Вивчення будови, принципу роботи



Та градуювання каверноміра

Мета, завдання і тривалість роботи

 

Метою роботи є ознайомлення студентів з будовою та принципом роботи каверноміра, а також з методикою його градуювання.

Завдання:

- вивчити функціональну блок-схему каверноміра та методику проведення вимірювань;

- провести градуювання каверноміра;

- побудувати графіки градуювання каверноміра.

Тривалість роботи - 3 години.

 

Основні теоретичні положення

 

У процесі буріння свердловини її фактичний діаметр dc часто відрізняється від діаметра породоруйнівного інструмента (номінального діаметра dн). Це пов’язане з тим, що гірські породи по-різному руйнуються при їх розбурюванні а також з рядом інших технологічних і геологічних чинників.

Номінальний діаметр dн відзначається в щільних непроникних породах. Збільшення діаметра характерно для глинистих порід і пісків, зменшення – для порід-колекторів, у які проникає фільтрат промивної рідини. Звуження діаметра свердловини обумовлено виникненням глинистої кірки на стінках свердловини, яка виникає в результаті фільтрації промивної рідини в пласти. Товщина глинистої кірки залежить від фізико-хімічних особливостей промивної рідини та колекторських властивостей порід і може сягати 2-4 см.

Дані про фактичний діаметр свердловини необхідні для вирішення наступних задач:

· розрахунку об’єму затрубного простору при визначенні кількості цементу, що вимагається для цементування обсадних колон;

· виявлення найбільш сприятливих ділянок свердловини для встановлення башмака колони або фільтрів випробувача пластів;

· кількісної інтерпретації даних комплексу промислово-геофізичних методів (БКЗ, нейтронних та ін.);

· уточнення геологічного розрізу свердловини (визначення літології порід, виділення колекторів та ін.).

Вимір фактичного діаметра свердловини здійснюється каверномірами. Крива фактичної зміни діаметру свердловини в масштабі глибин називається кавернограмою.

Апаратура. Використовують каверноміри типів СКС, СКТ і СКО, що мають по чотири вимірювальних важелі з двома плечами – довгим 1 і коротким 2 (рис. 6.1). Довгий важіль притискається пружиною 3 до стінки свердловини 7. Коротке плече за допомогою кулачка переміщає шток 6, що зв’язаний механічно за допомогою троса з повзунком 5, який переміщається по омічному датчику 4. Цей датчик є загальним для всіх чотирьох важелів.

Принципи дії всіх існуючих типів каверномірів однакові та полягають в перетворенні механічних переміщень вимірювальних важелів в електричні сигнали, які передаються по лінії зв’язку на поверхню, а потім – на прилад, що реєструє. Між собою каверноміри відрізняються за електричними схемами, конструкціями і способами розкриття вимірювальних важелів.

Розрізняють каверноміри з містковою та потенціометричною схемами вимірювання для трьохжильного й одножильного кабелю (рис.6.2).

Каверноміри типів СКС, СКТ і СКО опускають у свердловину зі складеними вимірювальними важелями, які утримуються замком, кільцем або сталевим дротом. При підйомі з вибою за рахунок сили тертя об стінку свердловини та промивну рідину насадка зміщується вниз і звільняє важелі. Якщо важелі обмотані сталевим дротом, то при пропущенні через неї за допомогою трансформатора струму достатньої сили вона перегоряє і важелі розкриваються. Для запису повторної кавернограми, тобто кривої фактичної зміни діаметру свердловини в масштабі глибин, прилад необхідно піднімати на поверхню і знову закріплювати важелі утримуючими пристроями.

 

Рисунок 6.1 - Схема конструкції каверномірів типів СКТ і СКО.

 

а – місткова схема; б, в – потенціометричні схемі; Rl, R3 – змінні опори моста; R2, R4 – постійні опори моста; КП – компенсатор поляризації: Rд – опір датчика; Rр –реостат регулювання струму;

Е – джерело постійного струму; АВ – живляча ланка;

MN – вимірювальна ланка; РП – вимірювальний прилад

Рисунок. 6.2 – Електричні схеми каверномірів для роботи з трьохжильним (а, б) і одножильним (в) кабелем

 

Ромбовидним каверноміром типу КВ-2 можна вимірювати діаметр свердловини як при спуску, так і при підйомі. Вимір діаметра свердловини засновано на використанні потенціометричної схеми. Основною частиною каверноміра є ліхтар із трьома парами шарнірно з’єднаних вимірювальних важелів, які розташовані через 120°. Кінці важелів установлені на ковзунках, що стягаються спіральною пружиною, яка віджимає шарнірні з’єднання пар важелів до стінки свердловини. Один з важелів оснащений фігурним кулачком, що переміщає шток, який керується датчиком. Форма кулачка забезпечує лінійний зв’язок між переміщенням штока та відхиленнями вимірювальних важелів приладу. Ромбовидний каверномір призначений для дослідження свердловин малого діаметра (від 60 до 240 мм) за допомогою трьохжильного кабелю.

У каверномірах з потенціометричною схемою вимірів (рис. 6.2 б,в) постійний струм живлення І від джерела живлення Е проходить через весь датчик Rд , а з частини його (між повзунком і корпусом приладу) знімається напруга ∆U, пропорційна значенню діаметра свердловини dc. Сила струму живлення датчика І (декілька міліамперів) виставляється реостатом Rр

Діаметр свердловини, виміряний каверноміром, визначається за формулою:

 

,                           (6.1)

 

де d0 – початковий діаметр, при якому

       вимірювана напруга ∆U=0;

C – стала каверноміра, см/Ом;

I – сила струму живлення каверноміра, А.

Оскільки d0, С І є величинами сталими, то залежність (6.1) можна у загальному вигляді представити як ∆U=f (d). Графік цієї функції (рис. 6.3) являє собою пряму, яка на осі абсцис (d) відсікає значення d=do при ∆U=0. Такий графік отримують під час градуювання каверно міра.

Градуювання каверномірів. Перед вимірами фактичного діаметра свердловини необхідно зробити градуювання каверноміра, що полягає у визначенні сталої каверноміра C, початкового діаметра свердловини d0 і нормальної сили струму I, а також у перевірці лінійності його показів.

Градуювання виконується на базі промислово-геофізичних партій не менше одного разу на місяць. На буровій, перед початком виміру, варто перевіряти правильність роботи каверноміра за допомогою двох-трьох кілець відомого діаметра.

Рисунок 6.3 - Графік градуювання каверноміра з трижильним кабелем

 

Для градуювання каверномірів у лабораторній роботі використовується хрестовина з отворами, що розташовані на однаковій відстані від її центра, в які вставляються вимірювальні важелі каверноміра. Для градуювання каверноміра збирається схема виміру, мінус джерела живлення, підключається до корпуса приладу.

При різних значенях сили струму живлення каверноміра (I=2, 4, і 6 mA), і значеннях розкриття каверноміра, що відповідають визначеним діаметрам свердловини, вимірюють різниці потенціалів DU, що знімаються з омічного датчика. За величиною DU і відомих діаметрів хрестовини будують графік градуювання DU=f(dc) (див. рис. 6.3). Стала каверноміра C розраховується за даними вимірів різниці потенціалів (DU1 і  DU2 ) з двома заданими значеннями розкриття важелів (dc1, і dc2) за формулою:

 

,                             (6.2)

 

Діаметр d0, при якому DU=0, встановлюють за графіком DU=f(dc) (див. рис. 6.3).

Характеристика каверноміра повинна бути близькою до лінійної та відхилення від лінійності не повинне перевищувати 10%. Величина нелінійності графіка градуювання розраховується за формулою:

 

.                                 (6.3)

Порядок проведення роботи

6.4.1 Встановити хрестовину з отворами в горизонтальне положення.

6.4.2 Вставити мірні важелі каверноміра в хрестовину.

6.4.3 Під’єднати каверномір до панелі вимірювання.

6.4.4 Включити панель вимірювання.

6.4.5 Змінюючи діаметр розкриття важелів каверно міра через кожних 10 см (від 18 см до 78 см) виміряти значення DU з вимірювального пристрою при силі струму 2, 4 та 6 mА. Результати вимірювань занести в таблицю 6.1.

6.4.6 Побудувати графіки градуювання каверноміра DU=f(dс) при різних значеннях електричного струму.

6.4.7 За формулою (6.2) розрахувати сталу каверноміра при I=2, 4 та 6 mА .

Таблиця 6.1 – Результати проведення лабораторної роботи

 

Сила

струму

I, mA

Значення DU при відповідних діаметрах, mV

18 см 28 см 38 см 48 см 58 см 68 см 78 см
2                
4                
6                

 

 

 

Вивчення будови, принципу роботи

та градуювання термометра

5.1 Мета роботи

Вивчити фізичні основи даного методу, будову та принцип роботи апаратури, а також провести градуювання термометра.

 

Теорія

Інтенсивність і поширення теплових полів залежить від термічних властивостей, геометричних форм і розмірів досліджуваних середовищ.

Термічні властивості гірських порід характеризуються коефіцієнтом теплопровідності або питомим тепловим опором, тепловою анізотропією, питомою теплоємністю і коефіцієнтом температуропроводності.

Коефіцієнт теплопровідності l визначається з відомого рівняння Фур’є:

 

,                                                                                    (5.1)

 

яке описує передачу тепла dQ за час dt через елемент середовища з поперечним перерізом ds, довжиною dl при перепаді температур dt. У рівнянні (5.1) l характеризує властивість середовища передавати теплову енергію її молекул і називається питомою теплопровідністю середовища. У системі СІ має розмірність Вт/м·градус.

Питомий тепловий опір x – величина, яка обернена питомій теплопровідності l, і має розмірність м·градус/Вт. Для різних гірських порід і корисних копалин x варіює в широких межах – від тисячних до десятків м·градус/Вт. Він знижується зі збільшенням щільності, вологості, проникності і вмісту льоду в породі, підвищується при заміщенні в поровому просторі води нафтою, газом або повітрям і залежить від шаруватості порід (теплова анізотропія).

Теплова анізотропія порід характеризується безрозмірним коефіцієнтом

 

,                                                                                             (5.2)

 

де xn і xt – питомі теплові опори породи по нормалі та по дотичній до напластування. Так як в шаруватих породах xn>xt, то lt>1 (1,015-1,32).

Питома теплоємність Ср визначається з рівняння

 

,                                                                                 (5.3)

 

яке описує зміну температури dt тіла, що має об’єм dV і густину d, при наданні тілу тепла dQ. Коефіцієнт Ср у рівнянні (5.3) характеризує властивість середовища змінювати свою температуру. В системі одиниць СІ Ср має розмірність Дж/кг·градус. Для більшої частини гірських порід і корисних копалин Ср варіює у відносно невеликих межах – від 580 до 2090 Дж/кг·градус, зростаючи зі збільшенням вологості.

Коефіцієнт температуропроводності а входить множником у диференціальне рівняння теплопровідності і має розмірність м2/с. Величина а визначається співвідношенням а=l/Срd. Це комплексний параметр, що характеризує тепло-інерційні властивості гірських порід. Він виражає зміну температури одиниці об’єму середовища за одиницю часу. Гірські породи розрізняються за температуропроводністю більш ніж у 100 разів.

У розподілі природного теплового поля істотне значення має тепловий опір, а при вивченні нестаціонарних теплових процесів, при аналізі штучних теплових полів у свердловинах – теплоємність і температуропроводність гірських порід. Диференціація гірських порід і корисних копалин за термічними властивостями лежить в основі застосування термічних методів для вивчення геологічних розрізів свердловин, а теплова анізотропія гірських порід забезпечує можливість рішення тектонічних задач.

Аналіз теплових полів зводиться до рішення диференціального рівняння теплопровідності, що у випадку однорідного ізотропного середовища в системі прямокутних координат має вид:

 

,                                                (5.4)

 

де ¶t/¶t – зміна температури t з часом t в точці з координатами x, y, z; Ñ2t – лапласіан від функції t, що має в прямокутній системі координат наступне вираження:

 

.                                                                       (5.5)

 

Інтегрування рівняння в умовах нестаціонарних теплових процесів, коли ¶t/¶t =0, є складною задачу, яку можна розв’язати лише для найбільш простих окремих випадків поширення тепла.

При сталому процесі теплообміну, коли ¶t/¶t =0, рівняння (5.4) перетвориться в рівняння Лапласа

 

.                                                                           (5.6)

 

Області застосування методу природного теплового поля Землі та геологічні задачі, які розв’язуються за результатами даного методу.

Розподіл природного теплового поля в товщі земної кори залежить головним чином від літологічних, тектонічних та гідрогеологічних факторів, на вивченні яких базується розв’язок наступних задач:

1. Літолого-тектонічні та гідрогеологічні задачі регіональної геології. Ці задачі розв’язуються шляхом визначення основних геотермічних параметрів, до яких відносяться геотермічний градієнт, геотермічна ступінь та густини теплового потоку.

За допомогою зазначених параметрів проводять:

1) визначення природної температури порід на заданій глибині;

2) кореляцію розрізів свердловин при регіональних дослідженнях;

3) прогнозування тектонічної будови території, яка не вивчена за допомогою буріння;

4) вивчення гідрогеологічної і мерзлотної характеристики досліджуваних районів. Для розв’язку цих задач звичайно використовують термограми природного теплового поля.

2. Детальне дослідження розрізів свердловин. При розв’язанні цієї задачі використовуються також матеріали інших геофізичних методів. Для цієї мети визначають теплові характеристики порід (теплопровідність або тепловий опір і температуропроводність) за даними термічних досліджень свердловин зі сталим чи несталим тепловим режимом.

Теплові характеристики в комплексі з іншими петрофізичними параметрами порід дозволяють вирішувати наступні задачі:

1) літологічного розчленовування розрізів свердловин;

2) виявлення колекторів;

3) пошуків корисних копалин.

Найбільше доцільно залучати дані термометрії для вивчення глинистих покришок, пошуків колекторів у карбонатних відкладах, визначення газоносності карбонатних і тонкошаруватих піщано-глинистих комплексів. Для цього необхідні діаграми детальної термометрії.

 


Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 182; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ