Общая характеристика промысловой геофизической аппаратуры и оборудования

Геофизические исследования в скважинах служат для изучения геологических разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, изучения технического состояния скважин и контроля процесса разработки нефтяных и газовых месторождений.

Рисунок 1. Конструкция глубоких скважин

С помощью геофизического оборудования в скважинах проводят сложные работы, связанные с испытанием, вскрытием продуктивного пласта, отбором грунтов и проб пластовых флюидов, ликвидацией аварий бурильного инструмента. Для решения перечисленных выше задач промысловая геофизика располагает значительным арсеналом геофизических методов, основанных по изучении электрических, магнитных, ядерных, упругих и других свойств горных пород. Комплекс ГИС определяется целевым назначением скважин, особенностями геологического разреза, условиями бурения, характером ожидаемой геологической информации.

Геофизические исследования в скважинах проводятся с помощью специальных установок, которые включают наземную и глубинную аппаратуру, соединенную между собой каналом связи - геофизическим кабелем, а также спускоподъемный механизм, обеспечивающий перемещение глубинных приборов по стволу скважины. Эти установки называются автоматическими каротажными станциями (рисунок 2).

Наземная аппаратура, включающая совокупность измерительной аппаратуры, источников питания, контрольных приборов и скомпонованная в виде отдельных стендов, смонтированных в специальном кузове, установленном на шасси автомобиля,носит название лаборатории, каротажной станции.

Рисунок 2.Скважины и каротажные станции.

Под скважинной геофизической аппаратурой понимают совокупность измерительных устройств, предназначенных для определения различных физических параметров в скважине. В большинстве случаев комплект скважинной аппаратуры включает в себя датчик (зонд), располагающийся вне скважинного прибора или входящий в его состав, передающую часть телеизмерительной системы, находящуюся внутри гильзы скважинного прибора, кабель и приемную часть телеизмерительной системы на поверхности. Информация со скважинного прибора преобразуется на поверхности в геофизические диаграммы, отнесенные к глубине интервала регистрации. Схема выполнения исследований приведена на рисунке 3.

Рисунок 3.Схема выполнения ГИС

Приемная часть телеизмерительной системы функционирует совместно с основными узлами каротажных станций, включая регистрирующий прибор и

источники питания. Конструктивные особенности того или иного прибора определяются физическими основами метода, скважинными условиями и технологией проведения работ.

Комплексные и комбинированные скважинные приборы с использованием многоканальных телеизмерительных систем позволяют за один спуск-подъем регистрировать одновременно несколько физических параметров. Наибольшее распространение получили комплексные четырехканальные приборы на одножильном кабеле с частотной модуляцией сигнала и частотным разделением каналов. Разработаны и используются 24- канальные телеизмерительные системы с кодовой и временной импульсными модуляциями. Скважинные приборы работают в условиях высоких давлений (до 120 МПа), температуры (до 250°С) и химически агрессивной внешней среды (растворы солей, нефть, газ и т.п.). При перемещении по стволу скважины они испытывают механические воздействия.

Спуск и подъем скважинных приборов осуществляются с помощью подъемника, кабеля, подвесного и направляющего роликов, установленных на устье скважины. В зависимости от типа и длины кабеля применяют подъемники с лебедками разных размеров и конструкций (ПК-2, ПК-4, ПК-С) (рисунок 4).

Подъемник представляет собой самоходную установку, смонтированную в специальном металлическом кузове на шасси автомобиля повышенной проходимости. Спуск и подъем кабеля происходит при помощи лебедки типа ЛКПМ. Барабан лебедки снабжен тормозом, состоящим из двух стальных лент с наклеенным на них слоями феррадо, охватывающими щеки барабана. Передача от двигателя к барабану обеспечивает возможность изменения скорости подъема кабеля в диапазоне 40-10 000 м/ч и имеет устройство передачи на плавный спуск кабеля. Для подсоединения измерительной цепи лаборатории к жилам кабеля на лебедке устанавливается коллектор.

Подъемник имеет органы управления лебедкой и трансмиссией ее привода, прибора для измерения скорости движения кабеля, глубины его спуска и натяжения, световую сигнализацию и двухстороннюю связь с буровой и лабораторией, приборы для освещения кузова и устья скважины, различное оборудование для проведения монтажных работ при геофизических исследованиях, а также для крепления при перевозке скважинных приборов и грузов. В процессе геофизических исследований должны быть известны данные о глубине нахождения, скорости перемещения прибора по скважине и натяжение кабеля.

Кроме того, необходимо четко согласовывать перемещение прибора по скважине с движением диаграммной бумаги, на которой регистрируются кривые измеряемых геофизических параметров. Это достигается применением блок-баланса или направляющего и подвесного роликов с датчиками глубины натяжения и сельсинной передачей.

Рисунок 4.Отсек подъемника и пульт управления.

Блок-баланс состоит из ролика для направления кабеля в скважину и подставки, устанавливаемой над устьем скважины и прижимаемой к столу ротора бурильным инструментом. В последнее время в связи со значительным увеличением длины глубинных установок для направления кабеля в скважину используют направляющий и подвесные ролики. Направляющий ролик обычно крепится к подроторной раме основания буровой, а подвесной после установки датчиков глубины и натяжения и подсоединения к ним кабелей от смоточного устройства подъемника с помощью подвески закрепляют на талевой системе бурильной установки.

Во всех каротажных станциях приборы, служащие для контроля за движением кабеля, смонтированы на специальных контрольных панелях, основными элементами которых являются:

1) счетчик глубин - десятичный нумератор;

2) указатель скорости движения кабеля - фотодиодный датчик, установленный на валу сельсин-приемника;

3) указатель натяжения - датчик натяжения.

Геофизические кабели предназначены для спуска и подъема приборов при проведении геофизических исследований, прострелочно-взрывных работах, а также для отбора проб и образцов горных пород в скважинах, заполненных жидкостью или газом различной плотности, состава, температуры и давления.

Жилы и броню кабеля используют в качестве линий связи. По кабелю подают питание к скважинным приборам и передаются измеряемые сигналы в наземную измерительную аппаратуру, где они регистрируются. Кабель применяют в качестве измерительного инструмента для определения глубины нахождения приборов в скважине.

В соответствии с назначением и условиями эксплуатации геофизические кабели должны обладать определенными свойствами:

а) высокой механической прочностью, гибкостью и минимальным удлинением,

б) малым электрическим сопротивлением токопроводящих жил и их электрической симметрией.

в) высоким сопротивлением изоляции жил, не нарушающимся в условиях агрессивной проводящей среды, большого давления пластовой жидкости и высоких температур.

При промыслово-геофизических работах применяют одножильные и многожильные кабели в защитной оплетке, резиновых шлангах и бронированные. Последние имеют существенные преимущества перед кабелями в оплетке и шланге. Они отличаются высокой прочностью, хорошей проходимостью в скважинах, заполненных промывочной жидкостью большой плотности, и име-

ют сравнительно небольшие диаметры. Схема проведения геофизических исследований приведена на рисунке 5.

1.2.2 Технология проведения геофизических исследований скважин. В технологию проведения промыслово-геофизических исследований скважин входят подготовительные работы на базе и буровой, спуск - подъем приборов и кабеля, регистрация диаграмм, их предварительная обработка и оформление перед передачей в бюро обработки и интерпретации.

Подготовительные работы на базе включают: получение наряда на проведение геофизических исследований, проверку работоспособности наземной и глубинной аппаратуры, профилактический осмотр и проверку подъемника и лаборатории.

Работы на буровой начинаются в том случае, если к приезду каротажной партии или отряда буровая подготовлена к работе в соответствии с технологическими условиями на подготовку скважин для проведения геофизических работ. Геофизические измерения в скважине проводятся согласно требованиям технологической инструкции по проведению геофизических исследований в скважинах.

Рисунок 5.Проведение ГИС в скважине.

По прибытии на буровую проводятся следующие подготовительные работы:

1)устанавливают подъемник на 25-40 м от устья скважины так, чтобы ось лебедки была горизонтальна и перпендикулярна к направлению на устье скважины, после чего подъемник надежно закрепляют;

2)на расстоянии 5-10 м от подъемника устанавливают лабораторию;

З)разматывают кабель с лебедки подъемника, протягивают его на устье скважины и подсоединяют к кабельной головке глубинный прибор или зонд;

4)устанавливают и закрепляют направляющий и подвесной ролики или блок-баланс;

5)заземляют лабораторию и подъемник при помощи отдельных заземлений;

6)проводят внешние соединения лаборатории и подъемника, станцию подключают к питающей сети (при ее отсутствии к генераторной группе подъемнике), лабораторию к датчику глубин и подъемнику, а измерительную и питающую схемы лаборатории к кабелю через коллектор подъемника;

7)устанавливают на подвесном ролике или блок - балансе датчики глубин и натяжения, магнитный меткоуловитель;

8)с помощью бурового оборудования на высоту 25-30 м над устьем скважины поднимают подвесной ролик с пропущенным через него кабелем;

9) устанавливают после спуска зонда или глубинного прибора в устье скважины показания на счетчиках, равные расстоянию от точки отсчета глубин скважин до глубинного прибора или зонда.

1.2.3 Способы регистрации геофизических параметров. Регистрация - запись в символической форме на материальном носителе значений измеряемых величин для их документирования, накопления и хранения. Возможны аналоговая и цифровая регистрации. В настоящее время аналоговая регистрация полностью вытеснена цифровой. Стоечный модуль регистратора КарСар-500 для работы с внешним плоттером показан на рисунке 6.

Рисунок 6.Стоечный модуль регистратора

Регистратор каротажный КарСар-500 предназначен для выполнения следующих задач:

• приём информации от датчиков глубины, скорости движения, магнитных меток и натяжения геофизического кабеля, измерение напряжения источников питания и потребляемого скважинными приборами тока;

• регистрацию цифровых данных ГИС, полученных от скважинных приборов, привязанных ко времени или глубине получения, и запись этих данных на устройства хранения цифровой информации;

• сохранение результатов регистрации в случае аварийного выключения питания или аварийного прекращения работы программы;

• оперативную обработку и визуализацию цифровых данных ГИС в процессе регистрации с документированием результатов обработки на бумажном и цифровом носителях;

• представление цифровых данных ГИС в соответствии с принятыми стандартами для межмашинного обмена;

• проведение самотестирования собственных функциональных блоков

для проверки работоспособности.

Аналоговая регистрация отображает численное изменение значения регистрируемой величины в графическом виде (в виде кривой, геометрического положения точки или отрезка и т.д.). Аналоговая регистрация геофизических параметров обладает целым рядом недостатков, связанных с обеспечением необходимой точности измерений, помехоустойчивостью и быстродействием телеизмерительных систем, а также с интерпретацией данных геофизических исследований при помощи компьютеров из-за трудности ввода результатов в виде диаграмм для последующей обработки.

Цифровая регистрация отображает численное изменение значения регистрируемой величины физическими символами в виде цифрового или буквенного кода (возможна и их комбинация в зависимости от типа используемого носителя (бумага, магнитная лента или проволока) цифровой код наносится на него в виде перфорации или изменения магнитной индукции участков носителя. Наиболее важное преимущество цифровой регистрации - удобство ввода в компьютер, что обеспечивает автоматизацию и большую производительность обработки и интерпретации данных геофизических исследований скважин, исключение ошибок, связанные с квалификацией интерпретатора.

Функциональная схема измерительной аппаратуры каротажной станции приведена на рисунке 7.

Вся линия блоков станции от СП до регистратора как раз и представляет собой телеметрическую систему.

Блок питания скважинного приборасодержит устройства для регулировки, контроля и стабилизации питания СП.Эти блоки бывают сменными, т.к. одни СП питаются переменным током промышленной частоты (приборы радиоактивного каротажа), другие-переменным током пониженной частоты от 5 до 25 Гц (зонды КС), третьи постоянным (каверномеры, термометры, инклинометры

Рисунок 7. Функциональная схема измерительной аппаратуры

каротажной станции

Панель контроля каротажа содержит приборы контроля за самим процессом каротажа: счетчик глубин, измеритель скорости подъема и силы натяжения кабеля, усилитель магнитного меткоуловителя и др.

Силовой блок содержит устройство регулировки, контроля и стабилизации напряжения и силы тока, необходимые для питания всех остальных блоков питания станции.

Спуско - подъемное и вспомогательное оборудованиевключает в себя лебедку с каротажным кабелем, бензоэлектрический агрегат, комплект соединительных проводов.

Функциональная схема компьютеризированной каротажной станции приведена на рисунке 8.

С датчиков, размещенных в комплексном скважинном приборе СП, информация поступает на блок управления скважинным прибором БУПС. Назначение БУПС-определение точки записи и совмещение по глубинам диаграмм различных регистрируемых параметров; проверка, настройка и градуировка измерительных каналов.

С БУПС, предварительно обработанная информация о регистрируемых параметрах в аналоговой форме и преобразованная в цифровую форму на АЦП, подается на бортовую ЭВМ, которая обеспечивает: управление работой станции, интерпретацию получаемых результатов, выдачу информации на аналоговый регистратор АР, запись ее в цифровом коде на магнитную ленту цифрового магнитного регистратора ЦМР и передачу информации на экран дисплея.

Рисунок 8. Функциональная схема компьютеризированной каротаж-

ной станции

В понятие «управление работой» включаются: автоматизированная настройка измерительных и регистрирующих каналов, калибровка приборов, градуировка измерительных каналов, выбор и установка масштабов регистрации, диагностика неполадок. НМЛ-блок накопления (библиотека программ, управление процессом измерения и интерпретации).

Автоматизированная обработка получаемой информации обеспечивает контроль качества материалов. Кроме того, в процессе каротажа непосредственно на скважине получают сведения о литологии, о наличии коллекторов; проводят предварительную оценку пористости и характера насыщения.

Рисунок 9. Идет запись

Геофизические модули (скважинные приборы) показаны на рисунке 10.

Примером компьютеризированных станций могут служить станции «Гектор», «Мега», «Карат-П », «Гранит-Оникс », «Кедр», ПКС-5Г и др. Схема передачи геофизической информации показана на рисунке 11.

Рисунок 10. Модульные приборы