А. А. Молчанов Санкт-Петербург


Автономные системы для проведения проведения геофизических исследований в горизонтальных скважинах на буровом инструменте



страница17/33
Дата26.10.2016
Размер3.24 Mb.
ТипОтчет
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   33

4.3. Автономные системы для проведения проведения геофизических исследований в горизонтальных скважинах на буровом инструменте

4.3.1 Система “Горизонт”


Аппаратно-методический комплекс “Горизонт” предназначен для исследований наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважин методами инклинометрии (зенитный угол, азимут), электрического (КС, ПС) и радиоактивного (ГК, НГК) каротажа.

АМК “Горизонт” содержит скважинный прибор, состоящий из стеклопластикового корпуса с переводником, батареи питания, блока памяти, зондовых устройств для измерения КС, ПС, ГК, НГК и инклинометрии и блока электроники в защитном титановом кожухе (рис. 4.9, а). Наземное оборудование состоит из глубиномера, датчика веса, наземного интерфейса (рис. 4.9, б) и ПЭВМ.

Пии спуске и подъеме автономного прибора в ПЭВМ записывается время и глубина нахождения прибора в скважине, а после извлечения его на поверхность данные измерений переписываются в ПЭВМ в масштабе глубины.

В течение 1,5-2 часов ПЭВМ выдает траекторию скважины и данные интерпретации каротажа.

Каротаж горизонтальных скважин ведется аппаратурно-методическим комплексом АМК “Горизонт” на бурильных трубах. Всего за восемь часов и одну спускоподъемную операцию проводится запись комплекса параметров: ГК, НГК, ПС, КС, инклинометрия. Тут же на буровой после обработки информации на IBM PC выдается экспресс-информация.

Заключение с выдачей коэффициентов пористости, нефтенасыщенности, глинистости заказчик получает через 2-3 дня.

ВНИИГИС оказывает сервисные услуги по применению комплексной технологии. К началу 1995 года проведено 42 и исследовано 54 горизонтальных скважин в Башкортостане, Татарстане, Удмуртии и Оренбуржье.

Техническая характеристика.

Диапазон измерений

кажущееся уд. сопротивление (КС), Ом м 0-20005%

потенциал собственной поляризации (ПС), В 0,55%

уровень естественного гамма-излучения (ГК), мкР/ч 0-100

Потенциал собственной поляризации (ПС), В 0,5

Уровень радиационного гамма-излучения (НГК), имп/мин 0-60002%

азимут, град 0-3601,5

зенитный угол, град 0-1200,3

Габаритные размеры скважинного прибора, мм: 1808000

Масса скважинного прибора, кг 450

Особенности и преимущества:


  • проведение измерений в скважинах, которые затруднительно или невозможно исследовать аппаратурой на кабеле;

  • сокращение времени исследования скважин;

  • проведение измерений при одних и тех же геолого-технических условиях;

  • цифровая регистрация и обработка информации;

  • применение для геологической интерпретации автоматизированных систем обработки данных ГИС на базе ПЭВМ.

Примеры применения АМК «Горизонт» для проводки и исследования горизонтальных скважин приведены на рис. 4.10, 4.11.

Ведется разработка модулей АМК “Горизонт”, включающих методы акустического каротажа, спектрометрического гамма-каротажа, гидродинамического каротажа и опробования.


4.3.2 Система АЗС-42СМ


Компанией "Геоэлектроника сервис" разработана автономная забойная сбрасываемая многоточечная система АЗС-42СМ, скважинные испытания которой успешно проведены на месторождениях Оренбургской области и Сургутского района в 1996 г. при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Основные технические данные АЗС-42СМ

  1. Пределы измерения зенитного угла от 0 до 1800,5

  2. Пределы измерения азимутального угла от 0 до 3601,5

  3. Пределы измерения угла положения отклонителя от 0 до 3601,5

  4. Пределы измерения давления от 0 до 60 МПа 0,05 МПа

  5. Пределы измерения температур от 0 до 100 С 0,1 С

  6. Пределы измерения естественной гамма-активности

(гамма-каротаж) от 0 до 100 мкР/ч 10%

  1. Максимальная температура окружающей среды 100 С

  2. Максимальное рабочее гидростатическое давление 80 МПа

  1. Габариты, мм:

наружный диаметр(без центраторов) .42

длина не более 6209

диапазон упругих деформаций центраторов

по диаметру от 60 до 100



  1. Масса скважинного прибора не более 30 кг

  2. Питание от 7 (14) аккумуляторов 1,25 В, диаметром 25,4 мм и длиной 50 мм

  1. Время непрерывной работы на забое не менее 6 (12) ч

  2. Виброзащита скважинного прибора от продольных

и поперечных вибраций до 30g при частоте 5-20 Гц

Устройство и принцип работы АЗС-42СМ

Аппаратура АЗС-42СМ включает скважинный прибор (СП) и наземное устройство сопряжения с персональным компьютером (УСО). Функциональная схема аппаратуры приведена на рис.4.12.

СП может функционировать в 3-х режимах:

-инициализация измерений;

-измерения;

-считывание накопленных данных.

В режиме инициализации измерений необходимо установить кабельные соединения между IBM PC и УСО, а также между УСО и СП. Далее IBM PC через УСО передает микропроцессору исходные установки для данного рейса прибора: дату и время начала измерений, временной интервал между замерами, максимальные значения токов потребления различных узлов прибора. После этого кабельное соединение УСО-СП разрывается, на СП устанавливается заглушка и СП начинает измерения, т.е. готов к спуску в скважину.

В режиме измерений микропроцессор с заданным интервалом опрашивает инклинометрический датчик, АЦП и блок ГК. Опрос производится в следующей последовательности: включение питания данного узла, контроль тока потребления, считывание и запоминание данных в ПЗУ с электрической перезаписью информации (ЭППЗУ) либо фиксация ошибки.

Если в процессе измерений используется глубиномер, то после перевода СП в режим измерений необходимо на IBM PC запустить программу регистрации глубиномера. После того как СП извлечен из скважины, необходимо восстановить кабельное соединение УСО-СП и перейти к режиму считывания накопленных данных. В режиме считывания накопленных данных СП выдает, а IBM PC принимает данные, зафиксированные во время рейса. Далее к данным СП добавляют параметры: глубина забоя и глубина забоя, полученные от глубиномера или от станции СГТ-К "Разрез2" (привязка этих параметров производится по реальному времени). После этого ПК производит обработку накопленных данных в функции глубины.

Конструктивно скважинный прибор состоит из 3-х блоков: модуля датчиков, модуля ГК и приставки, гибко соединенных между собой, что позволяет проводить работы с прибором в скважинах со сверхмалым радиусом искривления.


4.3.3. Система “ОБЬ”


При создании конкурентоспособной аппаратуры и технологии проведения ГИС в ГС обязательными к выполнению определялись следующие основные условия:

- необходимый и достаточный комплекс ГИС, соответствующий комплексу ГИС, утвержденному для конкретного региона работ;

- соответствие скорости проведения каротажа разрешающим возможностям применяемых методов (касается в основном методов РК) и способов предварительной обработки и упаковки информации в скважинных приборах;

- конкретная привязка получаемых данных к глубине и отсутствие ложных записей при отворачивании очередной свечи;

возможность извлечения сборки скважинных приборов в случае аварийного прихвата бурового инструмента.

К настоящему времени геофизическая служба России оказалась неподготовленной к массовым исследованиям ГС из-за отсутствия высокоэффективных технологий проведения ГИС в ГС, сочетающих в себе как безаварийные средства доставки приборов в горизонтальную часть ствола, так и необходимый набор методов, обеспечивающих достаточную информативность исследований.

В отечественной практике проведения ГИС в ГС используются две основные технологии:

проведение ГИС автономной аппаратурой, спускаемой на буровом инструменте (АМК «Горизонт», разработка ВНИИГИС, г. Октябрьский);

проведение ГИС комплексом стандартных приборов, помещаемых в электрорадиопрозрачный пластиковый контейнер, спускаемый на буровом инструменте. Данная технология предусматривает использование каротажного кабеля, часть которого проходит по затрубному пространству («Горизонталь-1», разработка АО НПФ «Геофизика», г. Уфа).

Преимуществами первой технологии являются: малое время проведения исследований (обычный спуск-подъем бурового инструмента продолжительностью 8-10 час) и низкая аварийность (имеется возможность осуществлять циркуляцию промывочной жидкости через буровой инструмент и автономный прибор в любое время).



Недостатками данной технологии являются: ограниченный комплекс исследований, явно недостаточный для нормального геофизического обеспечения терригенных полимиктовых отложений Западной Сибири и значительные трудности, возникающие при эксплуатации автономного прибора (необходимость наличия технических средств для перевозки, разборки, погрузки-разгрузки и т.д.). Характерным является то обстоятельство, что эти недостатки в значительной мере являются непреодолимыми и на отдаленную перспективу.

Вторая технология, на наш взгляд, преимуществ вообще не имеет, а является выходом из ситуации, когда надо хоть что-то сделать в стволе ГС.

Недостатками этой технологии являются:

- невозможность реализовать необходимый комплекс исследований из-за наличия пластиковых контейнеров;

- высокая аварийность работ (по статистике примерно в 48-50% случаев происходят обрывы каротажного кабеля из-за несинхронного спуска кабеля и бурильных труб и из-за пережима муфтами бурильных труб, достаточно часты случаи оставления в скважине пластиковых контейнеров);

- проблемы, возникающие с привязкой информации к истинным глубинам;

- длительное время проведения исследований, составляющее примерно 22-25 часов.

Перечисленные недостатки второй технологии также являются непреодолимыми в ближайшей перспективе.

Западные технологии проведения ГИС в ГС в основном являются развитием второй технологии, изначально являющейся российской и реализованной еще в начале 50-х годов при бурении первых отечественных ГС.

Во всех этих технологиях применяется боковой проводник для пропуска кабеля в затрубное пространстве и различные модификации т.н. «мокрого соединения». Принципиальным отличием от отечественной технологии является отсутствие пластикового контейнера и возможность реализации полного комплекса исследований.

Однако наличие кабеля в затрубье делает непреодолимыми недостатки этих технологий в виде высокой аварийности и большой длительности исследований.

Еще одним «непреодолимым недостатком» является очень высокая стоимость зарубежных технологий проведения ГИС в ГС.

Таким образом, основной задачей создания конкурентоспособной отечественной технологии проведения ГИС в ГС является устранение вышеперечисленных недостатков и сохранение и увеличение преимуществ.

Практика проведения ГИС в ГС в Западной Сибири выявила следующее:

- высокую информативность аппаратуры ВИКИЗ;

- недостаточность используемого комплекса ГИС для принятия необходимых решений по заканчиванию ГС:

- низкую технологичность исследований;

- высокую аварийность.

Разработан аппаратурно-методический автономный комплекс (АМАК «ОБЬ») и технология проведения ГИС в ГС с его помощью, в которых вышеперечисленные недостатки полностью устранены, а преимущества усилены.

АМАК «ОБЬ» (рис. 4.13) представляет собой сборку стандартных скважинных приборов, реализующих необходимый комплекс ГИС, работающих в автономном режиме. Реализация автономного режима достигается размещением источников питания (аккумуляторов), блоков твердотельной интегральной памяти, преобразователя питания, а также датчиков включения/выключения в составе блоков управления работой автономных приборов в модулях регистрации (МР).

Верхняя часть сборки содержит сферический поршень (СП), служащий для выталкивания сборки скважинных приборов из бурильных труб через шток обратного хода. Выше СП расположено замковое соединение (ЗС) и устройство для подъема и опускания у всей сборки скважинных приборов (УПО).

Технология работы с АМАК «ОБЬ» заключается в следующем.

На мостках буровой производится сборка автономных скважинных приборов, реализующая необходимый комплекс ГИС.

Варианты сборок показаны на рис. 4.13, с указанием общей длины сборок. К верхней части сборок подсоединяется специальная оснастка, соединяющая в себе шток обратного хода, СП, ЗС и УПО.

В скважину опускается свеча (25 м) и две свечи (50 м) бурового инструмента, на конце которого имеется специальный центратор (обтекатель). После этого талевой системой через УПО вся сборка поднимается над устьем скважины и медленно опускается в бурильные трубы. При подходе к замку верхней бурильной трубы замкового соединения специальной оснастки в замок верхней бурильной трубы вставляется ответная часть ЗС и вся сборка плавно сажается на ЗС, а талевая система освобождается.

После этого производится наращивание очередной свечи бурового инструмента и производится обычный спуск бурового инструмента на забой ГС.

В случае необходимости может осуществляться промывка скважины, а также вращение бурового инструмента ротором, при этом сборка скважинных приборов остается на месте, надежно зафиксированная ЗС, а буровой раствор свободно проходит через зазоры между СП и стенками бурильной трубы и через отверстия в СП и штоке обратного хода, создавая избыточное давление на сборке на уровне 8-15 атм.

Выталкивание сборки при достижении забоя или заданного интервала исследований осуществляется путем циркуляции двумя насосами о сбросом в буровой инструмент запорного приспособления. Определение момента выхода сборки из бурового инструмента производится по изменению давления на стояке (повышение давления с последующим его падением при проходе верхней части спецоснастки мимо промывочных отверстий обтекателя).

При выходе каждого модуля из обтекателя производится его включение на запись информации, которая происходит при подъеме бурового инструмента из скважины со скоростью 400 м/час. При этом в бортовой компьютер в функции времени значения глубины нахождения обтекателя (нижнего конца бурового инструмента) через систему измерения глубины станции СГТ-К №Разрез-2(3)».

Предусмотрен вариант технологии применения АМАК «ОБЬ» при размещении сборки скважинных модулей в электрорадиопрозрачном контейнере, наворачиваемом на последнюю бурильную трубу. В отличие от технологии «Горизонталь-1 применение геофизического кабеля в этом случае не требуется, что сокращает как сроки работ, так и аварийность. Включение модулей производится при их выходе из башмака технической колонны.

После поступления сигнала о выходе сборки из бурильных труб насосы включаются, квадрат отворачивается и опускается в шурф и осуществляется подъем бурового инструмента из скважины с заданной скоростью, не превышающей скорости записи радиоактивных методов ~360-400 м/ч). Одновременно с подъемом бурового инструмента будет осуществляться проведение ГИС спущенным комплексом.

В горизонтальной части ствола и в интервале выхода на горизонталь до углов 60-55 сборка будет лежать на нижней стенке ствола скважины и за счет наличия в ней штока обратного хода движение ее в обратном направлении, при посадке инструмента на клинья в диапазоне 1-1,5 м, будет исключено. Таким образом, запись геофизической информации будет осуществляться только при движении сборки снизу вверх.

Отключение питания модулей сборки осуществляется (как и включение) феррозондовым датчиком на глубине башмака технической колонны (удлиненного кондуктора).

После выхода из интервала исследований скорость подъема инструмента может быть увеличена до 1500-2000 м/ч.

При появлении последней свечи из нее вынимается ответное ЗС, затем свеча поднимается вверх и отворачивается от специального центратора (обтекателя). За освободившееся УПО вся сборка извлекается через центратор с помощью талевой системы, подвешивается над ротором и затем плавно опускается на мостки для разборки.

Зарегистрированная информация из автономных приборов через считывающее устройство переписывается в компьютер, в который ранее записывалась информация в функции времени: давление на насосах, вес на крюке, положение клиньев, глубина нахождения центратора, положение талевого блока.

Совмещение информации от наземных датчиков, зарегистрированной на компьютере во время подъема инструмента с забойной информацией от сборки, переписанной в компьютер после ее подъема на дневную поверхность, осуществляется путем совмещения шкалы времени в хронометрах компьютера и автономных приборов. Таким образом, вся геофизическая информация оказывается зарегистрированной в функции глубин, как и при обычном каротаже.

В комплекте АМАК «ОБЬ» кроме скважинной сборки необходимо иметь наземное оборудование: датчик глубины, датчик веса, датчик давления, датчик положения клиньев, система сбора информации, ПК типа IBM 486 с необходимым ПО, принтер-плоттер, считывающее устройство.

После перенесения зарегистрированной информации из сборки в компьютер осуществляется просмотр и редактирование (форматирование) полученной информации, а затем отредактированная информация в виде каротажных диаграмм выводится через принтер-плоттер для передачи Заказчику непосредственно на скважине. В случае необходимости непосредственно на скважине может быть выдано и предварительное заключение. Информация по радиомодемной связи может быть также передана на базу для глубокой интерпретации.

Так как все наземное оборудование, необходимое для реализации технологии проведения ГИС в ГС с помощью АМАК «ОБЬ», входит в комплект компьютеризированных станций геолого-технологических исследований СГТ-К «Разрез-2», устанавливаемых на всех бурящихся ГС, на скважину требуется транспортировать только забойную часть АМАК «ОБЬ» в разобранном виде (скважинные приборы + оснастка).

Сравнительные характеристики АМАК «ОБЬ» с АМК «Горизонт» и «Горизонталь-1» приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Сравнительные характеристики автономных систем и системы «Горизонталь»

п/п


Характеристики

Технологии АМАК «ОБЬ»

АМК «Горизонт»

«Горизон-таль-1»

1

Комплекс исследований

Полный (необхо-димый в любом сочетании)

Ограниченный (недостаточный)

Ограничен-ный

2

Аварийность

минимальная

минимальная

высокая

3

Время проведения ГИС, час

8-10

8-10

22-25

4

Необходимость в использовании каротажного подъемника с кабелем

нет

нет

есть

5

Необходимость в специальном оборудовании для перевозки и разборки

нет

есть

есть

6

Точность привязки к истинным глубинам

высокая

высокая

низкая

7

Относительная стоимость

средняя

средняя

средняя

8

Обоснованность принятых управляющих решений на основе полученной информации

высокая

низкая

средняя

Приведем технические характеристики модулей.

Модуль инклинометрический АМАК "Обь"

Предназначен для контроля траектории горизонтальной и пологонаклоненной частей скважины после бурения.

Применяется для исследования открытых горизонтальных стволов эксплуатационных нефтяных и газовых скважин с доставкой на забой ГС выталкиванием из бурильной колонны потоком бурового раствора. Охранный кожух и все детали модуля могут быть выполнены из титана, а магнитометры и акселерометры расположены в 4,3 м от магнитных масс.

Измеряемые параметры и единицы измерений

Зенитный угол градусы

Азимут градусы

Характеристика измеряемых параметров

Зенитный угол 0-18020'

Азимут 0-3601'

Общие технические данные

Длина, мм27 0

Макс. диаметр, мм 73

Масса, кг 34

Питание от аккумуляторов типа включаемых при выходе

модуля из колонны и работающих в течение 5-6 ч

Макс. рабочая температура, С 100

Макс. рабочее давление, МПа 80

Диаметр скважины, мм 110-350

Скорость измерений, м/ч 400

Автономная система сбора информации осуществляет регистрацию:

- времени, прошедшего с начала измерений;

- углов (6х16 бит);

- давления (16 бит);

- температуры (9 бит).

Комплексный модуль интегрального гамма-каротажа и компенсированного нейтронного каротажа в АМК "Обь"

Предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) естественного гамма-излучения (гамма-каротаж — ГК) и водонасыщенной пористости пород (компенсированный нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам — 2ННКт).

Применяется для исследования открытых и обсаженных нефтяных и газовых скважин, заполненных любой промывочной жидкостью, в том числе, наклонно-направленного бурения с доставкой к забою через буровой инструмент.

Детекторы нейтронов расположены на двух различных расстояниях от источника: ближнем и дальнем. Параметры и конструкция зондов выбраны такими, чтобы максимально ослабить влияние скважинных условий на вычисляемую водонасыщенную пористость горных пород Кп.



Измеряемые параметры и единицы измерений

Мощьность экспозиционной дозы естественного

гамма-излучения горных пород GR мкР/ч

Водонасыщенная пористость по 2ННКт TRNP %



Характеристика измеряемых параметров

Диапазон измерения Погрешность

GR, мкР/ч 0-250 15% (относит.)

TRNP 1-40% 4,2+2,3 (40/Кп-1), % (абс.)



Общие технические данные

Длина, мм 3800

Макс. диаметр, мм 73

Масса, кг 50

Питание постоянным током 22 В, 180 мА

Макс. рабочая температура, С 120

Макс. рабочее давление, МПа 80

Диаметр скважины, мм 110-350

Скорость измерений, м/ч 400-800

Детектор ГК — NaJ(Tl) сцинтиляционный.

Детекторы нейтронов — гелиевые счетчики.

Источник нейтронов — PuBe с выходом 107 н/с.



Модуль высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования ВИКИЗ-М

Модуль ВИКИЗ-М обеспечивает измерение кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) с помощью пяти трехкатушечных электромагнитных зондов и потенциала самопроизвольной поляризации (ПС) с помощью электрода ПС. Модуль предназначен для работы в открытом стволе в горизонтальных скважинах. Технические характеристики электромагнитных зондов приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Технические характеристики электромагнитных зондов модуля ВИКИЗ-М



Обозначение

Длина, м

База, м

Частота, МГц

З ф 0.5

0,5

0,10

14,000

З ф 0.7

0,7

0,14

7,000

З ф 1.0

1,0

0,20

3,500

З ф 1.4

1,4

0,28

1,750

З ф 2.0

2,0

0,40

0,875

Каждый зонд состоит из одной генераторной и двух приемных катушек. Измеряемой величиной является разность фаз между э.д.с., наведенными в измерительных катушках. Разность фаз однозначно зависит от пространственного распределения удельного электрического сопротивления окружающей среды.



Общие технические данные

Диапазон измерения УЭС, Омм 1-200

Основная относительная погрешность измерения УЭС, %

- в диапазоне УЭС (1-20) Омм до 5

- в диапазоне УЭС (20-80) Омм до 10

- в диапазоне УЭС (80-200) Омм до 120

Дискретность измерения разности фаз,  0,022

Напряжение питания, В 12

Потребляемый ток, не более, А 0,7

Температура окружающей среды, С +5 — +125

Максимальное гидростатическое давление, МПа 60

Габаритные размеры

длина, м 4

диаметр, м 0,073


Пример записи зондов ВИКИЗ и ПС по одной из скважин Федоровского месторождения в функции времени параллельно с записью технологических параметров спускоподъемных операций через станцию ГТИ СГТ-К «Разрез-2» показан на рис. 4.14, а, а запись той же информации в функции глубины – на рис. 4.14, б.

Реализация технологии ГИС с помощью АМАК «ОБЬ» позволяет:

- сократить время каротажа в 2-3 раза;

- резко повысить информативность исследований;

- свести к минимуму аварийность и сделать этот вид работ при строительстве ГС безопасным.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   33


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал