22. Физические основы измерения акустическими каверномерами-профилемерами. Схемы и конструкции зондов. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

В акустическом профилемере применяют несколько акустических преобразователей, что позволяет измерить сечение скважины в нескольких вертикальных плоскостях. Единственным необходимым условием обеспечения точности измерений с помощью акустических каверномеров-профилемеров является контроль постоянства параметра V_пж по стволу скважины, на величину которого могут оказывать влияние колебания температуры бурового раствора, ее плотности (наличие в ПЖ шлама, растворенного газа), вязкости и другие факторы. Главное преимущество акустических излучателей заклучается в отсутствии необходимости использования механических элементов и преобразователей их радиальных перемещений в вертикальные. Особенно важно это преимущество при геофизических исследованиях горизонтальных скважин.

23. Физические основы измерения микроэлектрическими акустическими сканерами (телевизорами) состояния стенок скважин. Схемы и конструкции зондов. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

В практике геофизических исследований в открытом стволе и обсаженных скважинах широкое применение нашло скважинное акустическое телевидение (САТ). Оно предназначено для детального изучения изображения стенок скважин. Так же, как и в случае акустической профилеметрии, обследование стенки скважины проводят с помощью вращающегося или матричного акустического преобразователя, работающего на высоких частотах. Поскольку информативным параметром являются амплитуды отраженных волн, эффективность САТ зависит от соотношения величин акустического импеданса ПЖ и образующей стенку скважины породы. Разрешающая способность изображения, получаемого с помощью акустического телевизора, зависит от длины волны зондирующего сигнала. Поэтому применяемая в САТ рабочая частота составляет 1-2 МГц для ПЖ плотностью 1,2-1,3 г/см3. При использовании утяжеленных промывочных жидкостей рабочую частоту снижают до 400-500 кГц. Изображение стенки скважины, получаемое с помощью САТ, представляет собой развертку в диапазоне 0-360 боковой поверхности цилиндра по его образующей. При этом само изображение, как и при сейсморазведке, может быть представлено в цветном или черно-белом форматах. При черно-белом формате визуализированная стенка скважины представляет собой комбинацию белых, серых и черных тонов. Светлым участкам соответствуют плотные породы, отраженные на них волны характеризуются максимальными амплитудами и минимальными значениями коэффициента поглощения упругих волн. Темные фрагменты соответствуют небольшим значениям поглощения энергии упругих колебаний. Поэтому темные участки на черно-белых изображениях САТ представляют собой визуализированные интервалы глин, горизонтальных, субгоризонтальных и вертикальных трещин, пустотное пространство кавернового типа. При цветном изображении боковой поверхности скважины на зарегистрированной диаграмме приводятся значения интервального времени, что позволяет получить дополнительную информацию о литологической принадлежности отложений.(Стрельченко). Специальные акустические приборы, регистрирующие время прихода и амплитуду волн, отраженных от стенок скважины (или обсадной колонны), позволяют определять диаметр и профиль скважины (акустические каверномер и профилемер), судить о строении стенок (акустические телевизоры).

При исследовании этими приборами на стенку скважины направляют короткий импульс высокочастотной (0,1-10 МГц) упругой волны. Приемник регистрирует отраженную волну. Излучатель и приемник непрерывно вращаются с помощью электродвигателя вокруг вертикальной оси. На оси мотора размещен также азимутный отметчик, вырабатывающий импульс в момент пересечения лучом плоскости магнитного меридиана. Сигналы приемника передаются на поверхность, где в наземной аппаратуре акустических телевизоров этот сигнал используется для модуляции яркости луча электронно-лучевой трубки, так же как в обычных телевизорах. В результате на экране ЭЛТ возникает изображение стенок скважины, где достаточно ясно видны трещины, каверны в породах или обсадной колонне. В настоящее время разработана аппаратура акустического цементомера и телевизора (АРКЦ-Т и САТ – НПФ «Геофизика») регистрирующая изменения отражающей способности системы «колонна - цементный камень» при сканировании колонны ультразвуковыми импульсами. В аппаратуре САТ (а также АРКЦ-Т) ультразвуковые импульсы от вращающегося с постоянной угловой скоростью пьезокерамического преобразователя (рис) через акустический прозрачный экран падают на внутреннюю стенку колонны и после отражения от нее принимаются тем же преобразователем. Отраженные от внутренней стенки колонны акустические импульсы формируют на выходе пьезоэлектрического преобразователя электрического напряжение, которое усиливается, обрабатывается в блоке электроники и подается в наземную панель по геофизическому кабелю. В электронной схеме наземной панели формируется видеосигнал, который подается в отклоняющую систему кинескопа для визуализации отраженной звуковой волны. В наземной панели присутствует система фоторегистрации изображения внутренней поверхности колонны на фотопленку с указанием меток глубины. Для построения изображения используется время прихода отраженной от внутренней стенки колонны звуковой волны (временной канал) и ее максимальная амплитуда (амплитудный канал). Измерение времени и амплитуд отраженных волн позволяет исследовать внутреннюю поверхность обсадной колонны (положение муфт, перфорационных отверстий, дефектов колонны). Аппаратура акустического каротажа на отраженных волнах («акустический телевизор», АК-сканер) позволяет получать растровое отображение стенки скважины или обсадной колонны по интенсивности отраженных высокочастотных упругих импульсов. Измерительный преобразователь АК-сканера представляет собой совмещенный излучатель-приемник упругих колебаний, вращающийся вокруг оси скважинного прибора (Лазуткина).

Метрологическое обеспечение метода - утверждение и применение метрологических норм правил, и методик выполнения измерений (МВИ), а также разработка, изготовление и применение технических средств для обеспечения единства и требуемой точности измерений.

Акустические исследования скважин базируются на измерениях параметров упругих волн, возбуждаемых в скважине источниками акустических колебаний. Аппаратура акустического каротажа (АК) и акустической цементометрии имеет номинальную градуировочную характеристику и подвергается только периодической поверке.

Измеряемыми параметрами для решения указанных задач являются интервальное время, коэффициент затухания продольной преломленной волны.

Отмеченное разнообразие акустических методов ГИС и измеряемых параметров вызывает затруднение с выбором технических средств, которые могли служить в качестве эталонов единиц измеряемых параметров. Во всех существующих нормативных документах метрологические требования к аппаратуре АК регламетнированы только по продольной волне. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что, обеспечив метрологический контроль аппаратуры АК по продольным волнам, характеристики аппаратуры будут стабильны и по всем остальным типам регистрируемых акустических волн.В качестве эталонов целесообразно принять и применять стандартные образцы акустических свойств материалов, воспроизводящие разные значения интервального времени распространения и коэффициента затухания продольных акустических волн и выполненные в виде трубных эталонных акустических волноводов (комплект КЭВ-АК). Акустические волноводы, входящие в комплект КЭВ-АК, выполнены в виде стаканов 4 м и 6м из стали, стеклопластика, асбоцемента и полиэтилена. Волноводы заглушаются с торцов и заполняются звукопроводящей жидкостью (вода, выдержанная не менее 6 ч в открытой емкости, насыщенный раствор тринатрийфосфата или дизельное топливо). Воспроизведение нижнего, среднего и верхнего значений интервального времени диапазона измерений осуществляется с помощью материалов с различными скоростями распространения упругих волн (сталь, дюралюминий, асбоцемент, винипласт)

Сталь 182-185 мкс/м 2,5-3 дБ/м(время затухания на частоте 20 кГц)

Асбоцемент 320-340 2-3

Стеклопластик 350-370 6-6,5

Полиэтилен 500-650 13-15

Пример:

СКАНЕР АКУСТИЧЕСКИЙ СКВАЖИННЫЙ "САС-90"

САС-90

ОАО НПФ «Геофизика»

13 December 2011

Геофизическая аппаратура для исследования скважин

Технические характеристики:

Область применения: Геофизические исследования в обсаженных и не обсаженных скважинах диаметром от 110 до 300 мм, глубиной до 5000 м, с углом наклона до 18°.

Назначение: Исследование скважин методом акустического имиджинга, определение пространственной ориентации и мощности пластов, определение технического состояния колонны. Основные технические характеристики: Количество акустических зондов...3 Тип датчика...вращающаяся сканирующая головка Частота вращения, Гц...8 Количество точек измерения...500 Точность измерения сечения, мм...1,5 Погрешность измерения угла, град...3 Плотность буровой жидкости, г/см3...1,3 Температура макс,...100 Диаметр, мм...90 Длина, мм...3500 Масса, кг...60 Код телеметрии...Манчестер II Кабель геофизический...трехжильный Длина кабеля, м...до 5000 Скорость регистрации, м/час...до 120 Напряжение питания...~150В, 400Гц Давление, МПа...80 Потребляемая мощность, Вт...30 Объем внутренней памяти, Гб...0,5 Краткое описание: Приборы имеют вращающуюся головку с акустическими датчиками, что позволяет получить акустическое отражение от стенки скважины по всему внутреннему периметру. Измерение временных и амплитудных параметров отраженного сигнала позволяет судить о техническом состоянии обсадной колонны. При работе в необсаженных скважинах по параметрам отраженных сигналов возможно разделение границ пластов и литологическое расчленение разреза, определение наклона и мощности пластов, а также их пространственная привязка с помощью встроенных феррозондов и датчиков углов наклона. Наличие внутренней памяти позволяет сохранять всю исходную информацию для последующей более детальной обработки зарегистрированной информации. Решаемые задачи: 1) в необсаженных скважинах  - литологическое расчленение разреза, - выявление кавернозных и трещино-кавернозных зон, тонкослоистых пропластков и желобов, - оценка коэффициента глинистости пластов, - оценка параметров залегания карбонатных отложений для подсчета запасов месторождений, - оценка коэффициента пористости в карбонатных отложениях, - определение элементов залегания пластов, - определение пространственной ориентации пластов. 2) в обсаженных скважинах - построение внутреннего сечения колонны,  - определение местоположения и количества перфорационных отверстий в обсадных колоннах, - обнаружение различного рода дефектов обсадных колонн, - прогнозирование износа колонн.

24. Физические основы измерения инклинометрами. Схемы и конструкции резистивных, позиционных, магнитомодуляционных, гироскопических датчиков инклинометров. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Инклинометрия – определение пространственного положения ствола буровой скважины.

Позиционным называется гироскоп, обладающий избирательностью по отношению к некоторому направлению; при отклонении его оси от этого направления возникает "направляющая сила", стремящаяся вернуть ось гироскопа в заданное положение.

Гироскопические - в основе принципа работы прибора лежит аналитическое гирокомпансирование. В его конструкции применен блок высокоточного гироскопического датчика, трансмиттер ускорения. Прибор не нуждается в предварительной наземной подготовке, не подвержен магнитному влиянию. Прибор предназначен для измерения параметров зенитного и азимутального углов, углов установки отклонителя и др.

Погрешности: непараллельная установка прибора относительно оси скважины. Наибольшая погрешность в определении азимута имеет место при малых зенитных углах.

Метрологическое обеспечение: Эталонные СИ повышенной точности: теодолиты и оптические квадранты, аттестованные уровнемеры. Установки: УАК-СМ-360\180, УСИ-2.

25. Физические основы измерения характеристик теплового поля в скважине. Схемы и конструкции датчиков температуры, градиента темпетатуры, Ттплового потока. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Термометры применяют для исследования естественного теплового поля Земли и искусственных тепловых полей.

Погрешности: 1) перегрев чуствительного элемента датчика термометра, 2) перенос тепла между элементами конструкции скважинного термометра, 3) тепловая инерция датчика термометра, 4) изменение чувствительности датчика в следствии с возрастом.

Метрологическое обеспечение: Эталонные средства измерений: установка УАК-СТМ-150\60. Установка воспроизводит температуру от 10 до 150°, давление от 0 до 60 МПа, длина камеры 2300 мм. (см вопрос 28).

25. Физические основы измерения дебитометрами и расходомерами. Схемы и конструкции датчиков механических и тепловых дебитомеров-расходомеров. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Определение профилей приемистости или профилей притока работающих пластов.

Погрешности: несовершенство первичного измерительного преобразователя, высокий и нестабильный порог чувствительности, влияние на результат измерений температуры и вязкости жидкости, несовершенство пакреа расходомера.

Метрологическое обеспечение: Эталоны – расходомерные установки, воспроизводящие расход жидкости в диапазоне 0,1-100 кубометров в час. Установки: УАК-СР-60, состоящая из трех пар труб разного диаметра, соединенных в цепь. Трубы подключены к насосу и к эталонному расходомеру.