Глава XX

АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ

К геофизической аппаратуре относятся наземные геофизиче­ские измерительные лаборатории и скважинные геофизические п,риборы. Геофизическое оборудование обеспечивает электриче­скую и механическую стыковку скважинной и наземной аппа­ратуры посредством кабеля, спуск и подъем скважинных при­боров и аппаратов с помощью подъемника, блок-баланса и других вспомогательных приспособлений.

§ 87. Лаборатории

Геофизические измерительные лаборатории, называемые в некоторых случаях станциями, по способу регистрации геофи­зической информации можно подразделить на анологовые, ана­логово-цифровые, цифровые и компьютизированные.

Лаборатории предназначены для выполнения следующих ра­бот:

1. геофизических исследований разрезов нефтяных, газовых, угольных и рудных скважин (лаборатории ЛКЦ7-02, СК-1, АЭКС, АКС-65-П, КЛ-101, ЛЦК-10);

2. контроля разработки месторождений нефти и газа и изу­чения технического состояния скважин (лаборатории АИСТ, КОМПАС);

3. геолого-технологического контроля и исследований сква­жин в процессе бурения (лаборатории АСПБ, «Геотест-1», АГКС-4АЦ),

4. опробования и испытания пластов, отбора образцов по­род приборами на кабеле (лаборатория СПЛ);

^5)^прострелочно-взрывных работ в скважинах (лаборатория

6. геофизических исследований и контроля технического со­стояния скважин, бурящихся на воду (лаборатория СКВ-69);

7. инженерно-геологических изысканий (пенетрационная ла­боратория).

Геофизическая лаборатория состоит из следующих основных узлов: 1) измерительной схемы; 2) блока питания скважинных приборов и наземной аппаратуры; 3) силового блока, обеспе­чивающего питание скважинных приборов и наземного прини­мающего устройства; 4) регистратора для фиксации геофизи­ческой информации; 5) вспомогательного блока для контроля скорости движения кабеля, его натяжения, глубины спуска приборов и аппаратов и для связи с кабиной подъемника и устьем скважины; 6) комплекта соединительных проводов для связи лаборатории с подъемником, блок-балансом и для за­земления.

Лаборатории обычно смонтированы в отдельном закрытом кузове автомобиля, спуск и подъем приборов и аппаратов в этом случае обеспечиваются подъемником. Некоторые лабо­ратории смонтированы в автомобиле вместе с лебедкой для обеспечения спуско-подъемных операций.

Аналоговые лаборатории

Лаборатория ЛКЦ7-02. Это автоматическая лаборатория, предназначенная для исследования скважин приборами на одно-, трех- и семижильном геофизических кабелях (рис. 189) и позволяющая проводить замеры всеми известными геофизи­ческими методами. Измерительная схема лаборатории, состоя­щая из двух цепей — питающей и собственно измерительной, рассчитана на одновременную запись нескольких сигналов переменного и постоянного тока, например, трех кривых КС и кривой СП.

При использовании многожильных кабелей скважинный прибор питается синусоидальным током частотой 6—8 Гц от электромашинного усилителя ЭМУ-5А, работающего в режиме генератора переменного тока. Сила тока регулируется реоста­том /?/ и контролируется амперметром А. Шунт /?_э служит для установки масштабов записи кривых КС, СЗ и других методов. Емкость С и дроссель служат для разделения переменного и постоянного сигналов, а фильтры Ф1, Ф2, ФЗ и Ф4 — для за­щиты каналов от помех переменного тока. Делители напря­жения ¡12 —1?5 позволяют установить необходимый масштаб по напряжению в измерительных цепях. Переменный сигнал в первом канале выпрямляется механическим фазочувствитель­ным выпрямителем В, состоящим из трансформатора Тр и по­ляризованного реле Р.

При проведении исследований скважин электрическими ме­тодами. генератором нейтронов с применением одножильного кабеля для питания скважинных приборов служит унифициро­ванный генератор У Г -1, вырабатывающий ток частотой 300, 400 и 2000 Гц. Измерения выполняются на основе частотно- модуляционной телеизмерительной системы. Наземная и сква­жинная аппаратура питается от унифицированного источника питания УИПК постоянным стабилизированным и переменным током частотой 50 Гц.

Рис. 189. Принципиальная электрическая схема лаборатории ЛКЦ7-02.

Блоки: / — питания: // — измерения; /// — гальванометров; /V — скважинный прибор

Для преобразования скважинной информации используется унифицированная измерительная панель ИПЧМ. При прове­дении радиометрии и термометрии для каждого вида исследо­вании используется отдельная наземная панель.

Результаты измерений регистрируются на светочувствитель­ной бумаге с помощью сдвоенного осциллографа НО 15, вклю­чающего пять измерительных каналов Г1 — Г5 (см. рис. 189). Осциллограф позволяет записывать диаграммы в масштабах глубин 1 :500, 1 :200, 1 : 100, 1 :50 и 1 :20.

Для протяжки фотобумаги в осциллографе установлены два лентопротяжных механизма для каждой ленты шириной

200 мм. Протяжка бумаги обеспечивается сельсин-приемником, приводящимся в движение сельсин-датчиком, который установ­лен на блок-балансе.

Лаборатория СК-1. Автоматическая лаборатория СК-1 по­зволяет выполнять все виды геофизических исследований скважин глубиной до 1000 м с одножильным и многожильным бронированными кабелями. Ее телеизмерительная система ана­логична лаборатории ЛКЦ7-02. Наземная аппаратура и обору­дование смонтированы в одном кузове на шасси автомобиля ЗИЛ-131.

При работе на одножильном кабеле скважинные приборы питаются током частотой 300 Гц, при работе с многожильным кабелем зондовая установка питается током частотой 6—8 Гц от электромагнитного усилителя. Для записи кривых ГИС при­меняется осциллограф НО 17.

Лаборатории типа АЭКС. Автоматические лаборатории типа АЭКС смонтированы на одном автомобиле вместе с лебедкой для спуско-подъемных операций и используются для исследова­ний неглубоких скважин — до 900 м (АЭКС-900, шасси артомо- биля ГАЗ-66) или до 1500 м (АЭКС-1500, шасси автомобиля ЗИЛ-131). Лаборатории позволяют выполнять измерения элект­рическими методами, методами радиометрии, термометрии, ка- вернометрии и инклинометрии. Кривые ГИС регистрируются двухканальным самопишущим потенциометром типа ПАСК.

Л

1 — скважинный прибор: 2 — блох часто­томера: 3 — самопишущий потенциометр: 4 — цифровой преобразователь глубины; 6 — вторичный блок скважинного при­бора; 7 — цифровой частотомер; 8 — транскриптор: 9 — электроуправляемая печатающая машина. СД — сельсин-дат­чик; СП — сельсин-приемник

Рис. 190. Блок-схема лаборатории КОМПАС.

аборатория АКС-65-П. Переносная автоматическая лаборатория АКС-65-П, вы­полненная в виде трех отдель­ных блоков (светолучевого ос­циллографа, питания и токо- во-пульсаторного), позволяет проводить исследования ком­плексом ГИС с подъемником любого типа в труднодоступ­ных районах. Ее измеритель­ная схема аналогична схеме лаборатории АЭКС-1500. Электроды зонда питаются током частотой 5—25 Гц, вы­рабатываемым релейным пульсатором из постоянного тока. Кривые регистрируются трехканальным светолучевым осциллографом НО 17, в кото­ром использованы те же галь­ванометры и магнитные блоки, что и в Н015.

Лаборатория КОМПАС. Автоматическая лаборатория

КОМПАС предназначена для исследования фонтанных и нагне­тательных скважин через насосно-компрессорные трубы и сква­жин, эксплуатируемых штанговыми насосами через межтрубье без их остановки (рис. 190). Лаборатория позволяет проводить измерения методами термометрии и расходометрии, давления, плотностеметрии, влагометрни. Лаборатория смонтирована на шасси автомобиля ЗИЛ-131, оборудована лебедкой с двумя ба­рабанами под кабель КГ-1-24-180 длиной 5000 м и под скреб­ковую проволоку диаметром 1,8 мм для спуска в скважину ав­тономных приборов.

Аналогово-цифровые лаборатории

Подавляющая часть геофизических измерительных лабора­торий, используемых в промышленности, представлена лабора­ториями с аналоговой регистрацией, что сдерживает широкое внедрение автоматизированных систем интерпретации геофизи­ческой информации на ЭВМ и тем самым снижает геологиче­скую и экономическую эффективность геофизических исследова­ний скважин.

С целью модернизации существующих аналоговых лабора­торий, прежде всего ЛКЦ7-02, разработано несколько типов ап­паратуры цифровой регистрации. К аналогово-цифровым измери­тельным лабораториям можно отнести серийные геофизические лаборатории, модернизированные путем применения в них ап­паратуры цифровой регистрации данных ГИС, т. е. параллельно с аналоговой регистрацией информации светолучевыми осцил­лографами ведется регистрация аналоговых сигналов в кодовой форме на магнитной ленте или перфоленте.

Разработано несколько цифровых регистраторов, преобра­зующих аналоговые сигналы в цифровой код. Преобразователь аналог-код ПЛК-6 позволяет одновременно регистрировать на перфоленте шесть параметров. Преобразователи АЦРК-2, «Тю­мень» и «Триас» более совершенны, чем регистратор ПЛК-6, и предназначены для преобразования аналоговых сигналов в кодовую форму и записи их на магнитную ленту для после­дующей обработки данных на ЭВМ. Передача цифровой инфор­мации на вычислительный центр по каналу связи возможна с помощью аппаратуры типа «Волна» и «Аккорд-1200».

Цифровые лаборатории

На базе регистраторов ПЛК-6 и «Триас» разработаны циф­ровые лаборатории Л ЦК-10 и ЛК-101.

Лаборатория ЛК-101. Автоматическая цифровая лаборато­рия ЛК-101 предназначена для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин глубиной до 10 км с использова­нием одножильного бронированного кабеля с регистрацией ин­формации в цифровой и аналоговой формах. При исследованиях используется комплексная и комбинированная скважинная аппаратура всех геофизических методов. Результаты измерений в аналоговой форме получают аналоговым восьмиканальным регистратором Н028, а в цифровой форме — цифровым 16-ка­нальным регистратором «Триас». Для каждого геофизического метода предусмотрен свой аналоговый блок.

Лаборатория Л ЦК-10. Автоматическая цифровая лаборато­рия Л ЦК-10 используется для исследования нефтяных и газо­вых скважин всем комплексом методов ГИС с применением одно-, трех- и семижильных бронированных кабелей и одно­временной регистрацией до восьми параметров в аналоговой или цифровой форме. Лаборатория позволяет проводить частич­ную оперативную интерпретацию данных ГИС непосредственно на скважине. Наземная аппаратура лаборатории состоит из унифицированных панелей для приема и преобразования сква­жинной информации геофизических методов, аналогового ре­гистратора — весьмиканальиого светолучевого осциллографа Н028 и цифрового регистратора Г1ЛК-6 с блоком обработки и

Рис. 191. Блок-схема лаборатории цифровой геофизической станции Л ЦК-10.

/ — универсальный источник питания; 2 — электромашинный усилитель: 3 — универ­сальный генератор: 4—8 — унифицированные панели с модуляциями кодо-импульсной (4). амплитудной (5). частотной (6), частотно-импульсной (7) и время-имиульсной (Ь): 9 — пульт коммутации; ¡0 — пульт управления осциллографа; // —контрольная панель; 12 — восьмиканальный светолучевой осциллограф типа Н028; 13, 15. 16 — цифровой ре­гистратор типа Н055 или ПЛК-6: 14 — вычислитель; 17 — скважинный прибор

интерпретации геофизических данных ВК-1 (рис. 191). Резуль­таты интерпретации выводятся на аналоговый регистратор Н028. Наземные панели 4—8 лаборатории связаны со скважин­ными приборами 17 через пульт коммутации 9.

Компьютизированные лаборатории

Автоматическая компьютизнрованная геофизическая лабо­ратория представляет собой цифровую лабораторию, непосред­ственно связанную с ЭВМ, установленной вместе с другой аппа­ратурой. Электронно-вычислительная машина выполняет по со­ответствующим программам следующие функции: 1) управление процессом подготовки аппаратуры к работе, калибровкой, изме­рением и работой скважинных приборов; 2) изменение режимов работы скважинных приборов, наземной аппаратуры и спуско- подъсмного оборудования; 3) контроль качества получаемой информации и ее редактирование; 4) оперативную обработку и комплексную интерпретацию данных ГИС.

В компьютизированных лабораториях отсутствуют аналого­вые панели отдельных методов. Применение этих лабораторий существенно упрощает труд оператора и повышает эффектив­ность геофизических исследований скважин. Разработку этого нового поколения геофизических лабораторий осуществляют ряд институтов и КБ Миннефтепрома и Мннгео СССР.

•§ 88. СКВАЖИННЫЕ ПРИБОРЫ

Скважинные геофизические приборы, являющиеся важней­шими составными частями телеизмерительной системы, должны отвечать целому ряду технических требований, без выполнения которых немыслимо получение достоверной геолого-геофизнче- ской информации об изучаемых объектах. Скважинная аппара­тура работает в достаточно сложных условиях — высокие тем­пературы (до 250°С) и давления (до 120 МПа); химически агрессивная внешняя среда — растворы солей, щелочн, нефть, газы; механические воздействия, возникающие при движении приборов, поэтому скважинные приборы должны обеспечивать надежную, стабильную и длительную работу в таких условиях, обладать высокой механической прочностью и внброустойчн- востью, термобаростойкостью и иметь надежную защиту от внешней газожидкостной агрессивной среды.

Скважинные приборы должны обладать высокой производи­тельностью (комплексные измерения должны выполняться с вы­сокой скоростью) и проходимостью. Различные геологические и технологические условия бурения и разные задачи, решаемые при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, предопределяют применение широкого комплекса геофизических методов исследования скважин. Вместе с тем уве­личение числа методов ГИС влечет за собой возрастание времени, затрачиваемого на производство геофизических работ. Однако все увеличивающиеся скорости бурения требуют сокра­щения времени проведения ГИС.

Наиболее эффективным способом сокращения времени ГИС и повышения качества получаемой геофизической информации является одновременное исследование скважин несколькими зондовымн установками — комплексные измерения. Для этой цели применяются комплексные скважинные приборы и много­канальная телеизмерительная аппаратура, позволяющая за 1 спуск-подъем регистрировать одновременно несколько однотип­ных или различных физических параметров. Наиболее широкое распространение получили комплексные измерения на одно­жильном кабеле с использованием многоканальных телеизмери­тельных систем с частотной модуляцией сигнала и частотным разделением каналов. Однако используемая четырехканальная телеизмерительная система с частотной модуляцией не отвечает требованиям повышения геолого-экономнческой эффективности геофизических исследований скважин. В настоящее время при­меняются 20- и 24-канальные телеизмерительные системы с время-импульсной и кодо-нмпульсной модуляцией. На основе этих многоканальных телесистем разрабатываются различные варианты комплексных приборов с использованием одно-, трех-

11. семижильных бронированных кабелей.

Агрегатированная система геофизических приборов (АСГП), реализующая комплексные и комбинированные скважинные приборы (рис. 192), обладает наибольшими комбинационными возможностями, позволяет строить скважинные приборы с за­данными функциями и обеспечивает информационную, конструк­тивную и эксплуатационную совместимость блоков.

Для электрической стыковки с комплексными и комбиниро­ванными скважинными приборами используется универсальная панель АСГП-Н, содержащая блоки телесистемы управления, функциональных преобразователей и коммутационный, рассчи­танная на работу в составе существующих геофизических лабо­раторий и имеющая выходы на цифровой регистратор «Триас».

Из комплексной скважинной аппаратуры, применяющейся в промышленности, необходимо отметить следующую.

Аппаратура электрического метода типа Э. Аппаратура Э1 (рис. 193) предназначена для проведения исследований стан­дартным методом, методами БЭЗ и СЭЗ в скважинах глубиной до 7000 м при температуре до 200°С и давлении до 120 МПа. Электрод А при измерении КС питается током частотой 300 Гц. Измеряемые разности потенциалов снимаются с электродов М|№|, М₂N2, трех зондов, передаются на входные транс­

форматоры Тр1 — ТрЗ, где с учетом коэффициентов зондов при­водятся к необходимому уровню, и затем через переключатели В1, В2 и ВЗ поступают в модуляторы 2, 3, 4 для модуляции их по частоте с несущими частотами 7,8; 14 и 25,7 кГц. После уси­ления по мощности в блоке 5 напряжения ДС/_|э Ди₂, Д£/з через

д

wj ш'д

-д.

н едкое г

INJ »oi/д лн одноег

--^E3=E

WJ J Dgwt z

t

I

Э-

§

~W^TX^~

WJ *OUQ

-lh- II-- °)

fcá

+

N

oo-f—Ç

Pnc. 102. Схемы компоновок скважинных комплексных и комбинированных приборов

U3 gadmaitç

31/

CCD ofuoej_

^ VW9W ^ €63 e*C£ m dqxocz

N

+

N

I

Э

OF

U3 godwnairç

wv pf¡Q£.

14 И ßHO£ —гг

С

)

-^"•v

3 V

из goduj»dif£

ЭМ QHOÇ

U3 QûdujHâtrç

N

^; <

OU" JNJJ однос г

WJ »o¡/g_s

g

VJJ ища

ЕЬ

or

Cs> 1

емкость С передаются по жиле кабеля в наземную панель те­леметрической системы, далее сигналы разделяются но частоте, детектируются и регистрируются в виде трех диаграмм р_к. Одно­временно регистрируется кривая СП электродом А.

При записи кривой СЭЗ ток через переключатель В4 посту­пает на экранные электроды Д> зонда. Центральный электрод Л₀ соединен с Л_э через обмотку трансформатора Тр5, что обес­печивает равенство потенциалов всех трех электродов зонда и, следовательно, фокусировку тока из центрального электрода в пласт. Измеряется изменение потенциала электрода А, отно­сительно удаленного электрода №, которое трансформатором Тр4 приводится к необходимому уровню и через переключатель ВЗ подается на модулятор 4 с частотой 25,7 кГц. Сигнал, про­порциональный силе тока центрального электрода, через транс­форматор Тр5 и плату В2 переключателя передается на усили­тель /, далее на модулятор 3 с частотой 14 кГц. Затем сигналы СЭЗ преобразуются так же, как и в цикле БЭЗ. Трансформатор Трб и резистор Я., образуют схему стандарт-сигнала, работаю­щую при помощи реле Р1 и Р2.

Аппаратура Э2 предназначена для исследования скважин двумя микрозондами, двумя зондами микро-СЭЗ и каверноме­ром.

Аппаратура ЭЗ позволяет исследовать скважины индукци­онным методом с зондом 6Э1, потенциал-зондом 1М11МО, 5А и методом потенциалов СП при глубоких скважинах с одножиль­ным бронированным кабелем.

Аппаратура Э4 аналогична аппаратуре Э1, предназначена для изучения скважин при температуре до 250°С и давлении до 150 МПа.

Аппаратура Э6 дает возможность исследовать разрезы сква­жин двумя зондами индукционного метода, методами СЭЗ и потенциалов СП.

Аппаратура Э7 также аналог Э1, но предназначена для ис­следования скважин малого диаметра (54 мм) и работы через буровой инструмент при температуре до 200°С и давлении до 150 МПа.

Комплексная аппаратура типа КАС. Аппаратура КАС ис­пользуется для исследования глубоких скважин с применением одно-, трех- и семижильного бронированных кабелей и в раз­личных вариантах комплектования блоков позволяет проводить работы комплексами.

Создание компыотнзированиых лабораторий потребует раз­работки новых скважинных приборов, содержащих обратные каналы связи для восприятия команд от бортовой ЭВМ и позво­ляющих одновременно измерять 15—20 параметров.