КАВЕРНОМЕТРИЯ СКВАЖИН. МЕТОДЫ КАЖУЩЕГОСЯ СОПРО-

ТИВЛЕНИЯ. БКЗ, МКЗ.

Цель работы:изучение зондов КС, их устройства, обозначения, классификации, расчет коэффициентов зондов, определение размеров зондов, изучение кавернометрии.

Задание

2.1.1.Изучите физические основы метода кажущегося сопротивления.

2.1.2.Изучите классификацию зондов метода КС.

2.1.3.По заданию, выданному преподавателем, определите типы зондов,

размеры, рассчитайте коэффициенты зондов КС

2.1.4.Изучите кавернограмму по предложенной скважине, найдите размы-

тые интервалы, интервалы с уменьшенным диаметром скважины и равным

номинальному.

2.1.5.По диаграммам, выданным преподавателем, сделайте вывод о техниче-

ском состоянии ствола скважины, выделите пласты-коллекторы.

Методические рекомендации.

2.2.1. Кавернометрия.В процессе бурения скважины из-за воздействия бурового инструмента и промывочной жидкости средний диаметр и форма сечения ствола скважины не сохраняются постоянными, а изменяются с глубиной. Стенки скважины на участках разреза, представленного глинами, глинистыми сланцами, песками, обычно обрушиваются, образуя каверны. Каверны наблюдаются также и против пластов каменной соли, которая растворяется под действием промывочной жидкости на водной основе. На участках скважины, сложенных проницаемыми разностями горных пород, из-за проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт и осаждения глинистых частиц на стенке скважины образуется глинистая корка. В плотных горных породах диаметр скважины обычно остается постоянным и равным номинальному диаметру. Пример записи диаграмм кавернометрии показан на рисунках 1,2.

Средний фактический диаметр скважины измеряется каверномерами. Сведения о фактических диаметрах скважин используются при интерпретации результатов большинства методов ГИС (нейтронных методов, гамма-метода, бокового электрического зондирования, термометрии скважин и т.д.). Знать диаметр скважины необходимо для уточнения геологического разреза, выделения проницаемых пластов, контроля технического состояния скважины, точного определения мест установки башмаков обсадных колонн, скважинных фильтров, подсчета объема затрубного пространства скважины, расчета количества тампонажной смеси и т.д.

При бурении наклонно-направленных скважин на стенке скважины образуются желоба, которые могут вызвать аварии при бурении и ГИС. В таких скважинах измеряют не только средний диаметр, но и форму сечения ее ствола. Профиль сечения ствола скважины измеряют профилемерами.

Рисунок 1.Пример записи диаграмм кавернометрии

Рисунок 2.Кавернометрия скважин

Исследованию кавернометрией-профилеметрией подлежат все скважины без исключения. Диапазон измерения диаметров скважины каверномером – от 100 до 800 мм. Диапазон измерения радиусов профилемером – от 25 до 400 мм.

Первичная обработка включает придание кавернограммам и профилеграммам физических масштабов, построение поперечных сечений скважины по результатам горизонтальной профилеметрии.

Требования к каверномерам:

-диапазон измерения диаметров скважины 100-800 мм;

-предел допускаемой основной погрешности ± 3-5 мм;

-дополнительные погрешности, вызванные изменением напряжения питания, изменением температуры окружающей среды на каждые 10°С и отклонением скважины от вертикали не должны превышать 0,5 значения основной погрешности.

Приборы комплексируют с другими приборами (модулями) без ограничений. Основным средством периодических калибровок является набор из пяти образцовых колец, которые воспроизводят значения диаметров в диапазоне от 100 до 800 мм с погрешностью не более ± 1 мм.

Интервал контрольной записи должен включать участок протяженностью не менее 50 м перед входом в обсадную колонну и не менее 20 м в колонне.

Расхождения кривых основной и контрольной записей не должны превышать 5 мм. Первичная обработка включает придание кавернограммам физических масштабов, построение поперечных сечений скважины.

КП-М.Прибор скважинный КП-М входит в состав скважинного аппаратурного комплекса МЕГА-Э и предназначен для проведения исследований диаметра скважины в открытом стволе нефтяных и газовых скважин диаметром от 150 до 400 мм, заполненных водной промывочной жидкостью, при максимальных значениях температуры окружающей среды 120˚С и гидростатического давления 80 МПа.Прибор может работать как в одиночном режиме, так и в составе сборки из нескольких приборов комплекса МЕГА- Э. Прибор измеряет одновременно 4 радиуса (шифр параметров RAD1, RAD2, RAD3, RAD4). Диапазон измерений радиусов от 50 до 300 мм.

Формула расчета среднего диаметра:

CALI = (RAD1+ RAD2+ RAD3+ RAD4) / 2.

Прибор состоит из электромеханического блока и электронного блока. Электромеханический блок обеспечивает открытие и закрытие четырех измерительных штанг, каждая из которых механически связана с реохордом переменного резистора, напряжение питания которого поступает с электронного блока. Снимаемое с каждого реохорда напряжение поступает в электронный блок, где преобразуется в цифровой код и передается по геофизическому кабелю на каротажную станцию.

Величина напряжения питания на головке прибора 30±0.5 В, сила тока, потребляемого прибором не более 160 мА. При работе в составе сборки с прибором (модулем) ЭК-М питание на ГК-М подается от стабилизатора ЭК-М, при работе в отдельном режиме или в составе сборки с модулями ИК-М, КП-М или МК-МН - от наземного источника питания «ИСТОК-1».

Диапазон температур окружающей среды от –10 до +120ºС.

Время установления рабочего режима прибора не более 15 мин с момента включения.

Прибор связан с наземным комплексом трехжильным грузонесущим кабелем, по первой жиле относительно оплетки которого осуществляется электрическое питание прибора постоянным электрическим напряжением. По второй и третьей жилам кабеля осуществляется прием команд и передача измерительной информации. Во время раскрытия или закрытия рычагов электромеханического блока постоянное электрическое напряжение с прибора снимается. Питание электродвигателя электромеханического блока осуществляется по 2 или 3 жиле кабеля переменным напряжением 220В 50 Гц от источника питания «ИСТОК-2», а контроль полного закрытия или открытия штанг осуществляется по 1 жиле кабеля.

Каверномер СКПД-3.Каверномер-профилемер скважинный СКПД-3 предназначен для одновременного измерения значений двух взаимно перпендикулярных поперечных размеров (диаметров) ствола скважины и их полусуммы (среднего диаметра) для нефтяных и газовых скважин.

Скважинный прибор СКПД-3 рассчитан на работу в скважинах при наибольшем значении температуры окружающей среды 180°С и наибольшем гидростатическом давлении 120 MПa.

Аппаратура работает в комплексе с трехжильным грузонесущим геофизическим кабелем типа КГ 3-60-180-1 длиной до 8000 м.

Диапазон измеряемых диаметров от 100 до 760 мм.

Управление измерительными рычагами многократное по команде с поверхности. Время раскрытия (закрытия) рычагов не более 2 мин.

2.2.2 Физические основы метода КС.Горные породы состоят из породообразующих минералов, которые имеют очень высокие значения электрического сопротивления. Однако присутствие в породах минерализованной воды в значительной степени снижает их сопротивление, так как насыщенные минерализованной водой горные породы обладают ионной проводимостью. Содержание воды в породе в общем случае зависит от значения коэффициента пористости горной породы (Кп), который выражается в %, т.е. показывает объем пустот в породе. Нефть и газ, которыми могут быть насыщенны пласты коллектора, также имеют очень высокое электрическое сопротивление, но при регистрации электрокаротажа пласты, насыщенные нефтью или газом не имеют бесконечно высокого сопротивления, поскольку нефть заполняет только центральную часть пор, а сами зерна минералов, которыми сложен пласт, всегда содержат на своей поверхности физически связанную воду. Поэтому пласты – коллекторы (т.е. пласты, содержащие в своих порах какой-либо флюид или газ и способные этот флюид через себя пропускать) отмечаются в разрезе скважины повышенными значениями удельного электрического сопротивления.

В основу метода кажущегося сопротивления положена возможность изучения и расчленения пород по их удельному электрическому сопротивлению.

Удельное электрическое сопротивление горных пород характеризует их способность пропускать электрический ток. Если горная порода представлена в виде куба, то ее способность пропускать электрический ток пропорциональна сопротивлению R(Ом), измеренному в направлении, перпендикулярном к сечению S, площади S(м²) и обратно пропорциональна длине L(м) ρ=RS/L(Ом*м).

Удельное электрическое сопротивление горных пород зависит от их минерального (химического) состава, структуры, пористости, проницаемости, нефте-, газо-, водонасыщенности, физических факторов (таких, как температура, давление и др.), воздействующих на горные породы, и изменяется от тысячных долей до многих десятков, сотен тысяч омметров.

Для измерения удельного сопротивления горных пород вскрытых скважиной применяют несколько электрических зондовых устройств. Пример простейшего зондового устройства для измерения удельного сопротивления в скважине показан на рисунке 3. При рассмотрении данной схемы видно, что устройства подобного вида включают в себя как минимум три вида каротажных зондов.

Поскольку электроды А и B являются токовыми, а электроды М и N измерительными данная схема позволяет проводить измерения не только непосредственно величины удельного электрического сопротивления за счет измерения величины падения силы тока между электродами A и B, но и измерять величину падения потенциалов между электродами M и N. Понятно, что в обоих случаях изменение регистрируемой величины всегда зависит напрямую от изменения удельного электрического сопротивления горных пород вскрытых скважиной. На практике для более детального изучения геологического строения горных пород применяются несколько типов каротажных зондов. Это в первую очередь связано с тем, что применяемые зонды имеют не только различную конфигурацию, но и различную длину, следовательно, различную глубинность исследования.

Рисунок 3.Схема измерения удельного сопротивления в скважине.

Регистрация удельного электрического сопротивления несколькими измерительными зондами называется боковым каротажным зондированием (БКЗ).

Удельное электрическое сопротивление горных пород определяется с помощью четырехэлектродной установки AMNB. Электрический ток вводится в породы через электроды (заземления), называемые токовыми и обозначаемые A и B. Разность потенциалов измеряется на некотором удалении от A и B между электродами M и N, называемыми измерительными. Электроды, имеющие одинаковое назначение (A и B или M и N), называют парными, а электроды разного назначения, например A и M, – непарными.

Для измерения удельного электрического сопротивления горных пород в нефтяных и газовых скважинах обычно помещают три электрода. Четвертый электрод B (при зонде AMN) или N (при зонде BAM) располагают около устья. Совокупность электродов A, M и N или B, A, M, закрепленных на заранее заданных расстояниях, называется обычным зондом кажущегося сопротивления.

Зонды описывают в виде последовательного (сверху вниз) сочетания буквенных обозначений электродов с указанием расстояний между ними в метрах. Например, зонд с расстояниями между электродами А и М 0,25 м, а между М и N 2,5 м записывается А0,25М2,5N, а зонд с расстояниями между электродами А и В 0,25 м и между А и М 2,5 м – В0,25А2,5М. Результаты измерений относятся к точке записи.

Удельное электрическое сопротивление горных пород обычно определяется по результатам измерения характеристик электрического поля, созданного в скважине источником тока силой I.

В однородном изотропном пространстве потенциалы электрического поля в точках M и N, расположенных соответственно на расстояниях АМ и АN от электрода А, рассчитываются по следующим выражениям:

U_M=ρI/4πAM

U_N=ρI/4πAN, (2.1)

а разность потенциалов ∆U между этими точками:

∆U=U_M - U_N =

или

∆U= (2.2)

Следовательно, по результатам измерений I и ∆U можно рассчитать:

(2.3)

где К – коэффициент зонда, зависящий только от расстояний между электродами. Коэффициент К имеет размерность длины и измеряется в метрах.

В соответствии с выражением (2.2) и в зависимости от вида используемого зонда коэффициент определяется по одной из следующих формул:

1) для обычного зонда КС:

K = 4π AM•AN/MN

K = 4π AM•BM/AB (2.4)

2) для четырехэлектродной установки ВАМN, когда четвертый электрод находится на расстоянии, соизмеримом с расстояниями между другими электродами:

K = K_AK_B/ (K_A+K_B) ,

где K_A, K_B – коэффициенты обычных зондов КС соответственно АМ и ВМ.

Удельное электрическое сопротивление, вычисленное по формуле (2.3), в случае однородной изотропной среды соответствует ее истинному удельному сопротивлению, а в неоднородных средах кажущемуся сопротивлению

ρ_К = К ∆U/I (2.5)

Кажущееся сопротивление неоднородной среды равно удельному электрическому сопротивлению эффективной однородной среды, создающей при заданных расстояниях между питающими и приемными электродами A, M, N и токе питания I такую же разность потенциалов ∆U, как и в однородной среде.

Кажущееся сопротивление зависит от расстояний между электродами зонда, формы и размеров неоднородностей окружающего зонд пространства: мощности пласта h_пл, диаметра скважины d_с, толщины глинистой корки h_гк, диаметра D_зп зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости, удельных электрических сопротивлений промывочной жидкости ρ_с, глинистой корки ρ_гк, зоны проникновения ρ_зп, исследуемых ρ_пи вмещающих ρ_вм пород, может быть больше, меньше или равно удельному электрическому сопротивлению пласта. На рисунке 4 показано сечение вертикальной плоскостью интервала скважины, вскрывшей пласт коллектор, показаны факторы, влияющие на измерения в скважине.

Рисунок 4.Факторы, влияющие на измерения в скважине.

2.2.3 Классификация зондов. В зависимости от измеряемых характеристик электрического поля зонды метода кажущегося сопротивления подразделяются на потенциал - и градиент – зонды. Для обычных трехэлектродных зондов КС результат измерения связан с электрическими характеристиками (потенциалом и градиентом потенциала) в зависимости от соотношения расстояний АМ и MN (AB). На практике для более детального изучения геологического строения горных пород применяются несколько типов каротажных зондов. На рисунке 5 показаны основные типы применяемых в геофизике зондов.

Потенциал – зондом называется зонд, измеряемое кажущееся сопротивление которым определяется, в основном, потенциалом U_M электрода М. Полностью это условие может быть выполнено в том случае, если потенциал U_N удаленного электрода N стремится к нулю, т.е. если электрод N удален в бесконечность (в практике геофизических исследований он расположен около устья скважины). Такой зонд носит название предельного (идеального) потенциал-зонда. Разность потенциалов, измеряемая между электродами M и N предельного потенциал-зонда:

(2.6)

Отсюда кажущееся сопротивление, измеренное предельным потенциал-зондом:

, (2.7) где L_П =АМ – размер потенциал-зонда,

К_П =4π L_П – коэффициент предельного потенциал-зонда.

Приведенная формула подтверждает пропорциональность измеряемого кажущегося сопротивления ρ_К потенциалу U_M электрода М.

Рисунок 5.Типы зондов метода кажущегося сопротивления.

Предельный потенциал-зонд должен быть двухэлектродным (А и М), но результаты измерения таким зондом искажены взаимной индукцией между жилами кабеля, на которых опущены электроды А и М. В связи с этим в измерительную схему вводится еще одна жила кабеля с электродом N. Трех электродный потенциал-зонд должен удовлетворять условию АМ << MN.

Практическим целям удовлетворяют потенциал - зонды, при измерении которыми потенциал U_N точки N не превышает 5% потенциала U_M точки М, т.е. зонды с MN > 20 AM = 20 L_П.

Кажущееся сопротивление, измеряемое потенциал-зондом, относится к условной точке записи 0 – середине расстояния между электродами А и М.

При таком положении точки записи кривые ρ_К симметричны относительно середины пластов. Радиус исследования потенциал - зонда соответствует его удвоенному размеру, т.е. 2АМ.

Градиент - зондом называется зонд, измеряемое кажущееся сопротивление которым пропорционально градиенту потенциала grad U в точке, расположенной между измерительными электродами М и N, находящимися на некотором удалении от питающего электрода А.

В предельном (идеальном) градиент – зонде расстояние MN (т.е. ∆r) между измерительными электродами M и N стремится к нулю, поэтому:

(2.8)

Согласно выражению для напряженности электрического поля в однородном безграничном пространстве можно записать:

, (2.9)

где A0 – расстояние от электрода А до точки 0, расположенной посредине

между электродами М и N.

Из последней формулы следует, что кажущееся сопротивление, измеряемое предельным градиент - зондом:

, (2.10)

что подтверждает пропорциональность измеряемого кажущегося сопротивления градиенту потенциала. Из последнего выражения следует, что коэффициент предельного градиент - зонда Kr=4πA0².

В скважинах кажущееся сопротивление измеряется не идеальными градиент - зондами, так как нельзя установить электроды М и N (А и В) бесконечно близко друг к другу, и, кроме того, при значительном сближении электродов измеряемая разность потенциалов ∆U настолько уменьшается, что ее точное измерение становится невозможным.

Практически предельным считается градиент-зонд, у которого отношение ∆U/MN отличается более чем на 5% от значения напряженности Е электрического поля в точке 0. В однородной среде это условие соблюдается при расстоянии между сближенными электродами зонда l ≥ 0,436 Lr, где размер градиент – зонда:

(2.11)

Согласно принципу взаимности, значения кажущегося сопротивления не изменяются, если, сохранив расстояния между питающими и измерительными электродами, взаимно заменить их назначение, т.е. пропустить ток через электроды М и N и измерить разность потенциалов между электродами А и В. Зонды, состоящие из одного питающего и двух измерительных электродов, называются однополюсными или зондами прямого питания.

Зонды, состоящие из одного питающего и двух измерительных электродов, называются однополюсными или зондами прямого питания. Зонды, состоящие из двух питающих и одного измерительного электрода, называется двухполюсными или зондами взаимного питания.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 6163; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!