17. Градуировка и калибровка измерителей глубины скважин
Глубина пробуренных нефтегазовых и других скважин определяется различными способами как в процессе их бурения, так и в процессе ГИС в открытом стволе и в зацементированных колоннах нефтегазовых скважин.
В качестве средств измерений глубины применяются следующие:
- колонна бурильных труб, длина каждой из которых известна и определена заранее;
- измерители глубины, устанавливаемые на буровой лебедке;
- измерители длины колтюбинговых труб;
- геофизический кабель диаметром от 5 мм до 36 мм, размеченный на стационарной установке магнитными метками;
- размеченная магнитными метками стальная проволока, предназначенная для спуска и подъема автономных скважинных приборов;
- полевые средства измерений глубины скважин, устанавливаемые в каротажном подъемнике.
В процессе бурения скважины ее глубина определяется по колонне бурильных труб, каждая из которых заранее измерена рулеткой с пределами погрешности ±2 мм.
При выполнении геофизических исследований и работ в скважинах в ачестве измерителя длины применяется геофизический кабель и проволока, заранее размеченные магнитными метками.
Иногда для измерения длины кабеля и проволоки применяют мерные ролики. Однако показатели точности измерений длины с помощью роликов сравнительно низкие из-за проскальзывания роликов относительно кабеля.
Измерения глубины скважин сопровождаются основными (в нормальных условиях измерений) и дополнительными (в рабочих условиях) погрешностями.
Процедура разметки кабеля сводится к нанесению на него «штрихов» (невидимых магнитных меток) и является операцией периодической градуировки кабеля как средства измерений длины в нормальных условиях.
За нормальные условия разметки кабеля приняты следующие:
- температура окружающего воздуха 20±5 оС;
- плотность бурового раствора 1 г/см3;
- свободное раскручивание кабеля отсутствует (концы кабеля жестко закреплены на лебедке каротажного подъемника и на стационарной лебедке разметочной установки);
- натяжение воспроизводится ступенчато через каждые 500 м длины кабеля;
- скорость движения кабеля при разметке 3000 м/ч.
Дополнительные погрешности измерений глубины скважин размеченным геофизическим кабелем обусловлены реакцией кабеля на воздействие температуры жидкости или газа в скважине, выталкивающей силой жидкости в скважине, трением брони кабеля о стенку скважины, свободным раскручиванием кабеля (с одним закрепленным коном), отличием растягивающей нагрузки в скважине и при разметке.
Кроме того, при измерениях глубин залегания объектов в наклонно направленных скважинах возникают методические погрешности. Они обусловлены отклонением оси кабеля от оси скважины, так как свободно подвешенный кабель выбирает минимальное расстояние между точками касания стенки скважины. Это расстояние по кабелю всегда короче длины оси скважины.
При градуировке (разметке) кабеля метрологические операции, связанные с оцениванием погрешности штриховой меры длины и сравнением ее с нормированным значением погрешности, не выполняется.
Периодической калибровке (один раз в год) подвергается вся система «разметочная установка – кабель» в процессе метрологических исследований разметочной установки органами ведомственной метрологической службы.
На геофизических предприятиях разметку геофизического кабеля магнитными метками, наносимыми на броню кабеля, выполняют с помощью установки УРС10 или УРС1010, разработанной и выпущенной институтом НИИГИ в г. Грозном начиная с 1970 по 1993 г. С 2004 г. ЦМИ «Урал-Гео» выпускает установки УАРК-10-5-12, УАРК-10-16-36, УАРК-1-5-12 и УАРК-1-16-36 для автоматизированной разметки кабеля диаметром от 5 до 12 мм или от 16 до 36 мм с магнитной мерной базой 10 м (стационарные) или 1 м (полевые).
Установка УРС1010 состоит из основания с мерной механической базой 10000 1 мм, устройства, стирающего старые магнитные метки, электромагнита, наносящего новые метки, датчика меток для считывания нанесенных меток, блока управления и системы измерения натяжения кабеля.
В качестве нормальных условий разметки кабеля на установке УРС1010 принято ступенчатое изменение натяжения через каждые 500 метров длины при температуре воздуха плюс (205)оС. Значения натяжения при разметке кабеля КГ1-55-130 приведены в табл. 47.
Т а б л и ц а 47
-
Интервал
глубины, м
Плотность бурового раствора, г/см3
1,0
1,5
2,0
0-500
150
100
100
500-1000
250
250
200
1000-1500
400
350
300
1500-2000
550
450
400
2000-2500
700
600
500
2500-3000
800
700
600
3000-3500
950
850
700
3500-4000
1100
950
800
В этих условиях оценки реальной погрешности воспроизведения расстояний между магнитными метками на кабеле не должны превышать нормированных пределов основной относительной погрешности 0,01%.
Однако реальные условия в скважинах существенно отличаются от условий разметки. При этом коррекция возникающих систематических погрешностей не производится. Это происходит по двум причинам: 1) не определены константы, отражающие свойства кабеля конкретного типа, необходимые при измерении длины; 2) не определены значения влияющих факторов в скважине.
Предлагается следующая методика измерений (МИ) скважинной глубины залегания объектов, пересеченных скважиной или находящихся в скважине вдоль ее оси:
разметка кабеля с учетом некоторых влияющих факторов на удлинение кабеля по наиболее вероятным их значениям, принятым за нормальные условия разметки для каждой типовой конструкции и пространственного положения скважины;
коррекция систематических погрешностей, обусловленных отличием реальных значений влияющих факторов в рабочих условиях измерений от номинальных значений в нормальных условиях градуировки (разметки), после (или в процессе) каротажа.
Указанная методика может быть реализована в программно-управляемой установке АУРК-10-5-12 для автоматизированной разметки геофизического кабеля, однако в настоящее время сохранен только прежний режим разметки кабеля при различном натяжении, предусмотренный ранее в установке УРС1010.
Общий вид установки УАРК-10-12 показан на рис. 50.
Рис. 50. Фотография общего вида установки УАРК-10-12
для автоматизированной разметки геофизического кабеля:
Установка может иметь любую механическую базу из ряда 10, 5 или 2 м в зависимости от размеров помещения для разметки кабеля, но магнитные метки ставятся через 10 м (лишние метки стираются). Разметка выполняется при переменном натяжении, например, в соответствии с табл. 47.
В установке конструктивно обособлены два независимых разнесенных в пространстве блока – блок нанесения (записи) и блок считывание магнитных меток. Предварительно тщательно выполняется настройка базовой магнитной длины 10 м с максимальной абсолютной погрешностью 0,5 мм при номинальной скорости разметки 3 км/ч. Нормированные пределы допускаемой основной относительной погрешности разметки кабеля - 0,01%.
Установка УПРК-1-12 предназначена для автоматизированной разметки магнитными метками бронированных геофизических кабелей (далее по тексту – кабелей) в полевых условиях непосредственно в процессе спуска геофизического зонда в скважину или его подъёма из скважины с целью измерения глубин залегания объектов, пересеченных скважиной или расположенных в скважине.
Разметка кабеля производится путем нанесения на его бронированную оплётку магнитных меток на расстоянии фиксированной мерной базы установки 1000 мм и последующего стирания каждых 9-ти меток из каждых 10-ти нанесенных меток при заданной скорости движения кабеля. На размеченном кабеле остаются нанесенными основные метки через каждые 10 м и по одной дополнительной сигнальной метке через каждые 500 м, а также по две дополнительные сигнальные метки через каждые 1000 м.
Установка УПРК-1-12 состоит из следующих узлов и блоков:
основания с роликами и датчиком скорости движения кабеля;
съёмного измерительного блока с устройствами нанесения магнитных меток и датчиком магнитных меток;
входного управляемого размагничивающего дросселя;
выходного управляемого размагничивающего дросселя;
блока управления с индикатором и блоком питания;
Принцип работы установки основан на периодическом намагничивании участков брони кабеля, длиной не более 25 см, полярностью SNS равномерно через каждые 10 м во время его спуска в скважину или подъема из нее. Разметка кабеля выполняется при номинальной скорости движения кабеля 3000 м/ч. Отклонение от номинальной скорости разметки более, чем на 500 м/ч, вызывает дополнительные погрешности воспроизведения расстояний между основными соседними метками.
Основание установки вместе с двумя размагничивающими дросселями навешивается на горизонтальный участок кабеля между каротажной лебёдкой и поворотным роликом на буровой и с помощью поводка крепления присоединяется к горизонтально расположенной оси водильника каротажной лебёдки. Под дальний от лебедки край основания установки устанавливается амортизирующая подставка, позволяющая исключать удары установки о землю в случае ослабления натяжения кабеля. Измерительный блок устанавливается на фиксаторы основания в исходное положение электромагнитом в сторону скважины (датчиком меток в сторону лебедки подъемника).
После включения установки и нанесения первой метки на заданном расстоянии от кабельного наконечника (цена первой метки – ЦПМ) производится разметка кабеля на спуске его в скважину. Это основной режим разметки. Измерение глубины скважины и глубины залегания объектов в скважине выполняется путем считывание магнитных меток при подъёме размеченного кабеля из скважины. По количеству считанных меток определяется глубина погружения скважинного прибора в скважину относительно стола ротора буровой.
В случае использования установки на скважинах с намагниченной обсадной колонной или сбоев в разметке кабеля во время его спуска в скважину используется аварийный режим работы установки. В этом режиме перед подъёмом кабеля из скважины измерительный блок снимается с основания, разворачивается на 180о и вновь устанавливается на основание. Принудительно ставиться новая первая метка и разметка кабеля выполняется в процессе его подъёма из скважины.
Схема взаимодействия электронных блоков и узлов установки УПРК-1-5-12 для полевой разметки кабеля показана на рис. 51.
Рис. 51. Структурная схема соединений электронных узлов
и блоков полевой разметочной установки УПРК-1-12
Двигаясь через установку, кабель проходит магнитную очистку входным управляемым размагничивающим дросселем, находящийся постоянно во включенном состоянии. После нажатия кнопки «Метка» на блоке управления на кабель наносится первая магнитная метка, которая перемещается к датчику меток измерительного блока. В момент считывания нанесенной метки датчиком меток вырабатывается управляющий сигнал на простановку следующей метки. После нанесения 10-й метки от блока микропроцессорного управления считыванием меток поступает сигнал в блок микропроцессорного управления размагничиванием, который выключает катушку выходного размагничивающего дросселя во время прохождения метки. Затем через вычисляемый интервал времени, зависящий от скорости движения кабеля, определяемой с помощью датчика скорости перемещения кабеля, катушка выходного размагничивающего дросселя вновь включается. Таким образом, на кабеле остается каждая десятая метка. В момент, когда требуется нанесение дополнительной сигнальной метки, катушка выходного размагничивающего дросселя выключается на удвоенный период времени. Если требуется нанесение двух дополнительных сигнальных меток, то катушка выходного размагничивающего дросселя выключается на утроенный период времени, а затем вновь включается. Пульт управления индицирует текущие значения длины кабеля в метрах и скорость его перемещения в км/ч. Нажатие кнопки «Сброс» на пульте управления возвращает электронные блоки установки в исходное стартовое состояние. Блок трансформаторов подключен к сети 220 В и обеспечивает питание электронных блоков постоянным током напряжением 5 В и блоков микропроцессорного управления размагничиванием постоянным током напряжением 60 В.
Калибровка
Калибровка разметочных установок УАРК-10-12, УАРК-10-36, УПРК-1-12 и УПРК-1-36 заключается в сравнении длины участка кабеля не менее 200 м, измеренной на установке и рулеткой. Напротив середины начальной и конечной магнитных меток наносятся механические метки. Расстояние межу этими механическими метками измеряют поверенной рулеткой. Разность между этими расстояниями не должно превышать на длине 200 м ±0,02 м для стационарных установок с базой 10 м и ±0,05 м для полевых установок с базой 1 м.