5.2 Апаратура для термічних вимірювань у свердловині

Електричний термометр опору є основним приладом для виміру температур у свердловинах. Його дія заснована на зміні опору металевого провідника зі зміною температури:

, (5.7)

де R_t0 і R_t – опір провідника при деякій початковій температурі t₀ і вимірюваній температурі t;  – температурний коефіцієнт (його величина для міді складає 0,004°С^-1).

За величиною R_t можна визначити температуру середовища в свердловині.

Переважно у свердловинних електричних термометрах опорів використовується мостова схема виміру для трьохжильного й одножильного кабелів.

У мостовій схемі термометра з трьохжильним кабелем (Рис. 5.1, а) плечі R2 і R4 є інертними з дуже малим температурним коефіцієнтом, а плечі R1 і R3 – чутливими зі значним температурним коефіцієнтом. Інертні плечі виготовляються з манганіну або константану ( =(1-3)·10^-5°С^-1), чутливі плечі – з міді. Живлення моста здійснюється постійним струмом з поверхні, зворотним проводом служить земля. В іншій діагоналі моста між точками М і N вимірюється різниця потенціалів U, яка пропорційна зміні температури середовища в свердловині.

Рис. 5.1 – Схеми виміру температур у свердловині електричними термометрами на трьохжильному (а) і одножильному (б) кабелях та електричним термометром типу ТЕГ (в)

Опори інертних плечей, практично, при будь-якій температурі не змінюють своєї величини та рівні один одному, тобто R2=R4. При деякій температурі t₀ спостерігається рівновага моста, тобто дотримується умова R1R3=R2R4. При цій температурі різниця потенціалів між точками М і N дорівнює нулю. Температура, що вимірюється, рівна:

, (5.8)

де C=2/R₀ – стала термометра.

Визначення сталої термометра С і температури t₀ рівноваги моста проводиться шляхом градуювання електричного термометра за допомогою точного ртутного термометра. Розглянуті схеми виміру температури відмічаються низькою точністю за рахунок використання прямої передачі електричного сигналу по геофізичному кабелю. На рисунку 5.1.в представлена схема приладу для виміру температури з частого-модуляційною схемою передачі інформаційного сигналу. Представлений прилад характеризується високою точністю виміру температури за рахунок перешкодостійкості телеметричної системи.

5.3 Технічні умови проведення термокаротажу

Термометр повинен задовольняти наступним вимогам:

• роздільна здатність – не менше 0.01ºС (для окремих модифікацій приладів – 0.1-0.3ºС);

• основна похибка вимірювання температур в заданому діапазоні – не більше ±2%;

• стала часу – не більше 2 с;

• опір чутливого елементу місткового термометра – не більше 2000 Ом;

• додаткова похибка вимірювання за рахунок нагрівання чутливого елементу при проходженні через нього струму – не більше половини допустимої похибки;

• опір ізоляції жил кабелю при роботі з термометром – не менше 2 МОм.

Контролюючими параметрами є стала часу і стала термометра, яка відповідає зміні вихідної напруги на 1ºС.

Перед спуском термометра слід виміряти температуру навколишнього середовища одночасно свердловинним термометром і ртутним. Різниця в показах не повинна перевищувати ±0.5ºС.

Приблизна швидкість каротажу повинна складати 1000; 800; 600 і 400 м/год, якщо стала часу відповідно рівна – 0.5; 1; 2 і 4 с.

Для реєстрації аномалій температур, які мають невелику протяжність по глибині, швидкість каротажу розраховують:

, (5.9)

де T₀ – поріг чутливості термометра; Г –градієнт температури в свердловині; τ_д – динамічна теплова інерція, яка в 1.5-2.5 рази більша паспортного значення сталої часу τ.

Геотермічні дослідження проводяться тільки при спуску приладу після перебування свердловини в спокою не менше 10 діб. В свердловині не повинно бути переливу, газопроявів та затрубного руху.

При визначенні природної температури необхідно: провести в декількох місцях глибини вимірювання при нерухомому термометрі; виконати не менше двох повторних вимірів по всьому стовбурі з інтервалом часу між ними не менше доби; у двох випадках різниця показів не повинна перевищувати ±1ºС.

Вимірювання температури для оцінки технічного стану обсадних колон свердловини виконують при спуску свердловинного приладу, повторне вимірювання – при його підйомі.

Оптимальний час дослідження для нормально схоплюючого цементу – 15-30 год після закачування.

Оптимальний час дослідження для швидкосхоплюючого цементу – 15-20 год після закачування.

При нестандартних розчинах цементу заміри проводять кожних 2-3 години протягом 1-2 діб.

Обов’язкова витримка свердловини перед виконанням фонового заміру не меншу однієї доби після зупинення робіт, які пов’язані з промивкою свердловини.

У режимі припливу реєструють декілька термограм (не менше трьох), першу – безпосередньо після виклику припливу, другу – через 1.5 години після першого заміру, потім через 2-3 години проводять наступні заміри.