Глава XVII

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКВАЖИН

Сведения о техническом состоянии скважин необходимы для более эффективной геологической интерпретации комплекса геофизических методов исследования скважин, получения пра­вильных сведений о результатах опробования пластов, надеж­ного контроля разработки месторождений полезных ископае­мых, проведения ремонтных работ в скважинах.

При изучении технического состояния скважин определяют:

1. искривление скважин — инклинометрия; 2) диаметр сква­жин— кавериометрия; 3) профиль сечения скважины и обсад­ных колонн — ирофилеметрия; 4) качество цементирования об­садных колонн; 5) места притоков и поглощений жидкости в скважинах; С) затрубную циркуляцию жидкости; 7) место гидроразыва пласта; 8) уровень жидкости; 9) местоположения муфтовых соединений обсадных колонн и перфорированных участков колонн, толщину и внутренний диаметр обсадных ко­лонн, участки смятия и разрыва колонн.

§ 74. Инклинометрия

Скважины проектируются либо вертикальными, либо нак­лонно-направленными. В процессе бурения ствол скважины от­клоняется от заданного направления по ряду причин геологи­ческого и технического характера. Фактическое отклонение оси скважины от вертикали в каком-либо направлении называется искривлением скважины. Оно определяется углом ис­кривления ф и магнитным азимутом искривления <р (рис. 142). Угол наклона скважины заключен между осыо скважины и горизонтальной плоскостью и равен 90° — ф. Магнитный азимут искривления — угол между направлением на маг­нитный север и горизонтальной проекцией оси скважины, взя­той в сторону увеличения глубины скважины. Плоскость, про­

ходящая через вертикаль и ось скважины в определен­ном интервале глубин, на­зывается плоскостью искривления.

Д

Рис. 142. Участок оси скважины в вер­тикальной плоскости (а) и проекция участка ствола скважины на горизон­тальную плоскость (б).

//-длина скважины; И-: Я/_|— глубина расположения забоя и абсолютная отметка устья; А — ось скважины; С_м, Ю_м — север н юг магнитные

анные об искривлении скважины необходимы для определения глубины распо­ложения забоя и истинных глубин залегания пластов, расчета нормальной мощ­ности пластов, для осу­ществления контроля ис­кривления скважины и вы­явления участков резких отклонений ствола сква­жины, которые могут ос­ложнять спуск бурового ин­струмента, геофизических приборов, обсадных труб и скважинных фильтров.

Измерение угла и ази­мута искривления скважины выполняется специальными при­борами — инклинометрами, которые можно объединить в три группы: 1) инклинометры с дистанционным электриче­ским измерением; 2) фотоинклинометры; 3) гироскопические инклинометры. В инклинометрах первых двух групп элементы искривления скважины определяются с помощью земного маг­нитного поля и силы тяжести. Работа инклинометров третьей группы основана на гироскопическом эффекте.

Инклинометры с дистанционным электрическим измерением

Наиболее распространенными инклинометрами этой группы являются приборы дискретного действия типа КИТ и КИТА, работающие с одножильным кабелем. Принцип дейст­вия главной механической части этих инклинометров один и тот же.

Главная механическая часть приборов — вращающаяся рамка, ось которой совпадает с главной осью инклинометра (рис. 143). Центр тяжести рамки смещен так, что плоскость ее всегда располагается перпендикулярно к плоскости искривле­ния скважины. В рамке помещаются датчики азимута и угла искривления скважины.

Д

12

15

Рис. 143. Схема главной меха­нической части инклинометров типа КИТ и КИТА.

/ — подшипник; 2 — контактные кольца коллектора; 3 — коллектор: 4 — магнитная стрелка: 5 — пру­жинные контакты; 6 — азимуталь­ный реохорд; 7 — контактное коль­цо; 8 — острие: 9 — грузик буссо­ли: 10 — дугообразный рычаг; II — отвес; 12 — токопроводящий про- под датчика угла: 13 — стрелка от* поел; и — угловой реохорд: 15 — грузик. ориентирующий рамку;

16. — керн рамки

атчик азимута представляет собой буссоль, магнитная стрелка которой перемещается над круговым реостатом. Бус­соль подвешена на двух закрепленных в рамке полуосях так, что острие, на котором вращается магнитная стрелка, распола­гается вертикально, а колодка с азимутальным реохордом —

горизонтально. При измерении азимута магнитная стрелка установленными на ней пружинными контактами соединяет то­копроводящее кольцо с одной из точек реохорда. В измеритель­ную цепь вводится участок азимутального реохорда, сопротив­ление которого пропорционально величине азимута искрив­ления.

Датчик угла искривления состоит из дугового реостата, рас­положенного против конца стрелки отвеса, с которым скреп­лена стрелка. Отвес и стрелка находятся в плоскости искрив­ления, перпендикулярной к оси рамки. При вертикальном положении прибора конец стрелки отвеса находится против на­чала реохорда. При наклоне прибора стрелка отклоняется от­носительно этого положения на угол, равный углу отклонения скважины от вертикали. При замыкании токовой цепи конец стрелки прижимается к угловому реохорду. В измерительную цепь при этом вводится участок углового реохорда, сопротив­ление которого пропорционально величине угла искривления.

Электрическая схема инклинометров КИТ и КИТА приве­дена на рис. 144. Сопротивления #_уг и /?_аз через балластное сопротивление /?/ подключаются к четвертому плечу моста че­рез центральную жилу кабеля и его оплетку. Разности потен­циалов, снимаемые с реохордов /?_УР и /?_аз и пропорциональные углу и азимуту искривления скважины, фиксируются на по-

верхностн мостовой компенсационной схемой. Мост уравнове­шивается реохордом 11,2. Отсчет азимутов и углов искривления производится непосредственно по градуированной шкале. Пе­реключение позиций для измерения угла и азимута, контроль­ного определения полных сопротивлений реохордов и компен­сация сопротивления жилы кабеля выполняются посредством электромагнита ЭМ и разрядника Р. При транспортировке при­боров подвижные части рамки арретируются.

Разработанный во ВНИИнефтепромгеофнзнке цифровой ин­клинометр непрерывного действия ИН1-721 позволяет вести не­прерывную регистрацию элементов искривления скважин со скоростью до 1000 м/ч.

К ожухи всех инклинометров латунные или из немагнитной стали. Они заполняются на 75 % объема смесью трансформа­торного масла с лигроином или керосином для смазки узлов и обеспечения затухания движения частей переключающего ме­ханизма и измерительной части прибора. Измерение угла и азимута искривления этими инклинометрами возможно только в незакрепленных скважинах. В скважинах, обсаженных сталь­ными колоннами, можно изме­рять только угол искривления.

Погрешности определения угла и азимута искривления скважины связаны с нарушением изоляции цепей и жил кабеля, отклонением силы тока питания от требуемого значения, непа- раллельностью осей инклино­метра и скважины, недостаточно точной регулировкой механиче­ских и электрических схем при­бора. Непараллельность осей скважины и прибора обуслов­лена наличием каверн и глинис­той корки неравномерной тол­щины на стенках скважин. Для уменьшения погрешностей из­мерения т|) и ф в последнем слу­чае увеличивают длину прибора

Рис. 144. Электрическая схема никли нометров КИТ и КИТА.

*?_а5. Я_уг — азимутальный и угловой рео хорды; К _яз. Ку_Г — азимутальное и углом* кольца; Ш_зУ Ш_уг—контактные щетки ази­мута и угла: КК — контактные кольца: РП — регистрирующий прибор

путем присоединения к нему удлинителя, который служит в ка­честве груза и позволяет удерживать прибор параллельно оси скважины. Сопротивление изоляции цепей прибора и жил ка­беля должно быть не менее 2 МОм.

Фотоинклинометры

В инклинометрах этого типа показания угла и азимута искривления не преобразуются в электрические сигналы, а фо­тографируются на кинопленку.

Наиболее широкое применение нашел фотоинклинометр ИФ-6, который рассчитан на работу при температуре до 80— 100 °С и давлении до 60 МПа с одножильным кабелем. Замеры фотоинклинометром являются фотодокументом. Это основное преимущество его перед дистанционными электрическими инк­линометрами, так как здесь исключены погрешности, имеющие место при измерениях электрических сигналов, передаваемых по линии связи на расстояние.

По оперативности исследования скважин фотоинклинометры уступают приборам с дистанционным измерением, поэтому в производстве они получили значительно меньшее распрост­ранение.

Гироскопические инклинометры

Конструкция гироскопического инклинометра основана на свойстве гороскопа с гремя степенями свободы при вращении неизменно сохранять заданное первоначальное направление своей оси в пространстве. Заданное направление оси гироскопа может служить исходным ориентиром для определения направ­ления отклонения оси скважины от вертикали. Угол искривле­ния замеряется с помощью отвеса или более сложного устрой­ства, содержащего гироскоп (гиромаятник, стабилизатор гори­зонта).

Гироскопические инклинометры (ИГ-2, ИГ-50, ИГ-70, «Шах­тер», СИ-3 и др.) используются для определения элементов искривления рудных скважин, в разрезах которых естествен­ное магнитное поле Земли искажено аномальными магнитными полями. Инклинометры с гироскопом позволяют производить непрерывную автоматическую запись элементов искривления скважины со скоростью до 1800 м/ч.

Недостаток гироскопических инклинометров — смещение оси гироскопа от заданного направления (прецессия оси) во время измерений из-за влияния трения. Это затрудняет создание ги­роскопического инклинометра с малым наружным диаметром для исследования глубоких нефтяных и газовых скважин.

Градуирование инклинометров

Перед измерениями в скважине необходимо проверять пра­вильность показаний инклинометра. Градуировка прибора за­ключается в согласовании значений магнитного азимута и угла искривления скважины, получаемых инклинометром, с их за­данными значениями.

Для задания определенных азимута и угла искривления используют установочный стол УСИ-2. Стол с зажимом для инклинометра имеет две оси вращения — горизонтальную и вер­тикальную. Чтобы задать инклинометру положение в том или ином азимуте, его вращают в зажиме около вертикальной оси до получения нужного показания на лимбе; угол искривления задается вращением зажима около горизонтальной оси, где имеется шкала для отсчета угла.

Перед градуировкой стол регулировочными винтами уста­навливается в горизонтальное положение. Углы искривления, задаваемые на установочном столе, контролируются более точ­ным прибором — угломером-квадрантом. При градуировке инк­линометров вблизи (до 5 м) не должно быть предметов из маг­нитных материалов.

Проведение измерений инклинометрами

Элементы искривления глубоких скважин измеряют при подъеме прибора в точках через 20 или 25 м в вертикальных скважинах и через 5 или 10 м в иаклонно-направленных сква­жинах. Скорость перемещения прибора не должна превышать 2000—2500 м/ч. Глубины определяются по счетчику с уточне­нием по контрольным меткам на кабеле. Измерение в точке производится через 20 с после остановки прибора.

Первый замер искривления скважины выполняют на 2— 3 м выше забоя. Через каждые 5—10 точек в вертикальных скважинах и в каждой точке в наклонно-направленных сква­жинах выполняют контрольные измерения в точке на 1 м выше основного замера. При повторных работах в этой же скважине перекрывают не менее трех (вертикальные скважины) и пяти (наклонно-направленные скважины) точек прежнего замера.

Результаты измерений угла и азимута искривления сква­жины записывают в журнал, где должны быть указаны район работ, номер скважины, дата замера, тип и номер прибора.

Представление данных инклинометрии

Данные инклинометрии представляют в виде таблицы зна­чений угла искривления г|>, магнитного азимута ср и дирекцион- ного угла а направления искривления скважины. Значения (р и а соответствуют определенной глубине замера.

Днрекционный угол — угол между северным концом осевого меридиана (или осыо х географической координатной сетки данной зоны) и заданным направлением; он отсчитыва­ется от северного конца меридиана по ходу часовой стрелки. Днрекционный угол

а ~ ср-г7±0,

где у — У^гол сближения (угол между осевым меридианом и

меридианом в данной точке; он может быть положительным или отрицательным); О — магнит­ное склонение (восточное — со знаком плюс, западное — со зна­ком минус).

Т аким образом, для получе­ния дирекционного угла искрив­ления скважины необходимо к значению измеренного маг­нитного азимута (р прибавить угол у±й, величина которого обычно указывается на географи­ческих картах.

По данным измеренного угла искривления скважины и вычис­ленного дирекционного угла вы­черчивается план скважины — проекция оси скважины на го­ризонтальную плоскость (рис. 145). План скважины получают путем последовательного по­строения горизонтальных проекций отдельных участков сква­жины, начиная с наименьшей глубины. При этом ^ и а опре­деляют в отдельных точках и условно принимают в качестве средних для интервала между двумя соседними точками.

Горизонтальная проекция ¿-го интервала с углом искрив­ления т|)

Д/* = /* этф*,

где /,= #,—//{_ 1—длина интервала, //*- 1 и Я, —глубины рас­положения верхней и нижней точек интервала.

Определив последовательно по формуле горизонтальные проекции отдельных интервалов, отложив их значения в масш­табе по направлениям дирекцнонных углов и соединив началь­ную точку первого интервала с конечной точкой последнего интервала, получим общую горизонтальную проекцию сква­жины или общее смещение оси скважины от вертикали на ис­следованном участке. Величину смещения и его направление отмечают на плане. План скважины строится в масштабе 1 :200.