д. и. дьяконов,

Е. И. ЛЕОНТЬЕВ,

Г. С. КУЗНЕЦОВ

ОБЩИЙ КУРС

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

СКВАЖИН

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых»

МОСКВА, «НЕДРА», 1984

Дьяконов Д. И., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С. Общий курс геофизических исследований скважин.— Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб.— М.: Недра, 1984.—432 с.

Рассмотрены основы геофизических методов исследований скважин при поисках, разведке и разработке месторождений неф­ти, газа, угля, руд и нерудного минерального сырья, принципы измерения физических полей в скважинных условиях, аппаратура и оборудование, интерпретация результатов исследований, охрана окружающей среды. Во втором издании (первое издание — 1977 г.) переработаны с учетом новейших данных разделы, ка­сающиеся методов исследования, способов получения, обработки и интерпретации материалов, аппаратуры и оборудования.

Для студеитов вузов, обучающихся но специальности «Гео­физические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых».

Табл. 7, ил. 196, список лит.— 22 назв.

Рецензенты: Кафедра геофизики Ивано-Франковского института нефти в газа, инж. А. А. Мухер (Мнннефтепром).

| БИБЛИОТЕКА |

индус»р. мастатута |

„

© Издательство «Недра», 1984

1004050000-066 ^Д 043(01)-84 ^П4“⁸⁴

Предисловие

В последние годы разработаны новые методы геофизических исследовании скважин (ГИС), сконструирована геофизическая аппаратура (как скважинная, так и наземная), позволяющая одновременно регистрировать несколько параметров комплекс­ными и комбинированными приборами, производить обработку и интерпретацию геофизической информации с помощью ЭВМ. Некоторые виды геофизической аппаратуры, оборудования и скважинных аппаратов сняты с производства и заменены но­выми. В связи с этим назрела необходимость переиздания дан­ного учебника.

Методы ГИС в учебнике изложены в строгой последова­тельности в зависимости от рода физического или физико-хими­ческого поля (электромагнитного, ядерного, теплового, акусти­ческого и др.), природы его возникновения (естественное, ис­кусственное), характера изменения во времени (постоянное, квазипостоянное, переменное), вида взаимодействующих частиц (гамма-кванты, нейтроны, электроны).

Во второе издание учебника включен новый материал, ка­сающийся комплектования методов ГИС, использования ЭВМ при обработке и интерпретации геофизических данных и дан­ных методов скважинной электроразведки, применения широ­кополосного акустического метода, метода акустического теле­видения и пьезоэлектрического метода. Существенно перерабо­тан раздел «Аппаратура и оборудование» с учетом последних аппаратурных разработок, изменен порядок изложения мате­риала в главах по радиометрии скважин и методам контроля разработки месторождений нефти и газа.

В учебнике «Введение», главы XIV, XXI, XXIV написаны Д. И. Дьяконовым; «Предисловие», главы I—VIII (без § 35), XVII—XX —Е. И. Леонтьевым, § 35 главы VIII, главы IX — XIII, XV, XVI, XXII, XXIII. XXV, «Заключение» - Г. С. Кузне­цовым.

Авторы выражают благодарность А. К. Маловнчко,

А. К. Лузину и В. Д. Шароварину за критические замечания и пожелания, сделанные при подготовке второго издания учеб­ника.

Предложения по улучшению содержания учебника авторы просят направлять в адрес кафедры геофизических методов по­исков и разведки месторождений полезных ископаемых Тюмен­ского индустриального института имени Ленинского комсомола (625036 Тюмень, Володарского, 38), а также в издательство «Недра» (103633, Москва, Третьяковский проезд, 1/19).

Введение

Геофизические методы исследования скважин — один из разде­лов прикладной геофизики. Они применяются для решения гео­логических и технических задач, связанных с поисками, развед­кой и разработкой месторождений полезных ископаемых, а также с изучением гидрогеологических и других особенностей исследуемых районов.

Наиболее широкое применение геофизические методы полу­чили при изучении нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения, опробования и эксплуатации.

Исследование скважин геофизическими методами прово­дится в четырех основных направлениях: 1) изучение геологиче­ских разрезов скважин; 2) изучение технического состояния скважин; 3) контроль разработки месторождений нефти и газа; 4) проведение прострелочно-взрывных и других работ в сква­жинах геофизической службой.

Изучение геологических разрезов сква­жин— наиболее важное направление. При этом используются электрические, магнитные, радиоактивные, термические, акусти­ческие, механические, геохимические и другие методы. Приме­нение их основано на изучении физических естественных и ис­кусственных полей различной природы. Интенсивность того или иного поля определяется разными факторами, в первую очередь физическими свойствами горных пород — электриче­ским удельным сопротивлением, диэлектрической и магнитной проницаемостью, электрохимической активностью, радиоактив­ностью и т. д.

При геофизических исследованиях скважин регистрируются диаграммы или производятся точечные измерения физических параметров; кажущегося электрического сопротивления, потен­циалов собственной и вызванной поляризации пород, силы тока, сопротивления заземления, электродных потенциалов, интенсив­ности гамма-излучения, плотности тепловых и надтепловых нейтронов, температуры, напряженности магнитного поля, ско­рости и времени распространения упругих колебаний, продол­жительности бурения и др.

Характер изменения указанных параметров по стволу сква­жины зависит главным образом от физических свойств пород. Физические свойства, в свою очередь, находятся в тесной связи с лнтолого-петрографнческой, коллекторской, продуктивной и другими характеристиками.

При изучении геологических разрезов скважин на основе ин­терпретации комплекса данных геологической и геофизической документации решаются следующие задачи: 1) геофизическое расчлененке разрезов и выявление геофизических коррелятнвов (реперов); 2) определение пород, слагающих разрезы скважин; 3) выявление коллекторов и изучение их свойств (пористости, проницаемости, глинистости и др.); 4) выявление и определение местоположения различных полезных ископаемых (нефти, газа, каменного угля, каменной соли, руды, термальных, минераль­ных и пресных вод и др.); 5) подсчет запасов полезных иско­паемых.

Данные геофизических методов исследования скважин по­зволяют определять геологическое строение месторождений и продуктивных горизонтов как в локальном, так и в региональ­ном масштабах.

Изучение технического состояния скважин проводится с помощью комплекса геофизических методов для определения искривления скважин, установления фактического диаметра скважин, определения профиля сечения скважины и обсадных колони, высоты подъема, характера распределения и степени сцепления цемента в затрубном пространстве, выявле­ния мест притоков и затрубной циркуляции вод в скважинах, выявления водопоглощающих горизонтов и контроля гидравли­ческого разрыва пласта, определения уровней жидкости, место­нахождения башмаков обсадных колонн и металлических пред­метов, оставленных в скважинах при авариях, глубин рас­положения забоев скважин и решения многих других важных нефтепромысловых задач.

Контроль разработки месторождений неф­ти и газа — решение следующих основных задач: 1) иссле­дование процесса вытеснения нефти и газа в пластах; 2) изу­чение эксплуатационных характеристик пластов; 3) уста­новление состава флюидов в стволе скважины; 4) изучение технического состояния эксплуатационных и нагнетательных скважин.

Проведение прострел очно-взрывных и дру­гих работ в скважинах — перфорация обсадных труб для сообщения скважины с пластом, отбор образцов пород из стенок пробуренных скважин для уточнения геологического раз­реза и торпедирование.

Геофизические методы изучения скважин являются важней­шим и неотъемлемым звеном в геологических буровых и экс­плуатационных работах, проводимых на нефтяных и газовых промыслах, угольных и рудных месторождениях, в гидрогеоло­гических и инженерно-геологических изысканиях.

Первыми геофизическими исследованиями скважин следует считать температурные измерения, проведение которых было начато еще во второй половине прошлого столетия, главным об­разом в артезианских скважинах. В нефтяной промышленности систематические геофизические наблюдения относятся к 1906— 1916 гг., когда известный русский геолог-нефтяник Д. В. Голу- бятииков произвел температурные измерения более чем в 300 нефтяных скважинах Азербайджана и Дагестана. По получен­ным данным впервые была установлена возможность исполь­зования геофизических методов для решения различных геоло­гических и нефтепромысловых задач.

В 1926—1928 гг. К. Шлюмберже (Франция) предложил и опробовал электрический метод исследования геологических разрезов скважин. Сначала он изучал разрезы скважин по их удельному электрическому сопротивлению путем измерения в скважинах физического параметра, названного кажущимся сопротивлением и обозначенного р_к. В 1931 г. в процессе иссле­довательских работ, проводившихся советскими геофизиками и сотрудниками фирмы «Шлюмберже» в объединениях Азнсфть и Грознефть, был разработан второй метод электрометрии сква­жин— метод потенциалов собственной (естественной) поляри­зации пород.

Геофизические данные позволили составить непрерывные геологические разрезы скважин. Это способствовало быстрому развитию промысловой геофизики и повышению ее роли в гео­логическом изучении разрезов скважин.

В развитии промысловой геофизики в СССР большую роль сыгпал крупнейший советский ученый, основоположник совет­ской нефтяной геологии, акад. И. М. Губкин, который придавал огромное значение геофизическим методам исследования сква­жин как новой, наиболее совершенной технике геологической документации разрезов. Общее число промыслово-геофизиче­ских партий в СССР уже в 1932 г. в 1,5 раза превышало их число во всех других странах мира, несмотря на относительно меньший объем буровых работ.

Одновременно с расширенном объема промыслово-геофизи­ческих работ совершенствовались их техника и методика. С 1931 г. начали применять инклинометр для определения уг­лов и азимутов искривления скважин. Это обеспечило надеж­ный контроль правильности бурения скважин и позволило учи­тывать искривление скважин при геологических построениях (Г. С. Морозов, Г. Н. Строцкий, К. Н. Бондаренко, К. А. Вер- патов).

В 1932—1935 гг. были разработаны первые стреляющие пер­фораторы, боковые грунтоносы и усовершенствованные тор­педы, которые стали широко применяться в нефтепромысловой практике.

При геологическом изучении разрезов скважин наибольшее развитие получили электрические методы, которые до сих пор являются основными методами бсскерновой документации. Ме­тоды кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации пород в дальнейшем были дополнены многими другими электрическими методами и их модификациями, на­шедшими применение при исследованиях нефтяных, газовых, угольных, рудных н других скважин.

В 1946 г. В. Н. Дахнов предложил метод сопротивления эк- ранироваиного заземления, состоящий в измерении сопротив­лении заземлителя, экранированного двумя или несколькими симметрично расположенными однополярными электродами. Аналогичные схемы этого метода были разработаны фирмами «Шлюмберже» (Франция) и «Халибартон» (США). X. Г. Долль предложил наиболее эффективный метод сопротивления экра­нированного заземления с автоматически управляемой фокуси­рующей системой, названной «Латерлог» («Ьа(ег1од») (боковой метод) и метод микрозондов СЭЗ с автоматической фокусиров­кой тока «Мнкролатерлог» («Мкго1а1ег1о£»).

В период с 1945 но 1955 г. сотрудниками кафедры промыс­ловой геофизики Московского нефтяного института им. И. М. Губкина (ныне МИНХ и ГП) под руководством В. Н.Дах- нова был разработан комплекс методов микроисследований скважин, включающий применение микрозондов, методов со­противления экранированного заземления (СЭЗ) и потенциа­лов вызванной поляризации пород. В 1948 г. X. Г. Долль предложил и описал индукционный метод электрометрии с использованием токов переменного электромагнитного поля.

Радиоактивные методы исследования скважин зародились в СССР в 1933—1934 гг., когда советские специалисты Г. В. Горшков, Л. М. Курбатов, А. Г. Граммаков, В. А. Шпак и другие предложили и опробовали в скважинах гамма- метод.

В 1941 г. известный советский физик Бруно Понтекорво предложил использовать для изучения разрезов скважин ней­тронный гамма-метод, состоящий в измерении интенсивности гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород нейтронами. В 1942 г. А. И. Заборовскнй и Г. В. Горшков со­здали нейтрон-нейтронный метод, основанный на измерении плотности нейтронов. Кроме указанных выше методов, нашли применение методы рассеянного гамма-излучения, наведенной активности, гамма-спектроскопии и др.

Термометрические исследования скважин наибольшее разви­тие получили в 1931—1932 гг. после внедрения в промышлен­ность электрических термометров. Обобщающие работы

В. Н. Дахнова и Д. И. Дьяконова, выполненные в 1952— 1958 гг., показали значительную эффективность термометрии скважин при решении многих геологических и нефтепромысло­вых задач.

Магнитные методы изучения разрезов скважин в СССР на­чали разрабатывать в 1934—1936 гг., когда К. П. Козин и М. И. Бейсик исследовали магнитные свойства горных пород и предложили по их магнитной восприимчивости изучать разрезы скважин. В 1933—1935 гг. советские геологи-нефтяники (П. И. Левуцкнй и др.) применили для исследования геологи­ческих разрезов метод измерения продолжительности бурения. В 1935 г. геофизики С. Я. Литвинов и Г. Н. Строцкий предло-

жили метод кавериометрии скважин — измерение изменений диаметра ствола скважины.

Первый пластовый наклономер был использован фирмой «Шлюмберже» в 1933 г.

Газометрию скважин начали применять в СССР в 1932 г. (М. В. Абрамович, М. И. Бальзаминов и др.).

В 1938—1941 гг. по предложению К. П. Козина, Н. А. Шле­зингер, В. Н. Фроловский и других специалистов в СССР были проведены исследования скважин люмннесцентно-бнтумнноло- гическим методом.

Начало широкого развития акустического метода относится к 50-м годам XX века. В 1948 г. фирмой «Хамбл ойл энд ри- файнинг компани» (США) был создан первый образец аппара­туры акустического метода для регистрации скорости распро­странения упругих волн по разрезу скважины. Позднее мето­дика и аппаратура акустического метода разрабатывались в Институте физики Земли (ИФЗ) АН СССР, во Всесоюзном научно-исследовательском институте методики и техники раз­ведки (ВИТР), ВНИИГеофизике и других организациях.

Одновременно с расширением комплекса ГИС и совершен­ствованием отдельных методов развивались основная наземная измерительная аппаратура и спуско-подъемное оборудование. На первых порах выполнялись точечные измерения (через каж­дые 0,5—1,0 м глубины) с помощью потенциометров, включен­ных в специальную измерительную установку. В 1932 г. начали применять полуавтоматические регистраторы в комплекте с пульсаторами, что дало возможность производить непрерыв­ную и одновременную запись диаграмм кажущегося сопротив­ления и потенциала собственной поляризации пород.

В результате работ многих производственных и научно-ис­следовательских организаций были созданы автоматические гео­физические лаборатории типа АКС (С. Г. Комаров, Л. И. По- меранц, А. А. Дацкевич), ОКС (В. М. Запорожец, Г. В. Вой- швнло, 3. В. Фельгейс и др.) и АЭКС (В. X. Шульгин, И. Я. Ривкин, Т. Б. Щербаненко и др.). Применение автомати­ческих геофизических лабораторий в промышленности было на­чато в 1950 г.

Научные основы геофизических методов исследования сква­жин разработали Л. М. Альпин, Ю. П. Булашевич, В. Р. Бур- сиан, Б. Ю. Венделылтейн, В. Н. Дахнов, В. М. Добрынин,

С. А. Кантор, С. Г. Комаров, О. Л. Кузнецов, В. В. Ларионов, В. А. Мейер, В. А. Фок и другие советские ученые.

Техника и методика геофизического исследования скважин развивались усилиями многих советских геофизиков и приборо­строителей, к которым принадлежат С. Я. Выборных, Г. В. Горш­ков, В. Н. Дахнов, С. Г. Комаров, А. А. Коржев, С. Я. Литви­нов, В. Ф. Печерников, Г. Н. Строцкий, И. В. Шевченко и др.

В изучении физических свойств горных пород и развитии интерпретации данных геофизических методов исследования . М1.1ЖНИ сущссI iM'iiiivio роль сыграли работы Г. М. Авчяна, И II Дахнопп, Л II Долиной, Б. Ю. Вснделыитсйна, И М. Добрынина, И II Кобрановой, А. К. Козырина, С. Г. Ко­марова, В В Ларионова, М. Г. Латышовой, Г. С. Морозова, Л М Нсчая, II Л Перькова и др.

В создание автоматизированных систем обработки и интер­претации геофизических данных большой вклад внесли III Л. Губерман, I II Чнерен. С. М. Зунделевич, А. Е. Кулнн- копич, И. II ('.охраной, М М Элланский и др.

1а рубежом значительное плиянис на развитие геофизиче­ских методой н« I лсдонпння скважин оказали теоретические и женернмгнти льиые работы К Шлюмберже, Г. Долля, Г. Арчи, Д /1<* 11 ;iпи, I ГюЙо, М Мартена, С. Пирсона, В. Рассела, М Вилли, В Винзауера, Р. Дсбранда, М. Тиксье и многих дру­гих иеследоиагелей.

Мерспектимы дальнейшего развития геофизических методов исследования скиажин снизаны с решением следующих вопро- соп.

1. Совершенствование теоретических основ и создание но­вых геофизических методов исследования разрезов скважин, базирующихся на изучении электромагнитных, радиоактивных, акустических и других нолей.

2 Проведение комплексных пстрофнзических исследований, являющихся основой геологической интерпретации результатов геофизических исследований разрезов скважин.

Я Внедрение и практику геофизических работ цифровых лабораторий и разработка комиыотизированных лабораторий, которые позволят полностью автоматизировать процесс получе­ния, обработки и интерпретации геофизических данных.

4. Выбор наиболее оптимального комплекса геофизических исследований скважин для конкретного района в зависимости от задач, решаемых бурением, типа геологического разреза и технологии бурения скважин.

5. Разработка и совершенствование скважинной аппаратуры и методик проведения геофизических исследований в различ­ных геологических и скважинных условиях измерений.

1. Совершенствование способов количественной геологиче­ской интерпретации результатов геофизических исследований скважин и полная се автоматизация.

7. Подготовка высококвалифицированных специалистов-гео- фнзнков, владеющих современными и полными знаниями в областях геологии, теоретической физики, математики, фи­зической и коллоидной химии, радиоэлектроники и оперируемых современными методами обработки получаемой информации с помощью электронно-вычислительных машин.

Часть первая

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН

Глава I

ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ СКВАЖИН

§ 1. Характеристика объекта исследования

В геофизике как прикладной науке главным объектом изучения являются горные породы и связанные с ними полезные иско­паемые. Сведения о составе пород, глубине и форме их залега­ния и наличии в них полезных ископаемых получают путем изу­чения физических и физико-химических полей разной природы, интенсивность которых зависит от петрофнзичсскнх характери­стик объекта, его геологического строения и мощности источ­ника поля.

При геофизических исследованиях горные породы и полез­ные ископаемые изучаются в разрезах скважин. Скважина пред­ставляет собой вертикальную или наклонную цилиндрическую горную выработку, длина которой значительно больше ее диа­метра. Она состоит из трех основных частей: устья — ее верх, забоя — ее дно и ствола — вся цилиндрическая часть от устья до забоя. Скважины бурят с целью поисков месторождений нефти, газа, угля, руд, пресных и термальных вод, а также для решения различных геологических задач. Значительный объем скважин приходится на эксплуатационные и нагнетательные, которые бурят при разработке месторождений нефти и газа.

Скважина—это сложное и дорогостоящее сооружение, по­этому получение наиболее полной и качественной информации

о ее техническом состоянии, вскрытых горных породах, про­цессе выработки нефтяных и газовых, угольных и рудных пла­стов является важной задачей. Геофизические методы исследо­вания скважин играют при этом первостепенную роль, так как только они дают наибольший объем непрерывной информации, позволяющей обнаруживать месторождения полезных ископае­мых. обоснованно вести их разработку.

Вскрывая толщи горных пород, скважина нарушает их есте­ственное залегание. В результате частично изменяются физико­

химические условия окружающей среды и петрофизическая ха- |>пк I«*|ИИ' Iнки пород, прилегающих к стенке скважины. Изменя- lomi Iмкли' первоначальные геостатнческое давление и темпе- pnrypii

Горные породы обладают различными механическими свой-

• щами. Плотимо сцементированные породы при разбуривании иАлнш стенки скважины не разрушаются, рыхлые, хрупкие, грпцннные ПОрОДЫ, наоборот, размываются промывочной жид­костью, вследствие чего образуются каверны, т. с. увелнчнва- пеи днампр пиолп скнажииы.

Искры гиг пород нри бурении производится, как правило, нрн даиленин н гкннжнне, превышающем пластовое, поэтому и пористые, проницаемые породы проникает промывочная жид­кость. Моры пород*коллекторов обычно имеют небольшие ра­диусы (от единиц до сотен микрометров), и в такие породы по­пукает только филырат промывочной жидкости, а глинистые частицы оседают на стенке скважины, образуя при этом гли­нистую корку. Глинистая корка препятствует разрушению породы и снижай дальнейшее поступление фильтрата жидко­сти н пласт.

И результате воздействии промывочной жидкости на прони­цаемый пласт под давлением, превышающем пластовое, образу­ется юна проникновения фильтрата промывоч­ной жидкости (рис. 1). И зоне проникновения физические свойства породы изменены. Прежде всего изменяется физико­химический состав флюида в норовом пространстве. При взаи­модействии фильтрата промывочной жидкости с породой про­исходят различные физико-химические процессы: набухание глинистых частиц, реакции окисления и восстановления, образо­вание потенциалов фильтрации и т. д. Диаметры зоны проник­новении в радиальном направлении могут изменяться в доста­точно широких пределах — от единиц сантиметров до десятков метров. Вблизи стенки скважины фильтрат промывочной жид­кости вытесняет в значительной мере первоначальный флюид (пластовую воду, нефть, газ). Наиболее измененная часть пла­ста вблизи стенки скважины называется промытой зоной.

При изучении физических характеристик неизмененной ча­сти пласта геофизическими методами сама скважина, промытая зона и зона проникновения фильтрата промывочной жидкости являются препятствиями для установления истинных парамет­ров породы — се пористости, проницаемости, глинистости, неф- тегазонасыщення и т. д. Для устранения влияния измененной части пласта на показания геофизических методов созданы спе­циальные аппаратурные устройства, позволяющие увеличить глубинность метода в радиальном направлении, и разработаны способы интерпретации, исключающие влияние скважины и промывочной жидкости, промытой зоны и зоны проникновения. При использовании установок с малым радиусом исследования (микрометоды) на показания геофизических методов оказывают

П

к

ООО О О

7

М 1»

/ — известняк плотный: 2 — глина; 3 — песчаник проницаемый; 4 — зона проникновения фильтрата промывочной жидкости; 5 — промытая зона; б —глинистая корка; 7—це­мент; 8 — колонна; 9 — промывочная жидкость. d_c. d_K, d , _к. £>_пп —диаметры скважины, каверны, обсадной колонны, зоны проникновения и промытой зоны соот­ветственно; Л_гК — толщина глинистой корки; Л — мощность пласта.

в

Рис. 1. Схема участка разреза горных пород с необсаженной (а) и обса­женной колонной (б) скважинах.

лияние, кроме того, толщина и физические свойства глинистой корки.

При бурении скважин в качестве промывочных жидкостей, используемых для выноса на поверхность выбуренных частиц горных пород, а также для укрепления стенок скважин и вра­щения долота при турбинном бурении, применяются специально приготовленный глинистый раствор с добавлением различных реагентов и утяжелителей, техническая вода, обогащенная гли­нистыми частицами из разбуриваемых глинистых толщ, и так называемые нефильтрующнеся растворы на нефтяной или дру­гих основах. Промывочные жидкости характеризуются опреде­ленной плотностью, вязкостью, водоотдачей, содержанием пе­ска, концентрацией растворенных солей и т. д. От физико-хи­мических свойств промывочной жидкости зависит эффектив­ность методов ГИС.

После окончания бурения и проведения геофизических ис­следований в открытом стволе скважину укрепляют обсадными металлическими колоннами. В зависимости от конструкции скважины в нее опускают одну или несколько колонн. Про­странство между опущенной колонной и стснкой скважины ук­репляют с помощью цементного раствора для разобщения от­дельных пластов и раздельного их опробования при поисках, разведке и разработке месторождении. Исследования разрезов

екинжнн, обсаженных металлическими трубами, можно прово- IIIп. только методами радиометрии, термометрии, сейсмомет­рии.

При измерениях радиоактивных, тепловых, акустических но­лей на показания методов в обсаженных скважинах искажаю­ще* влияние оказывают не только сама скважина, промытая лона и зона проникновения, но и толщина стенок обсадных ко­лонн и их материал, толщина цементного камня в затрубном пространстве и качество его сцепления с колонной и породами. Существуют способы, позволяющие исключить или учесть влия­ние колонны и цемента на показания геофизических методов.

• 2. ОСНОВЫ ТЕЛЕМЕТРИИ СКВАЖИН

Телеметрия (телеизмерения) — измерение сигналов на расстоянии с помощью каналов связи. Телеизмерительная си­стема представляет собой совокупность измерительных и пре­образовательных приборов с линиями связи между ними.

При геофизических исследованиях получают информацию об изучаемом объекте, находящемся в околоскважинном простран­стве или в самой скважине. Глубина скважин колеблется от десятков метров до нескольких километров. В зависимости от этого сигналы регистрируются телеизмерительными системами дистанционного и ближнего действия.

По тину линий связи различают телеизмерительные системы пеэлектрнческие (гидравлические) и электрические (проводные, радио). При исследовании скважин основную роль играют си­стемы с электрическими проводными линиями. Гидравлическая линия связи — промывочная жидкость скважины — использу­ется лишь при газомстрии скважин.

Телеизмерительную систему при скважинных измерениях можно представить в следующем виде. В скважине находится первичный преобразователь сигнала (электрического или не­электрического)—датчик, который преобразует ту или иную физическую величину (напряженность электромагнитного поля, скорость распространения упругих колебаний, силу электриче­ского тока, энергию или плотность радиоактивных частиц, температуру, механическое перемещение и т. д.) в сигнал, удоб­ный для передачи на расстояние, преобразования и регистра­ции (рис. 2). Датчик — один из основных элементов в устрой­ствах дистанционных измерений и телеизмерений.

Датчик состоит из воспринимающего (чувствительного) ор­гана и одного или нескольких промежуточных преобразователей (рис. 3). В геофизике преобладающая часть датчиков работает на основе измерения электрических и неэлектрических величин к преобразования их в электрические сигналы. Датчики харак­теризуются законом изменения выходной величины у в зависи­мости от изучаемой величины х, пределами изменения изучае­мого параметра л'_тах—и выходного сигнала Утлх—

V7/.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема телеизмерительного устройства.

ПУ — приемное устрой­ство; РП — регистри­рующий прибор. Г — генератор.

Рис. 3. Структурные схемы датчиков. а — простейший вид датчика; б — каскадное соединение преобразователей; в — дифференциальный датчик; г — компенсационный датчик. / — воспринимающий орган (чувствительный элемент); 2 — выходной орган; 3 — изме­ритель рассогласования (вычитающий элемент); 4 — уси­литель: 5 — генератор: 6 — промежуточный преобразова­тель; 7 — приемное и регистрирующее устройства: £ — блок питания датчика и наземного устройства; 9 — ли­нии связи (кабель); 10 — стенка скважины.

а д

ПГЬГЛ Гё ЬЧ 71

¥

—</пип=Д</, чувствительностью 5 = Ду/Дх_> порогом чувствитель­ности (нижним и верхним)—величинами минимального и мак­симального воздействия, на которое реагирует и при котором стабильно работает датчик, и временными параметрами (по­стоянными времени). В датчик могут входить также генератор, усилитель и другие преобразователи сигналов.

К датчикам, работающим в скважинных условиях, предъяв­ляются повышенные требования в отношении работоспособно­сти при высоких температуре и давлении. Температура в сква­жинах может достигать нескольких сотен градусов, а гидроста­тическое давление — нескольких десятков мегапаскалей. Для изготовления датчиков используются термостойкие детали и материалы, с помощью защитных корпусов нз металлов или диэлектриков обеспечивается их герметизация.

Телеизмерительные системы делятся на токовые, частотные, цифровые, системы напряжения и времени.

Токовые телеизмерительные системы основаны на том, что измеряемая физическая величина (удельное электрическое со­противление, температура, механические перемещения и т. д.) преобразуется в электрический ток, сила которого пропорцио­нальна интенсивности изучаемого поля. Для передачи сигналов по линии связи используется как постоянный, так и перемен­ный ток. Токовые системы делятся на некомпенсационные и компенсационные. Компенсационные системы менее чувства тельны к утечкам и помехам в линии связи.

н

II м .'Н'нимернтельных системах напряжения физическая ве­тчина преобразуется и напряжение постоянного или перемен- пищ гокп, которое поступает в линию связи. Системы напряже­нии чпрактеризуются высокой точностью измерения, но чувствн- н'льиы к утечкам тока в линии связи.

И частотных системах физическая величина преобразуется и импульсы ностояннок) тока (частотно-импульсная система) и hi в переменный ток (частотная система). Частота импульсов и мм» тоги тока пропорциональны измеряемой величине. Эта си- . гема неиольауеии при регистрации сигналов радиоактивными методами не» ледопанни скважин, а также методами кажуще- Ki. il i.'H iu ричеекого еоиротиилсиия.

II цнфроны\ гг ншмернтельных системах измеряемая физи­ческая величина передается по линии связи цифровым кодом,

I «• с помощью определенной комбинации импульсов. Эта си-

• гема получила также название кодоимпульсной.

При комплексных геофизических исследованиях наиболее часто неполыукп частотно модулированные системы с частот­ным разделением сигналом в приемных устройствах на поверх­ности с помощью различных фильтров.

По квантованию измеряемой величины по времени и по уровню сигнала телеизмерительные системы делятся на три группы I) аилтгоиые (непрерывная регистрация величины); '2) импульсные (квантование измеряемой величины по вре­мени); 'I) цифровые (ква гованне измеряемой величины по вре­мени и по уровню). К аналоговым системам относятся токовые, системы напряжения, частотные и фазово-синусоидальные, к импульсным нромя-имнульсныс, амплитудно-импульсные и импульсно-частотные.

Датчики и измерительные устройства питаются на поверх­ности от стабилизированных источников постоянного или пере­менного напряжения.

И канале связи, кроме полезного сигнала, возникают раз­личного рода помехи, связанные с нарушением изоляции связи, появлением промышленных электрических полей, изме­нением температуры и давления. Следовательно, телеизмери­тельные системы должны обладать достаточной помехоустой­чивостью.

Способность телеизмерительной системы сохранить работо­способность при наличии случайных помех называется ее по- м е х о у с т о й ч и в о с т ыо. Надежность — вероятность без­отказной работы аппаратуры и линии связи в определенном ин­тервале времени и длительность срока службы аппаратуры н линии связи.

Большое будущее принадлежит цифровым телеизмеритель­ным системам, которые обладают высокой помехоустойчиво­стью, высокой точностью, обеспечивают возможность представ­лять н регистрировать измерительную информацию в цифровой форме и обрабатывать измерительную информацию с помощью

электронно - вычислитель­ных машин.

П

Рис. 4. Схема телемогричсскоП си* стсмы для геофизических нсслсдома- И lift сквлжии.

Г --]* ПО Ш⁷

/ — глина; }-М1МГ1МК| Я--песчаник; 4 — ангидрит; 5 — нромыпочнпч ЖИДКОСТЬ; б — цсмснгмиЛ камень; 7 — обсаднан колонна.

рактическая реализа­ция телеизмерительной си­стемы при геофизических исследованиях скважин со­стоит в следующем (рис. 4). К кабелю II, намотанному на барабан лебедки V подъемника VI, подсоеди­няется скважинный прибор /. в котором находятся дат­чик и электронные узлы. Скважинный прибор опус­кается в скважину через направляющий блок IV и подвесной блок-баланс III. Кабель выполняет две функции: является сред­ством передачи сигналов и несет механическую на­грузку при спуске и подъ­еме прибора. Лебедка вра­щается с помощью двига­теля автомобиля. Сигналы с кабеля передаются в гео­физическую лабораторию VII через соединительный провод «коллектор лебед­ки — лаборатория» VIII. К блок-балансной системе подсоединяются датчики глубин, натяжения и мсткоуловнтель, сигналы от которых пе­редаются по многожильному проводу «датчик — лаборатория» IX. В качестве заземления служит специальный провод, укреп­ленным вблизи скважины.