Интерпретация диаграмм методом профилеметрии и кавернометрии

Содержание.docx

Общие сведения о методах 6
1 Физические основы кавернометрии . 7
2 Физические основы профилеметрии . 7
3 Аппаратура метода .10
Обработка диаграмм методов кавернометрии и профилеметрии..19
1 Проведение измерений .. ..19
2 Запись диаграмм и проверка их качества .20
Интерпретация снятых данных .23
1Интерпретация кавернограмм .23
2Интерпретация профилеграмм 27
Список литературы . 31

Интерпретация диаграмм методом профилеметрии и кавернометрии.docx

Профилеметрия около 35 лет занимает прочное место в комплексе ГИС однако история становления этого геофизического метода и его возможности вряд ли широко известны.
Современная профилеметрия - это одновременная непрерывная регистрация двух размеров поперечного сечения ствола скважины. Аппаратура с 4-рычажной механической системой а другой серийной аппаратуры нет регистрирует два взаимно перпендикулярных размера: dб - большой и dм - малый а также их полусумму то есть всем известную кавернограмму. Метод разработан на рубеже 60-70-х гг. с целью обнаружения интервалов стволов бурящихся скважин потенциально опасных в смысле прихвата бурильного инструмента и своевременного предотвращения прихватов.
В начале 1960-х гг. анализ аварий в бурении выполненный в ряде предприятий СССР показал что около половины случаев таких аварий связано с заклиниванием инструмента в желобах. Термин желоб впервые появился в 1959 г. в работе "Осложнения при бурении скважин" (Н. А. Сидоров Г. А. Ковтунов). Авторы называли желобами участки ствола скважины поперечное сечение которых напоминает по конфигурации замочную скважину. В то время мало кто предполагал какую форму имеет реальное сечение ствола - господствовало мнение о круглом сечении.
В 1965 г. М. А. Танкибаев (г. Актюбинск Казахстан) впервые предложил регистрацию двух взаимно перпендикулярных размеров поперечного сечения ствола справедливо полагая что это хоть как-то может прояснить вопрос об истинной конфигурации "прихватоопасных" сечений. Чуть позже то же было предложено геофизиками Кубани и впервые практически реализовано (С. П. Бабарыкин и др.) в Абинской ПГК "Краснодарнефтегеофизики" для чего серийные одножильные каверномеры СКО-11 были приспособлены для одновременной регистрации двух взаимно перпендикулярных размеров сечения ствола. Модернизированный каверномер краснодарцы назвали профилемером диаграммы изменения dб и dм - профилеграммами а метод - профилеметрией. В 1966 г. аналогичная "переделка" каверномеров была выполнена Е. М. Пятецким и в Таджикистане считавшемся в то время в Мингео СССР одним из "ведущих" нефтегазоразведочных регионов страны по аварийности в бурении. Е. М. Пятецкий узнав о краснодарцах и о М. А. Танкибаеве пригласил последнего к нам в гости.
Впервые о практическом использовании данных профилеметрии в бурении стало известно из статьи "Конфигурация стволов скважин и осложнения возникающие в процессе бурения" (Е. П. Фролов Н. А. Сидоров Н. Г. Аветисян 1966 "Бурение" № 11). Примерно с этого же времени благодаря усилиям Е. М. Пятецкого и в Таджикистане бурение оказалось немыслимым без регулярного проведения профилеметрии. К 1970 г. когда метод приказами по Мингео и Миннефтепрому СССР был официально включен в обязательный комплекс ГИС максимальные объемы работ выполнялись в этой среднеазиатской республике Краснодарском крае и в Западном Казахстане (трест "Мангышлакнефтегазразведка"). В других регионах страны профилеметрия была практически неизвестна.
В 1970 г. на базе экспедиции благодаря инициативе и стараниям Е. М. Пятецкого было проведено первое (к сожалению оно и последнее) трехдневное Всесоюзное совещание по профилеметрии на которое съехались в основном энтузиасты занимавшиеся ею в своих регионах а также небольшое число геофизиков и буровиков из других мест. Вел совещание (оно называлось школой) Е. М. Пятецкий.
Кавернометрия является самым распространенным методом измерения диаметра скважины.
Она широко используется для определения среднего фактического диаметра скважины необходимого при интерпретации результатов ГИС подготовке к спуску обсадной колонны и приготовлениях к цементированию скважины.
Общие сведения о методах
При бурении диаметр долота зависит от конструкции скважины. Если диаметр пробуренной части ствола скважины соответствует диаметру долота или коронки то его называют номинальным. Однако в разрезе различной литологии фактический диаметр скважины dс не всегда является номинальным и может быть больше или меньше диаметра долота. Номинальный диаметр dн отмечается в плотных непроницаемых породах. Увеличение диаметра (dcdн>l) — образование каверн характерно для глинистых пород и песков уменьшение (dcdн1) — для пород-коллекторов в которые проникает фильтрат промывочной жидкости. Сужение диаметра скважины обусловлено возникновением глинистой корки на стенках скважины в результате фильтрации промывочной жидкости в пласты. Толщина глинистой корки зависит от физико-химических
особенностей промывочной жидкости а также от коллекторских свойств пород и может достигать 2—4 см.
Данные о фактическом диаметре скважины необходимы для проведения следующих операций:
) расчета объема затрубного пространства при определении количества цемента требующегося для цементирования обсадных колонн;
) выявления наиболее благоприятных участков скважин для установки
башмака колонны фильтров или испытателя пластов;
) контроля состояния ствола скважины в процессе бурения;
) количественной интерпретации данных комплекса промыслово-геофизических методов (БЭЗ нейтронных и др.);
) уточнения геологического разреза скважины (определение литологии выделение коллекторов и др.).
Фактический диаметр скважины измеряется каверномерами. Кривая фактического измерения диаметра скважины в масштабе глубин называется кавернограммой.
Ствол скважины в сечении не всегда является кругом. Несоответствие формы сечения ствола необсаженной скважины кругу свидетельствует о наличии желобов которые образуются из-за ее искривления воздействия на стенки замковых соединении бурового инструмента.
В колоннах опускаемых для крепления скважины могут возникать деформации обусловливающие изменение кругового сечения труб и их первоначальный диаметр за счет неравномерных механических напряжений по сечению колонны и в результате проведения прострелочно-взрывных работ.
Измерение диаметров необсаженных и обсаженных скважин одновременно в нескольких вертикальных плоскостях производится скважинными профилемерами. Обычно измеряют изменения диаметров скважин в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Но есть приборы для измерения диаметра скважины в трех и четырех плоскостях.
Данные профилеметрии необсаженных скважин необходимы
для разработки мероприятий по нейтрализации прихватоопасных желобов уточнения объема затрубного пространства при цементировании обсадной колонны и более точной интерпретации кривых контроля цементирования скважин.
1 Физические основы кавернометрии
В процессе бурения скважины ее диаметр не остается постоянным; он изменяется с глубиной и во времени. Диаметр скважины может быть номинальным то есть соответствовать диаметру долота быть больше или меньше номинального.диаметра определяются литолого-петрографическими свойствами горных пород и технологией бурения. Номинальный диаметр сохраняется в плотных непроницаемых породах. Увеличение диаметра наблюдается при разбуривании глин аргиллитов каменной соли трещиноватых и кавернозных известняков. Уменьшение диаметра скважины по сравнению с номинальным происходит при проникновении фильтрата бурового раствора в проницаемые отложения и образовании на стенках скважины глинистой корки. Нарастание глинистой корки образование каверн в толщах солей и аргиллитов в значительной мере определяются параметрами бурового раствора.
Измерения фактического диаметра скважины выполняют специальными приборами - каверномерами которые обеспечивают непрерывную запись усредненного диаметра по глубине называемую кавернограммой.
Кавернометрия входит в стандартный комплекс геофизических исследований и регистрация диаметра скважины является обязательной во всех скважинах. Данные кавернометрии используют при литологическом расчленении разреза и при интерпретации методов ГИС.
Кроме того данные кавернометрии широко используют для решения технических задач. Например необходимое количество цементного раствора при цементировании обсадных колонн определяют с учетом средневзвешенного значения диаметра скважины определяемого по кавернограмме.
Данные каверномера используют при выборе наиболее благоприятного участка скважины для установки башмака промежуточной колонны пакера при испытании скважин интервалов отбора керна боковыми грунтоносами интервалов установки пробоотборника на кабеле. Кавернограммы используются технологами также для выделения участков осложненного ствола скважины.
2 Физические основы профилеметрии
Профилемеры позволяют проводить измерения диаметра или радиуса скважины в двух или нескольких плоскостях. Такие измерения проводят непрерывно по стволу скважины и получаемая при этом диаграмма называется профилеграммой; они могут быть выполнены по отдельным точкам.
В бурящихся скважинах несоответствие формы открытого ствола круглому сечению свидетельствует о наличии желоба. Образуется желоб в результате разрушения горных пород буровым инструментом и его замковыми соединениями в процессе бурения (особенно когда бурение ведется роторным способом) и при спуске-подъеме инструмента. Развитие желобов осложняет бурение скважины и разработку месторождений. В этих интервалах наблюдаются затяжки бурового инструмента которые могут привести к прихватам; возникают трудности при спуске обсадных колонн; могут возникнуть заколонные перетоки. Только в разведочном бурении четверть всех аварий связана с прихватами инструмента в желобах. На ликвидацию этих прихватов расходуется до 50 % аварийного времени. Желоб в разрезе скважины выделяют с помощью профилемеров. В приборах этого типа раздельно регистрируются показания каждой пары рычагов расположенных в одной плоскости. Диаметры скважин определяют по величине раскрытия двух пар независимо перемещающихся Измерительных рычагов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Пример профилеграммы дан на рисунке (рисунок 1).
После обнаружения желоба протяженность которого превышает размер свечи проводят детальное изучение поперечного сечения скважины. Для этой цели применяют скважинный профилемер-радиусомер с восемью измерительными рычагами. Замеры в скважинах проводят дискретно по точкам. Прибор устанавливают в исследуемом интервале и затем последовательно снимают показания с каждого из восьми измерительных рычагов. Замеры привязанные по азимуту позволяют построить диаграммы поперечного сечения скважины. Желоб считается прихватоопасным если глубина его превышает половину диаметра замкового соединения; если развился он в вертикальной плоскости направления скважины приурочен к местам зенитного перегиба ствола скважины и стабилен во времени.
Профилемеры применяют для диагностики состояния обсадной колонны или насосно- компрессорных труб. Для этих целей современные профилемеры могут иметь порядка 20 - 40 измерительных рычажков и встроенные центраторы для обеспечения совпадения продольной оси прибора с осью скважины что позволяет получать изображение детального состояния труб в скважинах с высоким разрешением. Во время измерений изменение положения каждого из рычажков переводится в электрическое напряжение и калибруется для получения независимого значения внутреннего радиуса обсадной колонны. Полученная информация может быть использована для исследования и диагностики технического состояния колонны (обнаружения коррозии механических повреждений и деформаций повреждений во время бурения положения перфорационных отверстий трещин и разрывов колонны отложений парафина солей твердых углеводородов).
а - профилеграмма полученная прибором СК; б - диаграммы поперечного сечения скважины построенные по результатам измерения прибором СПР;
в - схема образования желоба; 1 - песчаник; 2 - глина; 3 - азимут желоба
Рисунок 1 - Примеры выделения в разрезе скважин желоба
Такие профилемеры можно комбинировать с другими приборами для получения большей информации за меньшее количество спускоподъемных операций в скважине. Например одновременно получать данные о техническом состоянии колонны вместе с информацией о состоянии цемента и инклинометрией. Комбинирование профилемера с инклинометром позволяет определить пространственное положение повреждений колонны.
Специальные интерактивные программные пакеты обработки данных многорычаговых профилемеров (сканеров профиля скважины) позволяют получать трехмерное изображение профиля колонны в режиме реального времени.
Принципы действия всех существующих типов каверномеров и профилемеров одинаковы и состоят в преобразовании механических перемещений мерных рычагов в электрические сигналы которые передаются по линии связи на поверхность а затем — на регистрирующий прибор. Различаются каверномеры и профилемеры электрическими схемами конструкциями и способами раскрытия мерных рычагов.
Используются каверномеры с мостиковой и потенциометрической схемами измерения для трехжильного и одножильного кабеля (рисунок 2).
а — мостовая схема; б. в — потенциометрическая схема.
R1 R3 — переменные сопротивления моста; R2 R4 — постоянные сопротивления моста; КП — компенсатор поляризации;
Rд — сопротивление датчика; Г — генератор постоянного тока;
АВ — токовая цепь; MN — измерительная цепь
Рисунок 2 - Электрические схемы каверномеров для работы с трехжильным (а б) и одножильным (в) кабелем
В профилемерах измерение диаметров скважин в нескольких взаимно перпендикулярных плоскостях производится путем раскрытия двух пар независимо перемещающихся измерительных рычагов. Величина раскрытия рычагов преобразуется в пропорциональную ей разность потенциалов с помощью реостатов для каждой пары рычагов отдельно.
Каверномеры типов СКС и СКО имеют по четыре измерительных рычага с двумя плечами — длинным и коротким. Длинный рычаг прижимается пружиной к стенке скважины. Короткое плечо с помощью кулачка перемещает шток который связан механически с помощью тросика с ползунком передвигающимся по омическому датчику. Этот датчик является общим для всех четырех рычагов.
Каверномеры СКС и СКО опускают в скважину со сложенными измерительными рычагами которые удерживаются замком кольцом или стальной проволокой. При подъеме с забоя за счет силы трения о стенку скважины и промывочную жидкость насадка смещается вниз и освобождает рычаги. Если рычаги обмотаны стальной проволокой то при пропускании через нее с помощью трансформатора тока достаточной силы она перегорает и рычаги раскрываются. Для записи повторной кавернограммы приборы необходимо поднимать на поверхность и снова закреплять рычаги удерживающими устройствами.
Каверномер КС-3 позволяет измерять диаметр скважины на трехжильном кабеле и служит в качестве кавернометра-профилемера при работе на четырехжильном кабеле. По конструкции он сходен с каверномерами типов СКС и СКО. Прибор КС-3 снабжен устройством для одноразового раскрытия рычагов которое состоит из электромагнита и шарикового замка.
Ромбовидный каверномер КВ-2 служит для измерения диаметра скважины как при спуске так и при подъеме. В КВ-2 используется потенциометрическая схема. Основной частью каверномера является фонарь с тремя парами шарнирно соединенных измерительных рычагов расположенных через 120°. Ромбовидный каверномер предназначен для исследования скважин малого диаметра (от 60 до 240 мм) с помощью трехжильного кабеля.
Фонарный каверномер типа КФМ для изучения скважин диаметром от 70 до 250 мм имеет аналогичную конструкцию.
Каверномеры типа КСУ скважинные управляемые на трехжильном кабеле применяются для исследования нефтяных рудных и угольных скважин. Они имеют три измерительных рычага расположенных вокруг корпуса через 120°. Рычаги прижимаются к стенке скважины с помощью пружин. Для измерения величины U пропорциональной изменению диаметра скважины используется потенциометрическая схема. Каверномеры типа КСУ снабжены управляемой гидравлической системой для раскрытия и закрытия мерных рычагов.
Каверномеры типа КМ имеющие гидравлическую систему управления раскрытием рычагов однократного действия используются в скважинах малого диаметра.
Каверномер-профилемер СКП-1 позволяет регистрировать одновременно диаметр скважины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и величину усредненного диаметра скважины. Для передачи сигналов по одножильному кабелю используется частотно-модулированная система с несущими частотами 7 8 и 14 кГц.
Профилемер СПР-1 предназначен для точечных измерений восьми радиусов и азимута искривления скважины при остановках прибора через интервалы 5—20 м. По результатам измерений строят ориентированные по странам света диаграммы сечения скважины.
Скважинный трубный профилемер ПТС-1 служит для измерения профилей и средних внутренних диаметров обсадных колонн. Он позволяет записывать шесть профилеграмм. Каждый профиль определяется двумя соседними рычагами перемещающимися независимо от других. Для повышения точности измерений профилемер центрируется. Одновременная передача шести измеряемых сигналов по двум жилам кабеля проводится время-имиульсной телеизмерительной системой с амплитудной модуляцией.
Профилемер ПТС-2 предназначен для исследования обсадных колонн с трехжильным бронированным кабелем который позволяет измерять восемь радиусов колонны.
Иногда с целью выделения в разрезе коллекторов регистрируют дополнительно микрокавернограмму прибором с мерными рычагами специальной конструкции (они имеют меньшую длину чем в обычных каверномерах) в масштабе 1:1 и коркограмму — коркомером позволяющим измерить толщину глинистой корки.
Каверномеры. Каверномеры различаются по своим конструктивным особенностям электрической схеме числу используемых жил кабеля числу измерительных рычагов (щупов) способу их раскрытия на забое и др. Наибольшее распространение при исследованиях нефтяных и газовых скважин получили каверномеры на трехжильном кабеле с четырьмя рычагами попарно расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях (рисунок 3). Длинное плечо рычага 1 прижимается пружиной 3 к стенке скважины 7. Короткое плечо 2 с помощью кулачка перемещает шток 6 который механически связан тросиком с ползунком 5 перемещающимся по омическому датчику 4. Движения измерительных рычагов под влиянием изменения диаметра скважины преобразуются с помощью датчиков в электрические сигналы передаваемые на поверхность через кабель и регистрируемые в виде кавернограммы.
На рисунке 4 показана принципиальная электрическая схема каверномеров на трехжильном кабеле с омическим датчиком (КС-3 СКС-4 и др.). В процессе измерения по этой схеме короткие плечи рычагов управляют ползунком омического датчика R1 через который пропускается постоянный ток I. Падение потенциала U на кем при постоянстве I пропорционально изменению сопротивления AR включенного в измерительную цепь (между точками М и N)
где — постоянная каверномера равная 1;
— коэффициент пропорциональности.
– длинный измерительный рычаг; 2 – короткий измерительный рычаг;
– пружина; 4 – омический датчик; 5 – тросик с ползунком;
– шток; 7 – стенка скважины
Рисунок 3 - Схема конструкции каверномеров типов СКС и СКО
R1 — сопротивление (омический датчик); КП — компенсатор поляризации;
РП — регистрирующий прибор; Тр — трансформатор;
Рисунок 4 - Принципиальная электрическая схема каверномера на трехжильном кабеле
Начальный диаметр d0 и постоянную Ск каверномера получают в результате его градуировки. При градуировании рычагам каверномера с помощью крестовины или градуировочных колец задают ряд отклонений соответствующих различным диаметрам d устанавливают некоторую силу тока I и измеряют разность потенциалов U. Для выявления люфтов в приборе замеры проводят сначала увеличивая а затем уменьшая отклонение рычагов.
По полученным данным строят график U = f(d) представляющий собой прямую. Точка пересечения прямой с осью диаметров (U = 0) дает значение постоянную Ск рассчитывают по двум значениям диаметров d1 и d2 и соответствующим им разностям потенциалов U1 и U2 по формуле:
Каверномеры-профилемеры. С помощью каверномеров измеряется средний диаметр скважины за который принимают диаметр круга эквивалентного по площади сечению скважины плоскостью перпендикулярной к ее оси. Однако в общем случае сечение ствола скважины не является круговым. В связи с этим для более детального изучения состояния ствола скважины (формы сечения на различных участках) измерения выполняют каверномером-профилемером.
Каверномер-профилемер СКП-1 предназначен для работы с одножильным бронированным кабелем длиной до 5000 м в комплекте с любой из серийных автоматических станций имеющих четырехканальный регистратор (рисунок 5). Он позволяет измерить диаметры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и их полусумму.
Скважинный прибор состоит из электромеханического I и электронного II блоков. Измеряемые диаметры определяются по разносу двух пар независимо перемещающихся мерных рычагов. Величина разноса рычагов преобразуется в разность потенциалов пропорциональную разносу рычагов что достигается с помощью установленных реостатов. Реостаты R1 R3 и R2 R4 попарно соединены таким образом чтобы при питании их стабилизированным током через сопротивления r1 и r2 разность потенциалов между соответствующими движками реостатов была пропорциональна диаметрам скважины dc’ и dc’’.
Разности потенциалов снимаются с движков реостатов и подаются на вход частотных модуляторов ЧМ1 и ЧМ2 с несущими частотами 78 и 14 кГц. Модулированные по частоте колебания смешиваются и усиливаются в усилителе мощности У после чего через фильтр Ф2 передаются по кабелю на поверхность к блоку управления БУ. Затем сигналы поступают на измерительную панель частотной модуляции ИПЧМ где происходит их разделение по несущей частоте выпрямление и суммирование. С выходов панели ИПЧМ сигналы подаются на соответствующие регистрирующие приборы РП1 и РП2 и записываются. Прибор питается от генератора Г частотой 300 Гц через блок БУ низкочастотный фильтр Ф1 и блок питания БП. Для раскрытия мерных рычагов в скважине используется электромагнит на обмотку которого от выпрямителя ВП через фильтр Ф1 и БП подается постоянный ток напряжением 200 В.
Перед спуском в скважину прибор подсоединяют к кабелю и устанавливают на специальное градуировочное приспособление позволяющее задавать рычагам различные фиксированные отклонения от оси прибора. Затем подключив к пульту ИПЧМ источники питания коллекторный провод и фоторегистратор проверяют срабатывание устройства раскрытия рычагов регулируют ток питания скважинного прибора и устанавливают масштаб записи профилеграмм и кавернограмм.
I – электромеханический блок; II – электронный блок;
R1 R2 R3 R4 – реостаты; r1 r2 – сопротивления; ЧМ1 ЧМ2 – частотные модуляторы; У – усилитель; Ф1 Ф2 – фильтры; БУ – блок управления;
ИПЧМ – измерительная панель частотной модуляции;
РП1 РП2 – регистрирующие приборы; Г – генератор; БП – блок питания;
Рисунок 5 - Блок-схема каверномера-профилемера СКП-1
Градуирование каверномеров и профилемеров. Перед измерениями фактического диаметра скважины необходимо произвести градуировку каверномера (или профилемера) которая состоит в определении постоянной прибора С начального диаметра скважины d0 и нормальной силы тока I0 а также в проверке линейности его показаний.
Для градуировки каверномеров в стационарных условиях обычно используется крестовина с отверстиями расположенными на одинаковом расстоянии от ее центра в которые вставляются мерные рычаги или набор градуировочных колец.
Собирается обычная схема измерения минус источника питания подключается к корпусу прибора. При выбранной силе тока питания каверномера I около 2 мА и задаваемых значениях раскрытия мерных рычагов соответствующих определенным диаметрам скважин измеряют разности потенциалов U и снимаемые с омического датчика. По величинам U и известным диаметрам крестовины строят градуировочный график U =f(dc). Постоянная С каверномера рассчитывается по двум парам значений dc' U1 и dc'' U2 выбранным на линейном участке графика с помощью формулы:
Диаметр do при котором U = 0 устанавливают по графику U = f(dc).
Рисунок 6 - График градуировки каверномера с трехжильным кабелем
Диаметр скважины определяется по формуле:
dc = d0 + C(UI). (5)
Характеристика каверномера должна быть близка к линейной отклонение от линейности не должно превышать 10%
Нелинейность градуировочного графика рассчитывается по формуле:
Обработка диаграмм методов кавернометрии и профилеметрии
1 Проведение измерений
Кавернограммы и профилеграммы обычно регистрируют в масштабах глубин 1:200 1:500 и 1:50; горизонтальный масштаб выбирается равным 1; 2 и 5 смсм. Точкой записи каверномеров СКС. СКО КС-3 КСУ являются нижние концы измерительных рычагов. Скорость подъема прибора при записи кавернограммы зависит от технического состояния ствола скважины а также типа регистратора и обычно составляет 1000— 3000 мч.
Требуемый масштаб записи кавернограммы на трехжильном кабеле обеспечивается подбором силы тока при которой соблюдается условие
R0 — сопротивление контрольного шунта;
n — требуемый масштаб записи кривой.
Сила тока может быть оценена по формуле:
где m — постоянная по напряжению измерительного канала.
Сила тока при регистрации кавернограммы не должна превышать двойной величины нормальной силы тока I0.
Масштаб записи кавернограммы при работе с каверномером на одножильном кабеле определяется следующим образом. Регистрирующее устройство устанавливается на нуль рычаги раскрываются до известного диаметра скважины и отклонение l задается в соответствии с требуемым масштабом.
Перед спуском каверномера в скважину на диаграмме фиксируют отклонение регистрирующего устройства при закрытых рычагах при помещении рычагов в кольцо известного диаметра и при полностью раскрытых рычагах. Если скважина частично закреплена то в колонне обязательно записывается кавернограмма на участке не менее 10 м с отбивкой башмака колонны.
Погрешности измерения фактического диаметра скважины каверномером и профилемером связаны главным образом с нелинейностью масштабной шкалы наличием люфтов в передаче перемещения рычагов измерительному устройству влиянием больших углов искривления скважины непостоянством питающей силы тока и нарушением изоляции жил кабеля. Сопротивление изоляции жил кабеля должно быть не менее 2 МОм.
2 Запись диаграмм и оценка их качества
Качество кавернограммы и профилеграммы оценивается по показаниям регистрирующего прибора в колонне и по величинам диаметров скважины против плотных непроницаемых пластов в которых диаметр скважины определенный по этим кривым должен быть равен номинальному диаметру скважины. Примеры кавернограммы профилеграммы и диаграммы сечения скважины приведены на рисунке 7.
- известняк плотный; 2 - песчаник проницаемый; 3 - алевролит;
Рисунок 7 - Кривые кавернометрии профилеметрии и диаграммы сечения скважины (по Е.М. Пятецкому)
Кавернограммы обычно регистрируются в масштабах глубин 1:200 или 1:500.записи диаметра чаще выбирается 5 смсм а при детальных исследованиях 1 или 2 смсм. Для трехжильных каверномеров требуемый масштаб записи устанавливается путем подбора силы тока I и постоянной по напряжению измерительного канала m так чтобы удовлетворялось условие:
Rэт — эталонное сопротивление (контрольный шунт) (в Ом);
nк — масштаб записи (в смсм).
Точкой записи кавернограмм является точка касания рычажных систем стенок скважины. Допустимая скорость измерений для станций с фоторегистраторами — 1500-2000 мч. Зарегистрированная кавернограмма снабжается заголовком на ней должны быть зафиксированы нулевые показания в начале конце и через каждые 500 м записи (для нефтяных и газовых скважин) отклонения пишущего устройства соответствующие выбранному масштабу и задаваемые диаметром раскрытия рычагов показания пишущего устройства в колонне на интервале не менее 10 м марки времени и метки глубин.
На заголовке кавернограмм чертят горизонтальную масштабную шкалу с отметками через 2 см. При нелинейности каверномера более 5 % масштабная шкала наносится согласно градуировочному графику. По всей длине кавернограммы проводится пунктирная линия соответствующая на исследованном участке номинальному диаметру скважины. Слева по вертикали диаграммы про ставляются глубины обычно через 10 м. Ранее проведенные измерения обязательно перекрываются на интервале не менее 50 м. Погрешность измерения диаметра скважины оценивается по результатам повторных замеров в интервалах перекрытий и показаниям в колонне и не должна превышать ±15 см.
Требуемый масштаб записи диаграмм n (в смсм) устанавливают регулированием выходных сигналов пульта ИПЧМ и корректоров нуля измерительных каналов регистратора добиваясь чтобы при раскрытии в градуировочном устройстве каждой пары рычагов на 20 и 40 см отклонения блика в каналах записи профилеграмм l1= 20 n и l2 = 40 n (в см). Таким же способом устанавливают масштаб записи кавернограммы третьим каналом входной сигнал которого является суммой сигналов в двух первых каналах. После установки масштаба включают источники питания запирают рычаги и опускают прибор в интервал исследования. На забое раскрывают рычаги и при подъеме со скоростью порядка 2000 мч производят запись кривых профиля и диаметра скважины в масштабе глубин 1:200 или 1:500.
Погрешность измерений при определении диаметра скважин не должна превышать 10 см.
На коллекторах обычно наблюдается уменьшение диаметра из-за глинистой корки примерно на 1-2 см.
На плотных глинах регистрируемый диаметр скважины равен диаметру долота.
Кривые отклонения рычагов каверномера (радиусы) могут иметь синусоидальную форму обусловленную вращением прибора в скважине. При этом кривые профилей должны регистрировать реальный диаметр скважины (рисунок 8).
Рисунок 8 - Пример записи диаграммы кавернометрии
Масштаб регистрации основной кривой КВ применяется 2 смсм с соотношением вспомогательных масштабов как 1:2:4 т.е. 4 смсм и 8 смсм соответственно.
Замена диаграмм КВ на записи профилемером нецелесообразна ввиду сглаженности кривых профилемера и меньшей контрастности при выделении литостратиграфических границ.
Интерпретация снятых данных
1 Интерпретация кавернограмм
Обрушение горных пород в процессе бурения и образование сальников сужающих диаметр dc скважины характерные для многих пород позволяет изучать их по этому свойству.
Кривую изменения диаметра dc скважины с глубиной - кавернограмму используют для следующих целей: 1) определение геологического разреза скважины; 2) изучение ее технического состояния; 3) определение среднего диаметра скважины на заданной глубине необходимого для интерпретации большинства геофизических методов исследования скважин.
Кавернограммы в большинстве случаев позволяют определить с большой точностью положение границ пород в которых изменяется диаметр скважины. При определении границ пород различающихся характером изменения диаметра скважины следует учитывать особенности конструкций каверномеров (рисунок 9). В зависимости от конструкции каверномеров правила отбивки границ и определения dc будут следующими.
Границы пласта образующего каверну относятся к точкам а и b кавернограммы (рисунок 10 в) начиная с которых отмечается изменение диаметра скважины.
Плавный ход dc в кровле породы образующей каверну может не соответствовать действительности и происходить вследствие сжатия рычагов каверномера подошвой покрывающих отложений.
Диаметр dK каверны определяется с достаточной точностью только в том случае когда он не превышает диаметра наибольшего раскрытия каверномера и мощность породы образующей каверну примерно превышает длину рычагов каверномера. Если каверны имеют небольшой размер вдоль образующей скважины предельное значение диаметра отмеченного каверномером не превосходит величин устанавливаемых по кривым приведенным на рисунке 9б.
Горные породы по характеру изменения в них диаметра скважины подразделяются на три типа.
К породам первого типа относятся породы в которых диаметр скважины соответствует диаметру долота. Это плотные песчаники известняки доломиты ангидриты и большинство магматических и метаморфических пород.
Второй тип объединяет следующие породы образующие каверны.
Глины и глинистые сланцы легко размываемые струей глинистого раствора и обрушивающиеся вследствие набухания глинистых частиц и перехода их в раствор (рисунок 10 а). Наиболее сильно размываются глины и глинистые сланцы представленные тонкодисперсными активно набухающими глинистыми минералами — монтмориллонитом нонтронитом бейделлитом и другими в условиях когда обменными являются катионы калия и натрия. Обрушение значительно снижается в глинах содержащих поглощенные ионы кальция и магния. Диаметр скважины в глинах зависит от качества глинистого раствора. Чем ниже концентрация солей в глинистом растворе и чем больше свободной воды тем интенсивнее происходит набухание глинистых частиц и их последующее обрушение увеличивающие диаметр скважины.
Пески — плывуны оплывающие в скважине.
Кавернозные известняки и доломиты образующие крупные каверныи особенно карстовые пустоты (рисунок 10 б). Однако в этих отложениях обычно наблюдается незначительное увеличение диаметра скважины что объясняется небольшими размерами пустот по вертикали.
Сильно трещиноватые преимущественно с изотропной трещиноватостью известняки и доломиты обрушение которых происходит под действием ударов бурового инструмента. В этих породах диаметр скважины увеличивается незначительно — на 5—10 см против номинального.
Каменная соль и другие гидрохимические осадки (рисунок 10 в) обладающие высокой растворимостью.
Ископаемые угли легко растрескивающиеся и обрушивающиеся при проходке их скважиной.
К третьему типу относятся породы на поверхностях сечения которых скважиной образуются сальники.
Проницаемые песчаники известняки доломиты реже мергели и ангидриты с интергранулярной и изотропной трещинной пористостями (рисунок 10 а в). В известняках и доломитах с изотропной трещиноватостью образование глинистой корки часто наблюдается после возникновения каверны. Сужение диаметра скважины происходит за счет оседания на ее стенке твердых частиц из глинистого раствора при фильтрации его в породу.
Некоторые пластичные глины при вязких глинистых растворах не содержащих свободную воду.
Указанные признаки разделения пород по изменению диаметра скважины дают возможность выделять основные типы пород более точная градация которых выполняется на основании комплексной интерпретации данных других геофизических методов исследования скважин.
- ромбовидный каверномер КР; 2 - рычажный каверномер СКС;
- короткорычажный микрокаверномер; 4 - линия диаметра скважины
Рисунок 9 - Кавернограммы против каверн неограниченного диаметра различной высоты hк (а) и зависимость максимального показания каверномера dmax от hк для каверномеров различных конструкций (б)
а - песчано-глинистый разрез; б - закарстованные карбонаты; в - соленосный разрез; 1 - глины калиевые и натриевые; 2 - то же кальциевые и алевритовые;
- песчаники; карбонаты; 4 - трещиноватые и крупнопористые; 5 – плотные;
— закарстованные; 7 - мергели; 8 — ангидриты; 9 — галит
Рисунок 10 - Параметры кавернограмм
2 Интерпретация профилеграмм
Профилеметрия проводится в целях построения сечения скважины в плоскости перпендикулярной к ее оси.
Основное назначение профилеметрии — выделение желобов на стенках бурящейся скважины. На процессе желобообразования сказываются различные факторы: литологический состав пород угол наклона и интенсивность искривления скважины свойства промывочной жидкости технология бурения число спуско-подъемных операций и др.
Интерпретация профилеграмм сводится к оценке формы и размеров поперечного сечения скважины. Точное решение этой задачи затрудняется из-за недостаточности четырех точек измеренных с помощью рычагов для установления конфигурации сечения скважины и вследствие неопределенности положения в пространстве взаимно перпендикулярных большой и малой осей желоба dc.б. и dc.м..
При интерпретации профилеграмм важное значение имеет их воспроизводимость при повторных замерах. Воспроизводимость может быть достигнута при относительно одинаковом взаимном положении рычагов профилемера в скважине. Экспериментально доказано что при произвольном вращении прибора в скважине в большинстве случаев одна из пар измерительных рычагов занимает положение соответствующее максимально возможному их раскрытию. Это способствует однозначности замера.
Конфигурацию сечения скважины по профилеграмме определяют графически (рисунок 11 а). Такое построение дает лишь приближенное представление о конфигурации сечения скважины. Легко заметить что наиболее узкая часть желоба не всегда контролируется диаметром замкового сечения. В зависимости от положения центра прибора в скважине (возможность смещения которого заложена в его конструкции) форма сечения может существенно меняться при одинаковых значениях dc.б. и dc.м. (рисунок 11 б).
dз — диаметр замкового соединения
Рисунок 11 - Конфигурация сечения скважины по профилеграмме (а) и примеры неоднозначности построения формы поперечного сечения скважины (б)
Таким образом профилеграмма служит в основном качественным индикатором желобов которые влекут за собой прихваты бурильных инструментов и вызывают тяжелые формы аварий при бурении. Кроме того профилеграмму используют при решении и других задач: предупреждении осложнений при спуске обсадных колонн выборе интервалов пакеровки при работе пластоиспытателями на бурильных трубах и т. п.
На интенсивность желобообразования значительное влияние оказывает литологическик состав пород. Под интенсивностью процесса желобообразования в скважине понимают отношение суммарной длины Σ интенсивность достигает здесь 30—40%. Значительно реже желобообразование наблюдается в песчаниках и известняках где интенсивность составляет 3—10%. В геохимических отложениях (ангидриты гипс соль) желоба не образуются.
Масштабы регистрации профилеграмм выбирают такими же как и для кавернограмм.
На рисунке 12 дан пример выделения желобов по профилеграмме. Рассматриваемый разрез (2650—2770 м) характеризуется эллипсными сечениями скважины в глинах которые представляют опасность для заклинивания (прихвата) инструмента. Опасность прихвата усугубляется наличием в разрезе песчаников (2708—2712 м) с тенденцией развития в них также желобов. В процессе подъема бурильного инструмента при глубине скважины 2750 м произошли резкая затяжка срыв и падение инструмента в забой.
- песчаник; 2 - глина; 3 - аргиллит; профилеграммы зарегистрированы последовательно в разные сроки с разрывом в один месяц
Рисунок 12 - Выделение желобов в скважине (по Е. М. Пятецкому)
В данном проекте были рассмотрены методы профилеметрии и кавернометрии. Были исследованы физические предпосылки метода теоретическая основа применения метода. Также была аппаратура применяемая в данном методе. Были исследованы факторы при применении данного метода. И было освещено применение метода кавернометрии и профилеметрии на практике а также описана интерпретация кривых метода.
Из материалов работы можно сделать вывод что методы кавернометрии и профилеметрии являются важными в геофизических исследованиях скважин позволяя исследовать диаметр скважины снизить аварийность при исследованиях скважин.
Д.И. Дьяконов Е.И. Леонтьев Г.С. Кузнецов. Общий курс геофизических исследований скважин. Издание второе. Москва Недра 1984 г.
Л.В. Будыко. Профилеметрия скважин - реальность и вымыслы. НТВ Каротажник № 142 2006г.
В.Н. Дахнов. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. Москва Недра 1982 г.
В.М. Добрынин Б.Ю. Вендельштейн Р.А. Резванов А.Н. Африкян. Геофизические исследования скважин. Москва Нефть и газ РГУНГ 2004
С.С. Итенберг. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. Москва Недра 1987 г.
В.Г. Мартынов Н.Е. Лазуткина М.С. Хохлова. Геофизические исследования скважин: справочник мастера по промысловой геофизике. Москва Инфра-инженерия 2009 г.
С.С. Итенберг Т.Д. Дахкильгов. Геофизические исследования в скважинах. Москва Недра 1982 г.
Л.И. Померанц М.Т. Бондаренко Ю.А. Гулин В.Ф. Козяр. Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин. Москва Недра 1981 г.

Приложение.dwg

Литологическая колонка
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ МЕТОДОМ ПРОФИЛЕМЕТРИИ И КАВЕРНОМЕТРИИ
СХЕМА КОНСТРУКЦИИ КАВЕРНОМЕРОВ ТИПОВ СКС И СКО
КРИВЫЕ КАВЕРНОМЕТРИИ
ПРОФИЛЕМЕТРИИ И ДИАГРАММЫ СЕЧЕНИЯ СКВАЖИНЫ (ПО Е.М. ПЯТЕЦКОМУ)
- длинный измерительный рычаг;2 - короткий измерительный рычаг; 3 - пружина; 4 - омический датчик; 5 - тросик с ползунком; 6 - шток; 7 - стенка скважины
- известняк плотный; 2 - песчаник проницаемый; 3 - алевролит; 4 - глина