ, КС-3, КСУ являются нижние концы измерительных рычагов. Ско­рость подъема прибора при записи кавернограммы зависит от тех­нического состояния ствола скважины, а также типа регистратора и обычно составляет 1000—3000 м/ч.

Требуемый масштаб записи кавернограммы на трехжилыюм кабеле обеспечивается подбором силы тока, при котором соблюдается условие

l = СR₀/n,

где l — отклонение регистрирующего устройства; R₀ — сопротивле­ние контрольного   шунта;   n — требуемый масштаб записи кривой.

Сила тока может быть оценена по формуле

I = Cm/n

где   m — постоянная  по   напряжению   измерительного   канала.

Сила тока при регистрации кавернограммы не должна превышать двойной величины нормальной силы тока I₀.

Масштаб записи кавернограммы при работе с каверномером на одножильном кабеле устанавливается следующим образом. Реги­стрирующее устройство устанавливается на нуль, рычаги раскры­ваются до известного диаметра скважины d_c и задается отклонение l в соответствии с требуемым масштабом:

l = CR₀/n

Перед спуском каверномера в скважину на диаграмме фиксируют отклонение регистрирующего устройства при закрытых рычагах, при помещении рычагов в кольцо известного диаметра и при пол­ностью раскрытых рычагах.

Если скважина частично обсажена, то в колонне обязательно записывается кавернограмма на участке не менее 10 м с отбивкой башмака колонны.

Погрешности измерения фактического диаметра скважины ка­верномером связаны главным образом с нелинейностью масштабной шкалы, наличием люфтов в передаче перемещения рычагов изме­рительному устройству, влиянием больших углов искривления скважины, непостоянством питающей силы тока и нарушением изоляции жил кабеля. Сопротивление изоляции жил кабеля должно быть не менее 2 МОм.

Качество кавернограммы оценивается по показаниям регистри­рующего прибора в колонне и по величинам диаметров скважины против плотных непроницаемых пластов, в которых диаметр сква­жины, определенный по кавернограмме, должен быть равен номи­нальному диаметру  скважины.

Каверномеры-профилемеры 

С помощью каверномеров измеряется средний диаметр скважины, за который принимают диаметр круга, эквивалентного по площади сечению скважины плоскостью, перпендикулярной к ее оси. Од­нако в общем случае сечение ствола скважины не является круго­вым. В связи с этим для более детального изучения состояния ствола скважины (формы сечения па различных участках) измерения вы­полняют каверномером-профилемером.

Каверномер-профилемер СКП-1 предназначен для работы с од­ножильным бронированным кабелем длиной до 5000 м в комплекте с любой из серийных автоматических станций, имеющих четырехканальный регистратор (рис. 5). Он позволяет измерить диаметры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и их полусумму.

Скважинный прибор состоит из электромеханического I и элек­тронного II блоков. Измеряемые диаметры определяются по раз­носу двух пар независимо перемещающихся мерных рычагов. Ве­личина разноса рычагов преобразуется в разность потенциалов, пропорциональную разносу рычагов, что достигается с помощью установленных реостатов. Реостаты Rl, R3 и R2, R4 попарно сое­динены таким образом, чтобы при питании их стабилизированным током через сопротивления r₁ и г₂ разность потенциалов между соответствующими движками реостатов была пропорциональна диа­метрам скважины d'_c и d'’_c. Разности потенциалов снимаются с движ­ков реостатов и подаются па вход частотных модуляторов ЧМ1 и ЧМ2 с несущими частотами 7,8 и 14 кГц. Модулированные по частоте колебания смешиваются и усиливаются в усилителе мощ­ности У, после чего через фильтр Ф2 передаются по кабелю па по­верхность к блоку управления БУ. Затем сигналы поступают на измерительную панель частотной модуляции ИПЧМ, где происхо­дит их разделение по несущей частоте, выпрямление и суммиро­вание. С выходов панели ИПЧМ сигналы подаются на соответствую­щие регистрирующие приборы РП1 и РП2 и записываются. Прибор питается от генератора Г частотой 300 Гц через блок БУ, низко­частотный фильтр Ф1 и блок питания БП. Для раскрытия мерных рычагов в скважине используется электромагнит, па обмотку ко­торого от выпрямителя ВП через фильтр Ф1 и БП подается постоян­ный ток напряжением 200 В.

Перед спуском в скважину прибор подсоединяют к кабелю и уста­навливают на специальное градуировочное приспособление, по­зволяющее задавать рычагам различные фиксированные отклоне­ния от оси прибора. Затем, подключив к пульту ИПЧМ источники питания, коллекторный провод и фоторегистратор, проверяют сра­батывание устройства раскрытия рычагов, регулируют ток пита­ния скважинного прибора и устанавливают масштаб записи профилеграмм и кавернограмм.

Требуемый масштаб записи диаграмм n (в см/см) устанавливают регулированием выходных сигналов пульта ИПЧМ и корректо­ров нуля измерительных каналов регистратора, добиваясь, чтобы при раскрытии в градуировочном устройстве каждой пары рыча­гов на 20 и 40 см отклонения блика в каналах записи профилеграмм l₁ = 20n и l₂ = 40n (в см).

Рис. 5. Блок-схема каверномера-профилемера СКП-1 Рис. 6. Кривые кавернометрии, профилеметрии и диаграммы сечения сква­жины (по Е.  М.  Пятецкому) / — известняк плотный; 2 — песчаник проницаемый; 3 — алевролит; 4 — глина

Таким же способом устанавливают мас­штаб записи кавернограммы третьим каналом, входной сигнал ко­торого является суммой сигналов в двух первых каналах. После установки масштаба включают источники питания, запирают ры­чаги и опускают прибор в интервал исследования. На забое раскры­вают рычаги и при подъеме со скоростью порядка 2000 м/ч произ­водят запись кривых (рис. 6) профиля и диаметра скважины в масштабе глубин 1:200 или 1:500.

На заголовке каверпограмм чертят горизонтальную масштаб­ную шкалу с отметками через 2 см. При нелинейности каверно­мера более 5 %, масштабная шкала наносится согласно градуировочному графику. По всей длине кавернограммы проводится пунк­тирная линия, соответствующая на исследованном участке номи­нальному диаметру скважины. Слева по вертикали диаграммы проставляются глубины обычно через 10 м. Ранее проведенные измере­ния обязательно перекрываются на интервале не менее 50 м. Погреш­ность измерения диаметра скважины оценивается по результатам повторных замеров в интервалах перекрытий и показаниям в ко­лоне, и не должна превышать ± 1,5 см.

Список использованной литературы:

1. С.С.Итенберг, Т.Д.Дахкильгов “Геофизические исследования в скважинах” -  М: Недра, 1982
2. Д.И.Дьяконов, Е.И.Леонтьев “Общий курс геофизических исследований скважин” -  М: Недра, 1977
3. В.М.Добрынин, Б.Ю.Вендельштейн “Промысловая геофизика” -  М: Нефть и газ, 2004