Технология геофизических исследований

1. Цель работы.

Ознакомление с промыслово-геофизической аппаратурой и оборудованием, технологией проведения геофизических исследований на скважине.

1.2. Общая характеристика промыслово-геофизической аппаратуры и оборудования.

Геофизические исследования в скважинах служат для изучения геологических разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, изучения технического состояния скважин и контроля процесса разработки нефтяных и газовых месторождений. С помощью геофизического оборудования в скважинах проводят сложные работы, связанные с испытанием и вскрытием продуктивного пласта, отбором грунтов и проб пластовых флюидов, ликвидацией аварий бурильного инструмента.

Для решения перечисленных выше задач промысловая геофизика располагает значительным арсеналом геофизических методов, основанных на изучении электрических, магнитных, ядерных, упругих и других свойств горных пород. Комплекс ГИС определяется целевым назначением скважин, особенностями геологического разреза, условиями бурения и характером ожидаемой геологической информации.

Геофизические исследования в скважинах проводятся с помощью специальных установок, которые включают наземную и глубинную аппаратуру, соединенную между собой каналом связи – геофизическим кабелем, а также спуско-подъемный механизм, обеспечивающий перемещение глубинных приборов по стволу скважины. Эти установки называют каротажными станциями (Logging unit).

Наземная регистрирующая аппаратура компьютеризированной каротажной станции включает в себя один (или два) компьютера, блоки питания, телеметрический модуль, систему измерения глубины спуска (подъема) скважинной геофизической аппаратуры и плоттер, скомпанованные в виде отдельных стендов, смонтированных в специальном кузове (кунге), установленном на шасси автомобиля большой грузоподъемности (МАЗ, КраЗ, МАН) совместно со спуско-подъемным механизмом, обеспечивающим перемещение глубинных приборов по стволу скважины.

Под скважинной геофизической аппаратурой понимают совокупность измерительных устройств, предназначенных для определения различных физических параметров в скважине. В большинстве случаев комплект скважинной аппаратуры включает в себя связку глубинных приборов, основными элементами которых являются датчики (зонды), располагающиеся вне скважинного прибора или входящие в его состав; телеметрический модуль, собирающий информацию от всех приборов; и кабель для передачи информации на поверхность, где она записывается, обрабатывается по определенным алгоритмам и передается заказчику в цифровом виде и в виде диаграмм.

Конструктивные особенности того или иного прибора в связке определяются физическими основами метода, скважинными условиями и технологией проведения геофизических исследований. В зависимости от решаемых задач ГИС общая длина связки может изменяться от нескольких метров до 25-30 м., а вес - от сотен до 1500 кг., что регламентирует проведение геофизических исследований с использованием бурового оборудования (крон-блок, талевая система) на бурящихся скважинах или специальных вышках при проведениях исследований на скважинах, оборудованных фонтанной арматурой, т.е. в процессе разработки нефтяных и газовых месторождений.

В результате использования связки приборов за один спуско-подъем регистрируют одновременно несколько физических параметров, позволяющих решать основные геолого-геофизические задачи, связанные с поиском, разведкой и разработкой месторождений нефти и газа.

Глубинные приборы связки работают в условиях высоких давлений (до 120 МПа), температуры (до 200°С) и химически агрессивной внешней среды (растворы солей, нефть, газ, сероводород и т.п.), испытывая механические воздействия при перемещении по стволу скважины.

Спуск и подъем скважинных приборов осуществляется с помощью спуско-подъемного агрегата (лебедки) с намотанным на нем кабелем и подвесного и направляющего роликов (блок-баланса), устанавливаемых на устье скважины.

В зависимости от глубины исследования скважин, типа и длины кабеля используют лебедки разных размеров и конструкций. Используемые на производстве лебедки могут иметь механический привод или программно-управляемый гидравлический привод.

Механический привод лебедки состоит из коробки переключения переда двигателя автомобиля, двухскоростного редуктора и цепной передачи. Регулировка скорости движения кабеля осуществляется двухскоростным редуктором, коробкой переключения передач и дополнительно вручную оборотами двигателя автомобиля. Лебедка может иметь ручные ленточные и плавные (дисковые) пневматические тормоза.

Более современный гидравлический привод передает вращение двигателя автомобиля гидронасосу, который соединен с гидромотором, обеспечивающим через редуктор вращение барабана лебедки, что позволяет подобрать более точно скорость движения кабеля плавно, без рывков, автоматически контролировать движение скважинного прибора и обеспечить надежность проведения ГИС. Диапазон скоростей движения кабеля 50-8500 м/час. Барабан лебедки, как правило, изготавливается из немагнитной стали.

Для подсоединения системы регистрации к кабелю на лебедке устанавливается коллектор. Коллектор состоит из вращающейся части, связанной с валом барабана лебедки, и корпуса, закрепленного на раме лебедки. На вращающейся части коллектора смонтированы изолированные от корпуса и друг от друга кольца (диски), по которым при вращении барабана скользят неподвижные щетки. К кольцам подведены жилы и броня кабеля, а к неподвижным щеткам – выводы измерительной схемы каротажной станции. Необходимо, чтобы щетки имели надежный контакт с дисками коллектора, и все рабочие органы коллектора были хорошо изолированы от корпуса и друг от друга (сопротивление изоляции должно быть не ниже 50 МОм).

Пульт контроля каротажа позволяет осуществлять контроль скорости и глубины спуска, контроль натяжения кабеля при подходе скважинного прибора к устью скважины, освещение кузова подъемника и устья скважины, контроль двигателя автомобиля, контроль пневматической системы тормоза барабана.

В процессе геофизических исследований должны быть известны данные о глубине, скорости перемещения прибора по скважине и натяжении кабеля. Это достигается применением 2-х роликов (блок-баланса), направляющего и подвесного, и специального устройства для изменения глубины спуска (подъема) и натяжения кабеля.

Направляющий ролик обычно крепится к подроторной раме основания буровой, а подвесной с помощью специальной подвески на талевой системе бурильной установки.

Устройство для измерения глубины представляет из себя два плоских измерительных ролика, между которыми проходит кабель. Во избежание проскальзывания кабеля ролики стянуты к их поверхности. Сверху роликов установлены два диска с равномерно нанесенными по окружности прорезями. С внешней и внутренней стороны каждого диска располагается оптопара, включающая светодиод и фотодиод (вся система носит название – инкодер). При движении кабеля диски вращаются, луч света от светодиода через прорези попадает на фотодиод в результате чего генерируется последовательность выходных импульсов пропорциональная их вращению (1 оборот = 1280 имп.). Импульсы поступают в компьютер каротажной станции через модуль измерения глубины, где считываются и автоматически рассчитываются глубина нахождения прибора и скорость его перемещения. Контроль за исправностью работы системы измерения глубины осуществляется с помощью магнитных меток, которыми размечается кабель через определенный промежуток, составляющий 10, 20 или 40 метров. Датчик магнитных меток входит в описанную выше систему. Устройство контроля натяжения кабеля представляет собой блок из пяти или трех роликов, через которые проходит каротажный кабель. При изменении нагрузки на кабель в результате его изгиба увеличивается (уменьшается) давление кабеля на центральный ролик, передавая изменение давления на его ось, которая связана с датчиком натяжения. Датчик натяжения регистрирует изменения нагрузки на оси ролика и передает сигнал в систему регистрации.

Оба устройства (измерение глубины и контроля за натяжением кабеля – см. рис.1 и рис.2) монтируются в непосредственной близости от лебедки на подвижном кронштейне, выполняющем функцию кабелеукладчика.

Геофизические грузонесущие кабели предназначены для спуска и подъема приборов при проведении ГИС, измерительного инструмента для определения глубины их нахождения в скважине, прострелочно-взрывных работах, а также для отбора проб и образцов горных пород в скважинах, заполненных жидкостью или газом различной плотности, состава и температуры.

Жилы и броню кабеля используют в качестве линий связи. По кабелю подают питание к скважинным приборам и передают телеизмеряемые сигналы, регистрируемые на поверхности.

В соответствии с назначением и условиями эксплуатации геофизические кабели должны обладать определенными свойствами:

а) высокой механической прочностью, гибкостью и минимальным удлинением;

б) известным электрическим сопротивлением токопроводящих жил и их электрической симметрией,

в) высоким сопротивлением изоляции жил, не нарушающимся в условиях агрессивной проводящей среды, высокого давления пластовой жидкости и высоких температур.

Обычно сопротивление изоляции жилы нового (полученного с завода) кабеля около 100-150 МОм на 1 км при 20°С.

При геофизических исследованиях скважин применяют, в основном, одно-, трех- и семижильные кабели в 2-х слойной бронированной оплетке.

Как отмечалось выше, с помощью стационарных автоматических установок кабель размечается через определенные интервалы магнитными метками, что позволяет контролировать исправность системы измерения глубины нахождения прибора в стволе скважины.