Технические средства, используемые при проведении геофизических исследований скважин

В настоящее время геофизические исследования проводят в скважинах, максимальные глубины которых в ряде случаев превышают 7 – 8 км. Для значительного числа скважин характерны высокие температуры и давления, агрессивная среда (соленосные отложения, сероводородсодержащие пласты), аномально высокие пластовые давления, большие перепады температуры окружающей среды, значительная удаленность места проведения работ от базы и др.

Поэтому к геофизической аппаратуре предъявляются достаточно жесткие требования: она должна сохранять свою работоспособность при больших перепадах температуры, влажности окружающей среды (работы на континентальном шельфе), спустя многочасовой вибрационной нагрузки в процессе переезда от базы к месту проведения работ и т.п.

В состав используемых технических средств входят геофизические станции, скважинные приборы, технические средства для спуска и подъема приборов на поверхность, геофизический кабель, выполняющий функции проводной линии связи ме6жду наземной частью ИИС и скважинным прибором, и средством доставки прибора в скважину, блок-балансы, сельсины, датчики глубины и натяжения кабеля и др.

В состав спуско-подъемного оборудования входят геофизический кабель, намотанный на лебедку, установленную в подъемнике, блок-баланс с направляющим роликом, датчики глубины с сельсинами, датчики натяжения кабеля при спуске пи укладке на барабан.

При работе в действующих скважинах в состав спуско-подъемного оборудования включают лубрикатор, специальное устройство для ввода геофизического прибора в скважину с высоким давлением на устье.

Геофизический кабель является важным элементом геофизической информационно-измерительной системы. Одна из функций кабеля связана с его несущей способностью, используемой для спуска геофизического прибора в скважину и его извлечения на поверхность. Кроме того, кабель должен обладать запасом прочности, обеспечивающим удержание собственной массы, которая может достигать нескольких тонн, массу скважинного прибора, выдерживать растягивающие его усилия при трении о стенки скважины, прилипании к глинистой корке и сальникам. В то же время кабель не должен значительно растягиваться, т.к. находящиеся на нем магнитные метки могут исчезнуть или дать искаженную информацию о глубине нахождения прибора в скважине.

Еще одна функция кабеля заключается в том, что он является линией связи скважинного прибора с наземной частью ИИС. В то же время по кабелю подается питание электронной части скважинного прибора, передаются управляющие скважинным прибором сигнал, зарегистрированные детекторами сигналы посылаются на поверхность.

Токонесущие жилы кабеля должны быть надежно изолированы и сохранять работоспособность в жестких термобарических условиях и агрессивной среде.

Жилы кабеля обладают собственным электрическим сопротивлением, емкостью и индуктивностью жил между собой. Индуктивность жилы меняется в зависимости от типа кабеля (жилы в оплетке или шланге), длины кабеля, размера лебедки.

В соответствии с отраслевым стандартом кабели должны иметь следующие характеристики.

1. Разрывное усилие: 10-130 кН, до 180 кН по отдельному заказу.

2. термостойкость: 90-200ºС, до 250ºС по отдельному заказу.

3. Электрическое сопротивление токонесущей жилы: не более 6-40 Ом/км при 20ºС.

4. Емкость: 0,06-0,09 мкФ/км между жилой и броней, 0,10-0,14 мкФ/км между двумя жилами.

5. Максимальное рабочее напряжение: 600 В.

6. Минимальный пробег до списания 1800-2000 км.

При средней глубине скважины 3000 м минимальное количество спускоподъемных операций до списания кабеля составляет 300-365.

Одним из важных показателей работоспособности кабеля – электрическая изоляция жил кабеля. Нарушение изоляции приводит к утечками тока и искажению информативных сигналов. Сопротивление изоляции жил нового кабеля составляет не менее 15000 МОм на 1 км и 0,5-20 МОм в процессе его эксплуатации. Работа кабеля в условиях больших глубин и высоких температур приводи к уменьшению сопротивления изоляции кабеля, но оно не должно быть меньше 2-5 МОм.

Кабель каждого типа имеет собственный шифр. Например, шифр КГ1-50-130 означает следующее: КГ – кабель геофизический, 1 – одножильный, 50 – разрывное усилие 50 кН, 130 – максимально допустимая рабочая температура 130ºС, ГС – для работы в горизонтальных скважинах.

В шифре кабеля могут присутствовать другие дополнительные обозначения: КГЛ – кабель для работы через лубрикатор, СВ – сероводородстойкий, 3х0,75 – три жилы сечение 0,75 мм каждая.

При эксплуатации кабелей в скважинах с температурой не выше 120ºС изоляция токопроводящих жил выполняется из термостойкой резины, а при температуре до 200ºС – из фторпласта.

В оплеточных и шланговых кабелях токопроводящие жилы выполнены из медных и стальных проводок. Последние обеспечивают механическую прочность кабелей указанных типов.

У бронированных кабелей механическую нагрузку несет наружная (внешняя) стальная оплетка 6 на рис.176.

Наружные диаметры бронированных кабелей в зависимости от числа токовых жил составляют 5-12,3 мм.

Важным преимуществом бронированного кабеля является высокая проходимость в скважинах, заполненных утяжеленной промывочной жидкостью, возможность работы в эксплуатационных скважинах с доставкой кабеля в скважину через лубрикатор.

В настоящее время прошли опытно-промышленную эксплуатацию на подземных хранилищах газа оптиковолоконные кабели.

Оплеточные и шланговые кабели применяются ограниченно. Основные объемы ГИРС в нефтяных и газовых скважинах выполняются с применением бронированного кабеля. При этом исследования в глубоких и сверхглубоких скважинах проводят преимущественно на одножильном кабеле. Более тонкий одножильный бронированый кабель позволяет уменьшить собственную массу кабеля и тем самым снизить нагрузку на разрыв, а также повысить вместимость барабана лебедки подъемника.

Перед началом эксплуатации кабеля его «тренируют» под натяжением путем нескольких операций по намотке и смотке с барабана лебедки. Перед выездом на скважину кабель размечают нанесением на него магнитных меток.

После подготовки кабеля к работе его устанавливают в так называемой кабельной головке (наконечнике).

Кабельные наконечники применяют для механического и электрического соединения бронированного кабеля со скважинными приборами и другими спускаемыми на кабеле устройствами, оснащенными полумуфтами.

Наконечники и полумуфты для бронированных кабелей выполнены из стального полого корпуса 4, в котором размещены приспособления 2, 3 для крепления к броне кабеля и для электрического соединения жилы кабеля с зондами и скважинными приборами 9. Механическое соединение наконечника с полумуфтой осуществляется с помощью накидной гайки 10.

Электрическое соединение осуществляется при помощи штырьевых контактов 1 (рис.178) полумуфты, входящих в гнезда разъема наконечника. Обеспечение правильного соединения кабельного наконечника и полумуфты обеспечивается направляющим выступом, входящим в паз на полумуфте.

Спуск в скважину и подъем геофизических приборов на поверхность осуществляют с помощью подъемников различной конструкции. Одним из вариантов конструктивного решения является подъемник, смонтированный в металлическом кузове автомобиля-вездехода. Для проведения исследований в труднодоступных районах, а также на морских месторождениях применяют подъемники, установленные на металлических санях с подвесом для транспортировки с помощью вертолета.

Барабан выполняется из немагнитного материала и имеет радиальное отверстие, через которое пропускают геофизический кабель. Габариты и конструкция барабана зависят от глубины исследования и диаметра кабеля. Кузов подъемника разделен на два отсека. В первом отсеке размещены узлы управления лебедкой, рычаги управления автомашиной.

Во втором отсеке установлен барабан лебедки с кабелем, при необходимости здесь можно разместить бензоэлектрический агрегат, грузы, блок-балансы и другое вспомогательное оборудование.

Вращение барабана лебедки осуществляется приводом от двигателя автомобиля. Плавный спуск скважинного прибора и установка его на нужной глубине обеспечиваются тормозом с ручным и пневматическим управлением. Равномерная послоевая укладка кабеля на барабан лебедки осуществляется кабелеукладчиком. Электрический контакт жил токовых жил кабеля с геофизической лабораторией осуществляется через маслонаполненный коллектор с щетками.

Размещенные в первом отсеке узлы управления позволяют контролировать скорость перемещения и натяжение кабеля, глубину спуска скважинного прибора, поддерживать световую и переговорную связь с геофизической лабораторией и скважиной, обеспечивать освещение устья скважины в темное время суток.

Во время проведения геофизических исследований необходимо синхронизировать перемещения прибора в скважине с перемещением носителя регистрируемой информации. Для этого на устье скважины устанавливают блок-баланс с датчиками глубины, натяжения кабеля и перемещения кабеля.

Блок-баланс с роликом предназначен для направления кабеля в скважину и устанавливается на столе ротора (блок-баланс рамочного типа) или подвешивается на крюке над устьем скважины (подвесной блок-баланс), или закрепляется на лубрикаторе при исследовании действующих скважин.

Установленный на блок-балансе датчик перемещения скважинного прибора представляет собой электрический двигатель переменного тока с двухполюсными статорами и трехполюсными роторами. К этому установленному на блок-балансе сельсин-датчику электрически подсоединены три сельсин-приемника, размещенные в кабине лебедчика (для привода счетчика глубин), геофизической лаборатории (для привода датчика глубин на контрольной панели) и механизма перемещения носителя регистрируемой информации.

Для более точной привязке глубин помимо магнитных меток на кабелое через 20-50 метров устанавливают дополнительные метки, например, с помощью изоляционной ленты. Установленный на блок-балансе датчик глубин выполняется в виде устройства считывания магнитных метод.

Датчик натяжения выполняют в виде динамометра, который устанавливают на блок-балансе рамочного типа, или в виде тензодатчика, устанавливаемого в месте крепления подвесного ролика к крюку бурового оборудования.

Показания датчиков натяжения по электрической цепи передаются на пульт в подъемнике и на контрольную панель геофизической лаборатории. Сигналы от датчика натяжения позволяют контролировать процесс перемещения прибора в стволе скважины и своевременно выявлять нештатные ситуации.