ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.41. Расчетные параметры инклинометрии при определении положения скважины

Зенитный угол θ – угол между касательной к оси ствола скважины в точке замера и проекцией этой касательной на вер-

тикальную плоскость.

Азимутальный угол, или азимут αi скважины – угол, отсчитываемый по часовой стрелке (в северном полушарии), лежащий в горизонтальной плоскости и образованный каким-либо ориентированным направлением, принятым за начальный отсчет,

и горизонтальной проекцией оси скважины (вектора скорости бурения) в любой ее точке Ai. В зависимости от выбора начального направления отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным. В первом случае отсчет ведется от географического, во втором – от магнитного меридиана, а в третьем – от направления на произвольно взятый репер, географические координаты которого известны.

Удлинение Δℓ – поправка в измеренную глубину скважины по поводу отклонения ее от вертикали.

Смещение (проложение) забоя S – расстояние в плане от устья скважины до ее забоя.

101

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Для определения на любой глубине угла отклонения оси скважины от вертикали и азимута ее искривления по отношению кустью применяется специальный прибор – инклинометр (от лат. incline – наклоняю) и оборудование обычной каротажной станции.

Пометодамизмеренийинклинометрыделятсянадвегруппы:

1)инклинометры с дистанционным электрическим измерением, в которых угловые элементы определяются с помощью зем-

ного магнитного поля и силы тяжести; сюда относятся инклино-

метры ИЭМ-36-80/20, ИММН-73-120/40, ИОН-1, ИНС-60-120/60;

2)гироскопические инклинометры, работа которых основана на свойстве гироскопа с тремя степенями свободы при вра-

щении неизменно сохранять заданное первоначальное направле-

ние своей оси в пространстве; сюда относятся инклинометры ИГМ-73-120/60.

Магнитометрические (точечные и непрерывные) инклинометры используются для измерений зенитных углов и азиму-

тов в необсаженных скважинах и для контроля зенитных углов в скважинах, обсаженных металлическими трубами.

Гироскопические инклинометры применяются для измерений зенитных углов и азимутов как в необсаженных скважинах,

так и в скважинах, обсаженных металлическими трубами.

Принцип действия магнитометрического инклинометра заключается в использовании свойств магнитной стрелки и экс-

центричного маятника, установленных в карданной рамке со смещенным центром тяжести, расположенной в скважинном приборе. Информация о положении магнитной стрелки и маятника с помощью реохордов и арретирующих устройств преоб-

разуется в электрическое сопротивление, пропорциональное магнитному азимуту и зенитному углу.

Сопротивления реохордов преобразуются в скважинном приборе в последовательность импульсов, которые поочередно передаются по кабелю в наземный прибор в виде пачек поло-

жительных импульсов по зенитному углу и отрицательных – по азимуту. Количество импульсов в каждой пачке пропорционально сопротивлению соответствующего реохорда.

102

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

В наземном приборе производится подсчет количества импульсов в пачках и индикация результатов измерения на цифровом табло непосредственно в градусах.

Конструктивно инклинометр выполнен в виде скважинного прибора, представляющего собой гладкий цилиндр с резьбовым концом, предназначенным для соединения удлинителя и наземного прибора, представляющего собой переносной блок (рис. 1.42). Соединение скважинного и наземного приборов осуществляется геофизическим кабелем, который в состав инклинометра не входит.

Рис. 1.42. Гироскопический инклинометр

Скважинный прибор опускается в скважину на геофизическом кабеле и останавливается на заданной глубине. Измерение производится при неподвижном скважинном приборе.

Технические данные:

1.Диапазон измерения азимута – от 0 до 360°.

2.Диапазон измерения зенитного угла – от 0 до 180°.

Разбит на поддиапазоны 0–45°, 45–90°, 90–135°, 135–180°.

Инклинометр выпускается настроенным на один из указанных поддиапазонов. Для перехода на другие поддиапазоны необходима настройка прибора с последующей поверкой.

3. Предел допускаемой основной погрешности измерения зенитного угла не более ± 0,5°.

103

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4. Предел допускаемой основной погрешности измерения азимута при зенитных углах не менее 4°, не более ± 4°.

Инклинометры применяются для измерения азимута и зе-

нитного угла скважины с выводом результатов измерений на цифровое табло и на систему записи и обработки данных инкли-

нометрии, могут эксплуатироваться в составе каротажной станции или каротажного подъемника с применением как одножильного, так и трехжильного бронированного каротажного кабеля.

Гироскопические инклинометры по своей структуре и функ-

циональному назначению относятся к классу инерциальных гироскопических навигационных систем и предназначены для измере-

ния зенитного угла, географического азимута, угла установки отклонителя бурильного инструмента с целью определения про-

странственного положения оси ствола нефтегазовых и любых других скважин при ихбурении, контрольных проверках и ремонте.

Гироинклинометр может применяться в составе любой известной каротажной станции при геофизических исследованиях скважин любого типа, отвечает современным тенденциям развития технологий буровых работ и не имеет ограничений по измеряемым углам.

Гироскопический инклинометр представляет собой бес-

платформенную инерциальную навигационную систему, построенную на микропроцессорной технике, работающую в режиме аналитического гирокомпассирования, при этом прибор не требу-

ет начальной выставки по внешним ориентирам и устью скважины перед началом работы. В нем воплощены современные достижения в области гироскопического приборостроения, прецизионной электроники, цифровой обработки сигналов, математики и вычислительной техники.

Принцип работы гироинклинометра основан на свойстве

гироскопа (устройства, маховик которого быстро вращается от специального электромотора) сохранять неизменной в прос-

транстве ось вращения. В инклинометре два гироскопа: один для измерения азимутов, другой для измерения углов наклона.

104

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

С помощью особых электрических схем определяются углы, составленные инклинометром (направлением скважины) с осями вращения гироскопов.

Технические данные:

1.Диапазон измерения азимута – от 0 до 360°.

2.Диапазон измерения зенитного угла – от 0 до 180°.

3.Допускаемая основная погрешность измерения зенитного угла – ± 0,25°.

4.Допускаемая основная погрешность измерения азимута:

– в диапазоне зенитных углов до 70° – ± 1°;

– в диапазоне зенитных углов больше 70° – ± 2°. Измерение угловых элементов производится при подъеме

прибора в точках через 20 или 25 м в вертикальных скважинах с зенитными углами до 5° и через 5 или 10 м в наклонно-направ- ленных скважинах.

Глубины определяются по счетчику с уточнением по магнитным меткам на кабеле.

Для снижения влияния не исключенных систематических погрешностей инклинометров каждые последующие скважинные измерения, выполняемые после углубления скважины, рекомендуется проводить другим инклинометром.

Текущий контроль результатов измерений осуществляется оператором непосредственно во время скважинных измерений путем проведения повторных измерений в одних и тех же точках и определением разностей между результатами основного и повторного измерений (повторные измерения допускается выполнять двумя инклинометрами). Повторные измерения выполняются в каждой пятой точке, но не реже чем через 100 м.

При измерениях в очередном интервале глубин ствола, выполняемых после углубления скважины, необходимо пере-

крывать интервал предыдущих измерений. При этом в вертикальных скважинах с зенитными углами до 5° перекрытие составляет не менее трех точек подряд предыдущего интервала измерений, начиная от нижней точки.

105

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

В наклонно направленных скважинах перекрывают не менее пяти точек подряд предыдущего интервала измерений.

Разности между результатами измерений в точках перекрытия не должны превышать допусков, указанных в технической документации инклинометров, и должныиметь один и тот жезнак.

Если разности между результатами измерений в точках перекрытия превышают установленный допуск в трех точках и более, перекрытию подлежат все точки предыдущего интервала измерений.

Если разности превышают установленный допуск не более чем в двух точках, то число точек перекрытия увеличивается на две. Если после этого общее число разностей, превышающих допуск, составляет три и более, перекрытию подлежат все точки предыдущего интервала измерений.

После окончания измерений их результаты передаются представителю геологической службы заказчика на объекте работ и доставляются или передаются по имеющемуся каналу связи в контрольно-интерпретационную партию.

Для определения пространственного положения рассчитываются координаты точек. Их вычисляют по дирекционным углам, для чего в измеренные магнитные азимуты вводят поправки на магнитное склонение и сближение меридианов:

где αi' – дирекционный угол горизонтальной проекции касательной к оси скважины в точке i;

αi – измеренный магнитный азимут;

δ– среднее магнитное склонение в данном районе работ;

δ> 0 – для восточного магнитного склонения и δ < 0 – для западного;

γ – угол сближения меридианов; γ > 0 – для точек, расположенных восточнее осевого меридиана, и γ < 0 – для точек западнее осевого меридиана.

106

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Привычислениикоординатвточкеi пользуютсяформулами

где Хi, Yi, Zi – координаты определяемой точки; ℓi – шаг измерений между точками i – 1 и 1; θi – 1; θi – зенитные углы в точках i – 1 и 1;

αi – 1; αi – дирекционные углы, вычисленные по формуле

(1) для точек i – 1 и 1.

Удлинение ℓ для точки i рассчитывается по формуле

где Нi – глубина, измеренная в точке i;

Alti – альтитуда стола ротора – превышение стола ротора над уровнем моря;

Absi – абсолютная отметка точки i. Смещение забоя S определяется по формуле

где Xзаб, Yзаб – координаты забоя скважины.

Представленные формулы можно применять для ручного расчета траектории вертикальной скважины при зенитных углах до 5°.

В настоящее время для обработки результатов измерений применяется компьютерная система обработки данных инкли-

нометрии «Inclin».

Система позволяет вводить измеренные данные в интервалах ствола скважины как вручную, так и в цифровом виде. При вводе почти всех параметров выполняется жесткий контроль их

107

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

значений на соответствие ряду критериев. По окончании ввода интервальных данных (глубин, углов, азимутов в интервале) может выполняться программная проверка их достоверности. В случае обнаружения каких-либо некорректных значений пользователю предоставляетсявозможностьих корректировки.

При проведении обработки исходных данных система выполняет осреднение углов и азимутов на совпадающих глубинах,

проверку правильности измеренных данных, расчет декартовых координат скважины, интенсивности искривления ствола скважины, расчет возможных ошибок положения ствола скважины, обусловленных погрешностями измерений глубин, углов и азимутов.

Результаты обработки выдаются в виде таблицы, сформированной в формате *.doc и в виде файла формата *.las, который может быть использован в других программах, например, в системе Prime для дальнейшего нанесения абсолютных отметок на планшеты (рис. 1.43).

Кроме этого система позволяет строить план скважины, ее вертикальную проекцию (рис. 1.44) и аксонометрию (рис. 1.45).

Рис. 1.43. Шаблон таблицы результатов инклинометрии

108

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

а

б

Рис. 1.44. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) проекции скважины

109

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.45. Аксонометрия скважины

Современное представление траектории скважины, помимо наиболее вероятного положения ствола скважины, должно включать и допуск в вертикальной и горизонтальной проекции, обусловленный влиянием погрешностей (круг допуска).

Кавернометрия и профилеметрия

Измерение диаметра ствола скважины относится к основным исследованиям, проводится во всех поисковых и разведочных скважинах, в интервалах детальных исследований и по всему открытому стволу.

В разрезе различной литологии фактический диаметр скважины не всегда является номинальным и может быть больше или меньше диаметра долота.

110