книги / Геофизические исследования скважин

При работе в скважинах, температура которых не превышает 100— 120 °С, изоляцию для токоведущих жил изготовляют из спе­ циальной термостойкой резины, для работы в средах, температура которых достигает 180— 200 °С, изоляцию выполняют из фторопла­ ста различных марок

Вкабелях с оплеточным или шланговым покрытием токопрово­ дящие жилы одновременно несут и механическую нагрузку, поэто­ му скручены они из медных и стальных проволок. В бронированных кабелях механическую нагрузку несет верхняя стальная оплетка, два слоя которой скручены из стальной проволоки. Устройство брониро­ ванных кабелей показано на рис. 78.

Внастоящее время при проведении геофизических исследований

вглубоких скважинах, бурящихся на нефть и газ, оплеточные и шланговые кабели применяют ограниченно. Чаще всего используют бронированный кабель.

Бронированный кабель обладает более высокой прочностью при меньшем диаметре, выпускается кусками большой строительной длины, меньше подвержен влиянию нефти и газа. Это позволяет ис­ пользовать его для исследования глубоких и сверхглубоких скважин. Этот кабель обеспечивает высокую проходимость в скважинах, за­ полненных тяжелым буровым раствором. Бронированный кабель позволяет проводить исследования в эксплуатационных скважинах под давлением через лубрикатор.

Втаблице 7 приведены некоторые виды бронированных кабелей, выпускаемых ЗАО «Пермгеокабель». В наименовании кабеля при­

няты следующие обозначениячисло токоведущих жил X сечение [мм2] — Разрывное усилие [кН] (не менее) — Рабочая температура, °С; КГ — кабель геофизический; КГЛ — кабель для работы через луб­ рикатор (см. гл.Х1). Электрическое сопротивление изоляции перечис­ ленных кабелей не менее 20000 Мом • км; электрическое сопротив­ ление медной токопроводящей жилы кабеля не более 40 Ом • км

Т а б л и ц а 7 Конструкции геофизических кабелей и их характеристики.

151

(при 20 °С); коэффициент затухания для цепи жила—броня не пре­ вышает 12 Дб/км.

Для исследования горизонтальных скважин выпускаются кабель­ ные линии КГ Зх0,75-160/230-130-ГС диаметром до 32мм с фтороп­ ластовой изоляцией.

Ведутся работы над созданием геофизического кабеля с волокон­ но-оптическим каналом.

Новый кабель размечают перед выездом на скважину. Разметка заключается в выставлении магнитных меток разметочной установ­ кой, например, типа УРС-10-10, под натяжением. Перед подсоеди­ нением скважинного прибора проверяют сопротивление изоляции жил кабеля и отсутствие обрывов жил.

Подъемник представляет собой самоходную установку, смонти­ рованную в специальном металлическом кузове на шасси автомоби­ ля повышенной проходимости.

Спуск и подъем приборов осуществляют с помощью лебедки, уста­ новленной в кузове подъемника, на барабан которой намотан кабель. Барабан лебедки выполнен из немагнитного материала. Он имеет ра­ диальное отверстие, через которое пропускается кабель для геофи­ зических работ. Броня кабеля в большинстве подъемников крепится на оси барабана. Токоведущие жилы кабеля подсоединяются к кол­ лектору. Выбор автомашины, емкость лебедки и ее конструктивные особенности определяются глубиной исследования и типом кабеля.

Кузов подъемника (рис. 79) разделен на два отделения. Передняя часть, примыкающая к кабине автомобиля, отведена под кабину ле­ бедчика. Здесь установлен пульт управления лебедкой 7, конт­ рольные приборы, силовой блок энергопитания, дублеры рычагов управления автомашины 4, рычаги управления лебедкой 5 и 6. Во втором отделении установлена лебедка с кабелем 8. При необходи­ мости в нем могут быть размещены бензоэлектрический агрегат или стационарный контейнер для транспортировки источников радио­ активного излучения. Здесь же перевозят грузы, скважинные при­ боры, блок-балансы.

Рис. 79. Схема размещения оборудования в самоходном подъемнике.

1— шасси автомобиля; 2 —кузов, 3— кресло лебедчика; 4 —рычаг переключателя

коробкипередач; 5—рычагручноготормозабарабаналебедки, б —рукоятка коррек­ торакабелеукладчика, 7 —пульт лебедчика, 8 — лебедка с кабелем

152

Тяговое усилие на барабан лебедки передается от двигателя авто­ мобиля через механизм сцепления и коробку отбора мощности, кар­ данную передачу, двухскоростной редуктор и двухрядную цепь.

Изменение скорости движения кабеля и величины тягового уси­ лия осуществляется регулированием числа оборотов двигателя, пе­ реключением передаточных отношений в коробке передач автомо­ биля и в двухскоростном редукторе. Для плавного спуска кабеля и установки его на заданной глубине лебедка снабжена ленточным тор­ мозом с ручным и пневматическим управлением. Лебедка оборудо­ вана полуавтоматическим кабелеукладчиком и маслонаполненным коллектором с металлическими щетками для соединения жил кабе­ ля со схемой лаборатории.

В кабине лебедчика в подъемнике установлены приборы для изме­ рения скорости движения и натяжения кабеля, глубины спуска при­ бора, световой сигнализации и двусторонней переговорной связи со скважиной и лабораторией, приборы для освещения кузова и устья скважины. Питание всех приборов осуществляется напряжением 110 В. Энергопитание на подъемник подается от промысловой сети через силовой блок, рассчитанный на напряжение 110,210 и 380 В. При отсутствии промысловой сети подъемник может питаться от бензоэлектрического агрегата типа АБ-2, дающего напряжение 220 В.

Разработанная в ООО НПФ «Велко» схема привода барабана с ис­ пользованием планетарного духскоростного редуктора с реверсом и свободным ходом позволяет использовать до 12 рабочих скоростей при спуске/подъеме кабеля с режимом скорости от 35 до 10000 м/ч. При применении алюминиевых барабанов общий вес конструкции снижа­ ется на 500 кг. Лебедка подъемника комплектуется современным пуль­ том управления с приборами для измерения натяжения, длины и ско­ рости кабеля с подачей информации в цифровом виде. На рис. 80 при­ ведена схема подъемника ПКС-8 с механическим приводом на базе автомобиля Урал-532321.Подъемник включает кабелеукладчик с гид­ роприводом, трехроликовую систему включающую датчик натяже­ ния с числовым преобразователем и устанавливаемую в лебедочном отсеке для измерения длины, натяжения и скорости кабеля.

Механические параметры некоторых типов современных подъем­ ников приведены в таблице 8.

Для проведения исследований в труднодоступных районах и на морских месторождениях изготавливаются подъемники каротаж ­ ные вертолетные на базе тракторных саней с вертолетной подвес­ кой. Подъемники комплектуются механическим или гидравличес­ ким приводом. Кабина может быть собрана из сэндвич-панелей. На рис. 81 приведена схема подъемника каротажного вертолетного с гидроприводом массой до 3000 кг производства ООО НПФ «Вел­ ко» (г. Москва). В подъемнике используется двигатель ГАЗ-560, ЗМЗ или ВАЗ.

При проведении геофизических исследований необходимо конт­ ролировать перемещение скважинного прибора, т. е. знать глубину нахождения и скорость перемещения прибора, нагрузку на кабель.

153

9600

Рис. 80. Подъемник каротажный самоходный ПКС-8 на базе автомобиля Урал-532321.

1— кондиционер, 2— трансформируемое место для отдыха; 3— кресло оператора; 4 —рабочийстол; 5—шкафдляверхнейодежды; б —шкаф; 7— кревломашиниста, 8 — мойка; 9—пульт управления; 10 —спускоподъемныйагрегат; 11 —трехролико­

вая система для измеренияглубины, скоростинатяжениякабеляиегоукладки; 12— грузоподъемный механизм; 13 —гидромотор, встроенныйв барабан, 14 —выхлопная

труба

Т а б л и ц а 8. Механические параметры некоторых типов современных подъемников

•Диапазон скоростей движения кабеля на среднем диаметре намотки на барабан подъемника.

154

Рис. 81. Подъемник каротажный вертолетный с гидроприводом.

1 —спускоподъемный агрегат; 2 —вертолетная подвеска, 3 —тракторные сани; 4 — изотермическаякабинаиз сэндвич—панелей; 5—бакис дизельнымтопливомимас­ лом для гидросистемы; б — трехроликовая измерительная система; 7 — держатель

ИДНсгидроприводомукладкикабеля; 8—гидромотор; 9—панельуправления, 10— стол оператора; 11 — кресло машиниста, 12 — кресло оператора, 13 — гидронасос; 14 —коллектор; 15 —смотка; 16 —двигательдизельный

Кроме того, необходимо согласовывать перемещение прибора по ство­ лу скважины с протяжкой диаграммной бумаги. Эти задачи решают путем применения блок-баланса с датчиками глубины и натяжения, а также сельсинной передачи.

Блок-баланс с роликом служит для направления кабеля в скважи­ ну и может быть установлен на стволе ротора — рамочный блок-ба­ ланс (рис. 82, а); он может быть также подвешен над устьем скважины на крюке буровой лебедки — подвесной блок-баланс (рис. 82, б).

При работе с рамочным блок-балансом подставку 2 устанавливают на роторе над устьем скважины и прижимают к столу ротора буро­ вым инструментом. Для предотвращения горизонтального смещения снизу к подставке приваривают поперечную планку, упирающуюся во вкладыш ротора.

При отсутствии ротора, а также при работах через буровые или компрессорные трубы применяют блок-баланс, в котором подставка заменена патрубком с кронштейном. Патрубок снабжен резьбой под

155

Рис. 82. Блок-баланс.

а —рамочный, б — подвесной, 1 — кабель, 2 —подставка, 3—ролик, За— подвеснойролик, 4— динамометр, 5—щека

ролика

муфту обсадной колонны или фланцем, который затем крепят к флан­ цу обсадной колонны.

Спомощью роликов 3,3а обычно определяют длину опущенного

вскважину кабеля. Для этого длину окружности ролика выбирают такой, чтобы за 1 оборот через него проходило определенное коли­ чество кабеля, примерно 1,5 или 2 м. С роликом шестеренчатой пе­ редачей связаны счетчик, показывающий количество опущенного кабеля, и сельсин-датчик. Соотношение зубьев в шестеренчатой пе­ редаче таково, что при прохождении 1 м кабеля через ролик блокбаланса ротор сельсин-датчика делает 4 оборота.

Сельсинная (автосинхронная) передача состоит из сельсин-дат­ чика СД и одного или нескольких сельсин-приемников СЯ, представ­ ляющих собой электродвигатели переменного тока с двухполюсны­ ми статорами и трехфазными роторами. В качестве датчика обычно используют сельсин ДИ-511. Приемником служит сельсин СС-501. Принципиальная электрическая схема включения сельсинной пере­ дачи показана на рис. 83.

Если роторы датчика и приемника находятся в идентичных поло­ жениях по отношению к статорам, то возбуждаемые в их обмотках ЭДС одинаковы и противоположны по знаку, так как обмотки двигателя включены навстречу друг другу. Если ротор датчика повернуть на не­ который угол, равновесие нарушится, и в обмотке двигателей возник­ нет ток. Этот ток, пройдя по обмотке ротора сельсин-приемника, при взаимодействии с электрическим полем системы создаст вращающий момент. Под действием этого вращающего момента ротор приемника повернется на тот же угол, что и ротор датчика. Таким образом, вра­

156

щение ротора датчика приводит к строго согласованному вращению ротора приемника.

В промыслово-геофизичес­ ких станциях при исследовании скважин к сельсин-датчику, ус­ тановленному на блок-балансе, подключают три сельсин-прием­ ника, которые посредством ше­ стеренчатых передач приводят в обращение счетчик глубин в ка­ бине лебедчика, счетчик глубин

на контрольной панели в лаборатории, лентопротяжный механизм регистратора.

Для более точного определения глубин кабель промеряют мерной лентой и на нем через 20— 50 м устанавливают метки. Кабель про­ меряют в условиях, приближенных к скважинным. На блок-балансе устанавливают меткоуловитель, отмечающий момент прохождения меток и передающий соответствующие сигналы на регистратор.

Для определения натяжения кабеля при спуско-подъемных опе­ рациях ось и опору ролика рамочного блок-баланса смещают отно­ сительно друг друга. Это смещение определяет длину малого плеча рычага, равного в блок-балансах тяжелого типа 8 мм. Второе плечо длиной 330 мм образуется продолжением щеки от точки опоры до места крепления с динамометром пружинного типа. Конец плеча со­ единен с подвижным контактом реостата, являющегося датчиком на­ тяжения кабеля. Сила, действующая в этом случае на динамометр, равна примерно 1/30 фактического натяжения кабеля в скважине.

В подвесном блок-балансе нагрузку на кабель измеряют с помо­ щью тензодатчика, который устанавливают в месте крепления под­ весного ролика к крюку буровой лебедки. В этом случае сила, дей­ ствующая на датчик натяжения, равна 1/2 фактического натяже­ ния кабеля в скважине.

Показания динамометра с помощью датчиков натяжений пе­ редаются на измерительные приборы, установленные на контрольной панели в кабине лебедчика и в лаборатории станции. На контрольной панели, помимо указателя натяжения кабеля, размещены указате­ ли скорости движения кабеля и счетчик глубины.

Ряд геофизических работ, особенно при исследовании эксплуа­ тационных скважин или скважин, осложненных высокими пласто­ выми давлениями, проводятся при герметизации устья скважины с помощью лубрикаторов (см. гл. XI). Имеются лубрикаторы различ­ ных типов, применяемые при разных давлениях в скважине.

§ 3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫ Х И ГОРИЗОНТАЛЬНЫ Х СКВАЖ И Н

Горизонтальными принято называть скважины, ствол или часть ствола которых имеют углы наклона в вертикальной плоскости (зе-

157

Т а б л и ц а 9. Х а р а к т е р и с т и к и и н а зн а ч е н и е г о р и з о н т а л ь н ы х с к в а ж и н (п о д а н н ы м [13])

нитные углы) от 56* на наклоннопадающих участках и до 110* на ин­ версионных. Горизонтальные скважины (ГС) делятся на собственно горизонтальные скважины, когда наклонный и горизонтальный уча­ стки являются продолжением обычных вертикальных скважин, и боковые горизонтальные стволы, бурение которых ведут из ранее пробуренных скважин (см. Табл. 9).

Преимущества горизонтального бурения заключаются в увеличе­ нии скорости добычи и количества извлекаемых запасов, уменьше­ нии себестоимости добычи и числа платформ скважин при разработ­ ке месторождений на шельфе морей. Объектами для горизонтального бурения являются широкие водонефтяные зоны разрабатываемых и вновь вводимых в разработку нефтяных месторождений; коллекторы с высокой степенью неоднородности, в которых происходит опережа­ ющая выработка по хорошо проницаемым прослоям (добывающие скважины работают с обводненностью продукции на 80—90 %); зале­ жи с небольшими запасами нефти, нерентабельные для разработки традиционными технологиями (так называемые «возвратные объек­ ты»); целики нефти в застойных зонах и выработанные залежи со зна­ чительными остаточными балансовыми запасами (включая карбонат­ ные коллекторы); нефтяные оторочки в газовых скважинах [13].

Геофизические исследования горизонтальных и наклонно-на­ правленных скважин (как и вертикальных) проводят на всех этапах жизни скважины: при строительстве скважины, после бурения и в процессе ее эксплуатации. Особенности геофизических исследова­ ний ГС заключаются в:

—специфических технологиях доставки аппаратуры в горизон­ тальные участки скважин малого диаметра с изгибами на участках набора зенитного угла;

—проведении исследований сборками скважинных приборов;

—специальных методиках решения геологических задач в усло­ виях изменения геометрии системы скважина-пласт (когда глубин­ ность исследований может превышать толщину пласта на горизон­ тальных участках).

Особенности технологии геофизических исследований

Геофизические измерительные системы с каналами связи подраз­ деляются на системы с кабельными каналами связи и системы с бес­ проводными каналами связи.

Доставка отдельных приборов или их сборки к забою скважины может осуществляться несколькими способами [15].

Потоком промывочной жидкости внут ри бурильного инст ру­ мента через лубрикатор (в местах изгиба сборку продвигают пото­ ком промывочной жидкости при загерметизированном сальниковым устройством лубрикаторе). Измерения выполняют сразу после окон­ чания «долбления».

В специальном контейнере, размещенном в последней трубе бу­ рильного инструмента или НКТ (технология «Горизонталь-1»). Кор­ пус контейнера может быть выполнен из стали или легких бурильных

159

труб (ЛБТ) — для радиоактивных методов, для инклинометрических измерений — из стеклопластиковых труб или ЛБТ, для электричес­ ких — из непроводящего материала на основе стекловолокна или по­ лиэтилена высокого давления. На нижнюю заглушку контейнера опус­ кают на кабеле скважинные приборы (инклинометрии, ГМ, НМ, ИМ, БМ, КС, СП). На верхнюю бурильную трубу навинчивают специаль­ ный переводник с пазом, в который укладывают геофизический ка­ бель. Кабель закрепляют на переводнике специальным зажимом, после чего на переводник навинчивают очередную бурильную трубу.

Посредством движителя на геофизическом кабеле, проталкива­ ющего сборку приборов на горизонтальный участок скважины. Не­ посредственно над сборкой на кабель нанизывают и закрепляют по­ лиэтиленовые трубки, длина которых равна длине сильно наклонно­ го и горизонтального участков, а сверху трубок закрепляю т «движитель» расчетной массы — несколько УБТ или НКТ (техноло­ гия «Горизонталь-4»). В технологии «Горизонталь-5» для снижения массы «движителя» используют специальные жесткие толкатели, од­ новременно исполняющие роль поплавков.

С помощью специального жесткого геофизического кабеля (при­ меняют в наклонных и горизонтальных скважинах с длиной гори­ зонтальной части до 300 м). Спуск приборов ведут через бурильные трубы, не дошедшие до забоя на 100—300 м; затем трубы поднимают на очередные 50— 100 м и повторяют исследования.

Технология доставки скважинных приборов с усиленными по прочности кожухами с помощью колонны специальных труб, ана­ логичных бурильным трубам, применяемым при электробурении, и содержащими внутри кабельный канал связи.

Во всех этих технологиях применяется боковой проводник для пропуска кабеля в затрубное пространстве (рис. 84).

Наличие кабеля в затрубье обуславливает недостатки этих тех­ нологий: высокую аварийность, большую длительность исследова­ ний, ограниченный комплекс исследований (недостаточный для терригенных полимиктовых отложений Западной Сибири) [13].

Горизонтальные скважины (ГС) исследуют также сборкой авто­ номных скважинных приборов (модулей), спускаемых в составе бу­ рильной колонны без применения геофизического кабеля (техноло­ гия аппаратурно-методического комплекса «Горизонт»)

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

1)проведение ГИС автономной аппаратурой, спускаемой на бу­ ровом инструменте;

2)проведение ГИС комплексом стандартных приборов, помещ мых в электрорадиопрозрачный пластиковый контейнер, спускае­ мый на буровом инструменте.

Информация от забоя скважины к поверхности может передавать­ ся с помощью [13]:

—проводных линий связи, встроенных в бурильный инструмент,

втом числе токопроводов электробура;

160