КАФЕДРА ТЕХНИКИ РАЗВЕДКИ МПИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ПРАКТИЧЕСКИМ И ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ»
ДНЕПРОПЕТРОВСК 2014
РАБОТА №1. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН
Цель работы: изучение конструкции приборов и освоение методики измерений.
Содержание отчета: 1) формулирование понятий зенитного угла, угла наклона, азимута скважины, апсидальной плоскости и схемы изображения этих углов; 2) схемы датчиков инклинометра с магнитной стрелкой для измерения зенитного угла и азимута скважины, описание принципов фиксации этих углов; 3) схемы определения зенитного угла пробиркой с плавиковой кислотой и патроном с медным купоросом, используемые формулы; 4) таблица и график для определения поправок к пробирке с плавиковой кислотой.
Общие понятия.
Пространственное положение скважины определяется значениями вдоль ее оси зенитного угла и азимута.
Зенитный угол θ (тэта)– это угол между вертикалью и осью скважины или касательной к ней в точке измерения. Этот угол измеряется в вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины (не пересекая ее). Такая плоскость называется зенитной, или апсидальной плоскостью. Направление скважины в апсидальной плоскости - от лежачей стенки к висячей. Дополнительный к зенитному углу, т.е. угол между горизонталью и осью скважины, называется углом наклона скважины η (эта).
Азимутальным углом, или азимутом скважины α (альфа) называется угол, измеренный в горизонтальной плоскости вправо от ориентированного направления (Север) до горизонтальной проекции оси скважины или касательной к ней в точке измерения в направлении забоя.
Для определения зенитного угла или угла наклона скважины необходимо зафиксировать в точке измерения взаимное положение участка оси скважины и вертикали (горизонтали). Это достигается использованием отвеса (фиксация вертикали) или сосудов с жидкостью, оставляющей след на стенке сосуда (фиксация горизонтального уровня). В обоих случаях вертикальная ось прибора должна быть совмещена с осью скважины. В некоторых приборах для определения зенитного угла используется сосуд с жидкостью, в которой находится пузырек воздуха, контактирующий с прозрачной выпуклой поверхностью в верхней части сосуда, на которую нанесены концентрические окружности, соответствующие значениям зенитного угла.
Использование жидкостных датчиков оперативного контроля зенитного угла сопряжено с необходимостью учета погрешностей (поправок), возникающих в результате явлений смачиваемости и капиллярности жидкости. В результате гидрофобности жидкость у стенки сосуда или опущенного в нее стержня приподнимается на некоторую высоту, но высота ее подъема неравномерна и зависит от угла между уровнем жидкости и стенкой сосуда (стержня): чем меньше угол встречи, тем выше поднимается жидкость. Величина поправки зависит от свойств жидкости, диаметра сосуда или стержня и определяется экспериментально на специальном стенде или по предварительно составленным таблицам или графикам.
Для определения азимута скважины необходимо зафиксировать взаимное положение плоскости магнитного меридиана и горизонтальной проекции оси скважины, т.е. апсидальной плоскости. Устройство для измерения азимута скважины должно предусматривать: а) горизонтальное расположение шкалы компаса; б) положение нуля шкалы компаса у образующей висячей стенки скважины, т.е. в направлении забоя. Первое достигается наличием отвеса в составе компаса, а второе – включением в рамку датчиков (апсидальная рамка) груза со смещенным относительно оси рамки центром тяжести (эксценрик). Эксцентрик, занимая положение у лежачей стенки скважины, ориентирует рамку, а с ней – и «0» шкалы компаса у висячей стенки. В этом случае стрелка компаса фиксирует направление на Север, а «0» шкалы фиксирует направление скважины.
Порядок выполнения работы
1. По натурным образцам и плакатам изучить устройство и характеристики приборов, 40У, используемых для контроля параметров искривления скважин: пробирка с плавиковой кислотой, патрон с медным купоросом, инклинометры И-6, УМИ-25, ОК- 40У.
2. С использованием стенда определить поправку ε, заполнить расчетную таблицу и по ее данным построить график зависимости ε = f (Θ факт.)
-
Θ факт.
h max.
h min
Δh
Θ изм.
ε
Фактические значения зенитных углов соответствуют оцифровке шкалы на стенде, а измеренные (расчетные) – определяются по формуле
tg Θ изм.=Δh/dвн.,
где d вн. – внутренний диаметр пробирки.
Контрольные вопросы
Дать определение понятий зенитный угол, угол наклона, азимут скважины, апсидальная плоскость.
Какие направления необходимо зафиксировать в точке измерения указанных углов?
Между какими плоскостями находится азимут скважины?
В каких плоскостях измеряются зенитный и азимутальный углы?
Объяснить причину различия знака поправки при использовании пробирки с плавиковой кислотой и патрона с медным купоросом.
Каково назначение эксцентричного груза апсидальной рамки инклинометра?
Где располагается «0» шкалы компаса инклинометра в момент измерения?
Назначение арретира и принцип его устройства в инклинометрах И-6, УМИ-25, ОК-40У.
Что выполняет функцию шкалы датчиков зенитного угла и азимута в инклинометрах с магнитной стрелкой?
С чем связано ограничение возможности измерения азимута при малых зенитных углах?
Работа № 2. Построение проекций искривленной скважины
Цель работы – освоение методики расчета и построения проекций искривленной скважины.
Содержание отчета: 1) Таблица исходных данных. 2) Расчетные формулы для определения координат точек оси скважины. 3) Таблица расчетных данных. 4) График проекций на горизонтальную, вертикальную и апсидальную плоскости.
Общие сведения.
Трассой скважины называется геометрическое место точек, лежащих на ее оси. Пространственное положение трассы скважины определяется координатами ее устья (Xo, Yo, Zo), полученным путем топографической или маркшейдерской съемки, и координатами точек, лежащих на оси скважины.
Искривление скважин обычно происходит постепенно, в результате чего их трассы представляют собой плавные кривые линии. Для упрощения расчетов и построений трассы скважины ее ось разбивают на прямолинейные интервалы, и она представляется в виде ломаной линии, состоящей из прямолинейных отрезков той или иной длины.
В геологической документации скважины изображаются в виде проекций на вертикальную плоскость (профиль) и горизонтальную (план или инклинограмма). Для построения проекций используется прямоугольная декартова правая система координат, где ось Х совпадает с направлением магнитного Севера, ось Y, перпендикулярная оси X , направлена в сторону Востока и ось Z направлена вертикально вниз.
Расчет координат точек оси скважины ведется по следующим формулам:
Xi = Xi-1 ± ∆Xi = Xi-1 ± ∆Li sin Θi ср. sin αi cp.
Yi
= Yi-1
Yi
= Yi-1
Li
sin
Θi
cp.
cos
αi
cp.
Zi = Zi-1 - Zi = Zi-1 - Li cos Θicp.,
где (Х, Y, Z)i-1 – координаты предыдущей точки на оси скважины, м;
(X, Y, Z)i – приращение координат на интервале Li, м.;
Θi
cp.,
αi
cp.
– среднеарифметические значения
соответственно зенитного и азимутального
углов на интервале
Li,
град. При переходе азимута через 0
(северное направление) к значениям
азимута в начале и конце рассматриваемого
интервала следует добавить 360
.
Среднее значение азимута для начального интервала вертикально забуренной скважины принимается равное азимуту в конце интервала.
Знак приращений координат зависит от значения азимута и получается автоматически при использовании микрокалькуляторов или определяется из формул приведения:
sin
(90
)
= cos
;
cos (90
)
=
sin
;
sin
(180
)
=
sin
;
cos (180
)
= - cos
sin (270 ) = - cos ; cos (270 ) = sin ;
sin (360 ) = - sin ; cos (360 ) = + cos .
Порядок выполнения работы
В соответствии с выданным преподавателем вариантом задания (табл. 3), в табл.1 заносятся исходные данные.
Таблица 1
№ вар. |
Lскв. м. |
м |
Углы заложен., град. |
Результаты замеров (град) на глубине L, м |
|||||||||||||||||
L |
L |
L |
L |
L |
L |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Далее по приведенным выше формулам производится вычисление приращения координат на расстоянии между точками замера и координат X, Y, Z точек оси скважины. Значения координат устья скважины Xo, Yo, Zo условно принимаются равными нулю. Полученные данные заносятся в таблицу 2.
Таблица 2
NN точек |
, м. |
Lскв. м. |
Рез-ты Замеров,град |
Средн. значения |
Приращение координат, м |
Значение координат, м |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Xi |
Yi |
Zi |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
0 |
0 |
0 |
|
|
…
|
|
0 |
0 |
0 |
Xo |
Yo |
Zo |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
X |
Y |
Z |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
X |
Y |
Z |
||
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
||
i |
|
|
|
|
|
|
|
Xi |
Yi |
Zi |
||
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n |
|
|
|
|
|
|
|
Xn |
Yn |
Zn |
||
По данным вычисленных координат точек оси скважины производится построение ее проекций на горизонтальную и вертикальную плоскости. Для этого вертикальную плоскость проекции совмещают с плоскостью чертежа путем поворота ее относительно горизонтальной. При этом положительное направление оси Х совмещается с направлением на Север и располагается вертикально вверх, оси Y – вправо и Z – вертикально вниз.
Масштаб для построения проекций выбирается, исходя из глубины скважины и суммарного приращения координат X,Y (инклинограмма) и Y,Z (профиль). Допускается использование различных масштабов по вертикальной и горизонтальной осям.
Таблица 3
а)
№№ вар. |
Углы Заложен. |
Результаты замеров в контрольных точках, град. |
|||||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
10 |
300 |
15 |
340 |
20 |
355 |
23 |
10 |
26 |
20 |
28 |
25 |
30 |
30 |
|||||
2 |
15 |
200 |
20 |
250 |
25 |
260 |
30 |
285 |
33 |
300 |
35 |
310 |
37 |
320 |
|||||
3 |
20 |
20 |
22 |
5 |
25 |
350 |
28 |
340 |
32 |
330 |
36 |
330 |
40 |
345 |
|||||
4 |
25 |
180 |
25 |
200 |
20 |
215 |
17 |
230 |
14 |
240 |
12 |
255 |
10 |
260 |
|||||
5 |
10 |
0 |
15 |
25 |
22 |
50 |
27 |
70 |
20 |
90 |
32 |
105 |
34 |
120 |
|||||
6 |
0 |
- |
5 |
90 |
8 |
50 |
10 |
10 |
12 |
345 |
14 |
320 |
16 |
300 |
|||||
7 |
0 |
- |
3 |
270 |
6 |
300 |
9 |
340 |
8 |
10 |
10 |
40 |
12 |
70 |
|||||
8 |
30 |
45 |
30 |
55 |
25 |
70 |
20 |
95 |
18 |
125 |
15 |
160 |
12 |
200 |
|||||
9 |
25 |
90 |
27 |
120 |
33 |
135 |
35 |
140 |
37 |
135 |
38 |
120 |
40 |
115 |
|||||
10 |
20 |
120 |
25 |
125 |
30 |
130 |
35 |
125 |
40 |
120 |
44 |
110 |
46 |
100 |
|||||
11 |
15 |
180 |
15 |
160 |
18 |
155 |
20 |
155 |
22 |
145 |
24 |
143 |
24 |
140 |
|||||
12 |
10 |
200 |
15 |
230 |
20 |
250 |
24 |
255 |
27 |
260 |
30 |
265 |
32 |
270 |
|||||
13 |
5 |
220 |
10 |
240 |
14 |
280 |
17 |
310 |
19 |
340 |
20 |
355 |
22 |
5 |
|||||
14 |
0 |
- |
0 |
- |
3 |
0 |
5 |
20 |
7 |
45 |
8 |
60 |
9 |
70 |
|||||
15 |
0 |
- |
10 |
320 |
15 |
345 |
17 |
5 |
18 |
15 |
20 |
20 |
20 |
25 |
|||||
16 |
5 |
270 |
5 |
290 |
8 |
310 |
12 |
305 |
20 |
295 |
28 |
290 |
35 |
285 |
|||||
17 |
10 |
300 |
14 |
320 |
19 |
330 |
25 |
340 |
32 |
350 |
40 |
357 |
46 |
3 |
|||||
18 |
15 |
330 |
15 |
350 |
12 |
10 |
9 |
25 |
7 |
35 |
5 |
30 |
3 |
20 |
|||||
19 |
20 |
0 |
22 |
20 |
25 |
5 |
30 |
355 |
36 |
350 |
44 |
345 |
50 |
340 |
|||||
20 |
25 |
10 |
25 |
5 |
22 |
0 |
19 |
350 |
15 |
340 |
12 |
345 |
10 |
355 |
|||||
21 |
30 |
20 |
35 |
38 |
41 |
24 |
44 |
26 |
46 |
26 |
46 |
24 |
50 |
22 |
|||||
22 |
0 |
- |
3 |
300 |
8 |
270 |
15 |
240 |
20 |
210 |
26 |
220 |
35 |
230 |
|||||
23 |
0 |
- |
5 |
150 |
10 |
120 |
15 |
80 |
18 |
75 |
20 |
60 |
22 |
50 |
|||||
24 |
10 |
50 |
12 |
50 |
14 |
50 |
17 |
52 |
21 |
54 |
26 |
56 |
23 |
58 |
|||||
25 |
15 |
60 |
15 |
60 |
17 |
70 |
20 |
78 |
25 |
85 |
28 |
93 |
30 |
102 |
|||||
б)
N варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
L скв., м |
300 |
600 |
900 |
1200 |
1500 |
1800 |
|
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
м