Способ и устройство для определения кавернозности буровых скважин

Способ и устройство для определения кавернозности буровых скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СССР

X 58637

Класс 21 g, ЗО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при СНК СССP

И. С. Михельсон.

Способ и устройство для определения кавернозности буровых скважин.

Заявлено 7 июля 1939 года g НКНП зв № 25384, 1 4Р

Опуоликовано 31 декабря 1940 года.

Бурение скважины и благополучное завершение бурения зависит не только от конструкции скважины, но и от ее 1 состояния. Знание состояния скважины может дать возможность заблаговременно предотвратить аварии и сохранить ее в строе бурящихся точек. Одним из явлений, с которыми приходится часто встречаться при бурении,, бывает обвал пород. Борьба с обвалами ведется путем проходки скважи- ны с применением глинистого раствора, который, глинизнруя стенки скважины, I предохраняет их от обвалов и образо- вания пробок. Однако, применение глинистого раствора не является окончательным решением вопроса борьбы с возможными авариями, вызываемыми обвалами пород. Наличие пород слабой крепости, пород, поддающихся выщелачиванию буровым раствором в процессе бурения, длительность бурения и ряд других факторов часто приводят к образованию глубоких каверн. Зна- ние кавернозности скважины дает воз-

1 можность предупредить путем цемен-, тирования части ствола скважины с группой каверн такие аварии, как o6- валы и прихват бурового инструмента . отваливающимися породами. Помимо этого, знание кавернозности скважины перед спуском промежуточной или окончательной колонны дает возможность построить разрез скважины и определить объем и вес цементирующего материала. Последнее особенно важно для нефтяных районов, так как недоучет кавернозности может привеcrè к недостаточному перекрытию пластов, вследствие чего не будут перекрыты друг от друга водоносные н нефтеносные пласты, что может привеcrt к обводнению последних. Не останавливаясь подробно на других последствиях недоучета кавернозности скважины, следует указать, что в настоящее время отсутствует прибор. который мог бы достаточно быстро и точно дать ответ на поставленный вопрос. Исследование кавернозности скважин до сего времени производилось путем бокового кароттажного зондирования, в частности, пумм при; менения обратного зонда при, различных размерах установки, начиная от микрокароттажа (резисцивиметр1 до сравнительно больших размеров.

Выявление каверн методом бокового кароттажного зондирования (в дальнейшем сокращенно обозначаемого

Б.К.З.) сопряжено со следующими неудобствами: один рабочий день, причем ответ. о наличии каверн может быть дан немедленно на, месте работ по окончании замера с точным указанием глубины.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что снимают кароттажную диаграмму два раза: один раз при спуске кароттажной установки к забою скважины при постоянных силе питающего тока и рааносе измерительных электродов М и N и второй раз — при подъеме установки обратно к устью при той же силе тока, но меняющемся в зависимости от диаметра скважины расстоянии между электродами, а затем по отношению ординат записанных кривых судят о наличии и размерах каверн. В устройстве для осуществления этого способа один из измерительных электродов, согласно изобретению, расположен на подвижной нижней муфте фонаря, соединенной с закрепленной на кабеле верхней муфтой шарнирными дужками, упирающимися в стенки скважины под действием стягивающей муфты винтовой пружины. Сущность изобретения заключается также в конструкции приспособления для освобождения нижней муфты фонаря, удержвваемой при спуске шнуром на максимальном расстоянии от верхней муфты.

Предлагаемый способ базируется на следующих теоретических предпосылках.

Кароттажн ый зонд состоит из трех электродов А, М и N, выходящих на поверхность кароттажного кабеля.

Электрод А является питающим электродом, 1lf и N — измерительные электроды.

При работе с регистратором для замера параметра р, силу тока I подбирают в зависимости от применяемой на потенциометре чувствительности S, масштаба сопротивлений т (в - ля - сл1 и коэфициента К установки по следующей формуле;

125 X K>(S

Величины m u S определяются требованиями о масштабе кароттажной диатраммы; таким образом величина

1. Задача не может быть решена для той части скважины, где находятся пласты с сопротивлением, близким к сопротввлению бурового раствора, ибо теоретически доказано, что против таких пластов метод дает значения диаметра скважины, близкие к бесконечности. !

2. При наличии дробной диференциации параметра и малой мощности пластов применение Б.К.Ç. для выявления каверн нерационально, так как допускаемая ошибка в определении глубины по кароттажному кабелю может сместить диаграммы. Последнее приведет к получению искаженной формы кривых Б;К.З.О, интерпретация которых будет:весьма затруднительна и даст лишь грубо ориентировочные результа-, ты. 1

3, Наличие искривления скважины приведет к тому, что кароттажный кабель не будет цен прирован по оси скважины, вследствие чего результаты будут заведомо ошибочны, давая скорее преуменьшенные данные, чем дей-, ствительные.

4. Считая в среднем на спуск и подъем 1000 метров кароттажного кабеля с производством замеров 6 часов! и 2 часа на неремонтировку зонда, на- блюдения на скважине займут пример- но 2,5 суток (время на замер взято с учетом необходимости медленного подъема с целью взаимной увязки. диаграммы и подучеяия истинных значений для да нного зонда). Помимо этого интерпретационные работы, состоящие из вы черчивания кривых Б.К.З.О, займут на 1 000 метро в, при норме в 50 точек ia смену, 20 рабочих дней (из рассчета ( построения точек Б.К.З.О через один метр), интерпретация кривых — по рядка 10 рабочих дней, вычерчивание разреза скважины — 1 — 2 дня. Таким образом, работа очень трудоемка, и ре-, шение задачи может быть получено через довольно продо,1жительный про- межуток времени.

Предлагаемый способ определения, кавернозности буровых скважин свобо ден от указан ных недостатков. Экономия во времен и работы на скважине составит примерно 80% времени, необходимого на Б.К.З. Интерпретация материалов может быть выполнена за силы тока определяется коэфициентом

К установки и в дальнейшем для дачВеличину р» определяют по формуле-

ЬУ

1 о»=К—

При данном размере установки,,в небольшой промежуток времени производства работ величина о» для кажК=0,4 -.а (и — 1) е. (2) и является для данного размера установки величиной постоянной.

Если положить в формуле (1) К = l, то »= АК

Формула для Ь1 может быть представлена в следующем виде: рр» 3Ь1б р» Л1/ р1 или

AVE= р1, где 1 — удельное сопротивление, а

I — сила тока. Произведение pI мо- i жно считать величиной постоянной.

Последнее имеет место при правильно,, выбранном размере и типе установки, когда величина разноса электродов лежит на;правой ассимптоте кривой Б.К.3.

Пусть в период замера при опреде- ленных размерах установки, расcTQ>lние MN несколько изменилось. Последнее вызовет изменение коэфициента К установки. Для того, чтобы величина р» равнялась 4 V, необходи-, мо также изменирь силу тока, чтобы

К было равно 1; тогда график р, останется без изменений. Если же силу, тока оставить без изменений, формула для определения pk примет следующий вид:

К ьЬ, К; М

К Ы/

pkl =

Ф

Если 1= К, то p», — — - ЬГ и p» — — 4V.

AN где n= —, à e=MN, hfN

К Ь l где К,=К и р»,—— —ного зонда и масштаба остается неизменной. дой точки разреза скважины является величиной постоянной.

Коэфициент К установки определяется формулой:

Относительное изменение;.» на диаграмме сопротивлений будет иметь следующую зависимость:

При применении обратного занда, при большом АМ и малом MN изменение величины МУ в небольших пределах мало отразится на глубине проникновения тока и, учитывая, что разнос АМ выбран на правой ассимптоте кривой Б.К.3., отношение — — буPkq, k дет равно 1 и, следовательно(3Ь,U=A1, т. е. изменение коэфициента К установки отразится на изменении величины Ь1 .

При p»l= const КЬР= R>4V> или откуда следует, что изменение ъ1 обратно пропорциона.пьно изменению коэфициента К установки. Это обстоятельство и использовано в предлагаемом способе. При спуске кароттажной установки в скважине к забою производят замер Ь1 при постоянной силе питаюшего тока и определенном разносе электродов. При подъеме от забоя скважины к устью производят вторичный замер при той же силе тока, чо при различных размерах установки (зонда), определяемых диаметром скважины.

Устройство. позволяющее осуществить этот способ, схематически изображено на прилагаемом чертеже.

i(== 0,4тси (а — 1) е где

На кароттажном кабеле 1 укреплена муфта 2, к кото рой прикреплены шарнирные дужки 3 фонаря. На нижней подвижной муфте 4 находится эдек- I трод 5, который вместе с неподвижным электродом б образует, пару изме-, рительных электродоB AIiV. Муфты фонаря соединены пружиной 7, стремящейся их сблизить. На кабеле н иже электрода б расположен один из пи-, таюпгих электродов 8; второй питающий электрод заземляют на дневной по|верхности. Кабель заканчивается свинцовым грузом 9. Перед спуском установки в скважину нижнюю муфту

4 оттягивают вниз при помощи шнура

10 и закрепляют в таком поло женин. (Для обрыва EEEEyipa и, следовательно, освобождения муфты 4 служит при-; способление 11, представляющее собой заостренный стержень, упирающийс я I в стенку скважины в начале1 подъема устаповки и обрывающий привязанный к другому его концу шнур. Может быть также применено другое приспосооление в виде ножа, при ударе о забой разрезающего EEEEElyp.

Нижняя подвижная муфта имеет диаметр, несколько больший, чем диа- метр кабеля. Обе муфты связаны друг с другом .винтовой пружиной, надетой, на ка бель и стремящейся сблизить обе муфты, но так как,верхпяя .луфта укрсплена .на кабеле неподвижно, пруж ина стремится подтянуть к,ней ниж- нюю муфту. Под действием лружины, подтягивающей нижнюю муфту вверх,: дужки фонаря могут расходиться в стороны до касания со стенками. Наличие каверн связано с изменением; диаметра скважины и, следовательно,, дает возможность уменьшить расстояние между верхней и нижней муфтой за счет увеличения расстояния между центрами противоположных дужек фонаря.

Электродь; Л и Я неподвижно укре-, плены на кабеле под фонарем. Злек- трод V укреплен на нижней подвиж- ой муфте. Последняя пок рываегся американской лентой, чтобы изолировать электрод A от массbE фонаря. T3-, ким образом, расстояние ;ИМ есть функция диаметра скважины и, след.о-, вательно, коэфициент К уста но вки также явдяется функцией диаметра скважины. Соедине,ние э„ eK 1>o A с жилой кабеля производится через соединительный шланговый шнур, кото рый от электрода N идет через трубку дужки фонаря и соединяется с жилой кабеля несколько выше верхней,неподвижной муфты, Дополнительной деталью каверномера является фланец, надеваемый поверх пружины в ее средней части и предохраняющий лужки фонаря от внутреннего прогиба.

При спуске производят контрольное измерение при неподвижно укрепленIE0H натянутой ЕЕНН3 подвижной муфте.

У забоя перед подъемом шнур обрывается, н и>княя муфта освобождается и под действием винтовой пружины поднимается вверх,до касания центральной части дужек фонаря со сте нкой скважины. Коэфициент К у становки изменяется в зависимости от диаметра сква|жины и, слеДовательно, изменяется величина разности потенциалов между электродами lM и №

Сравнение диаграмм 4V при подъеме и спуске дает возможность устаноЛVq вить отношение,, где ЛУ, — разность потенциалов между электродами

ММ при подъеме, когда нижняя муфта освобождена, и 4V — разность потенциалов между этими же электродами прн спуске и постоянном ЛИК

Наличие расхождений между Л V u .." 1 дает возможность сразу же по окончании замера на скважине указать глубины встречных каверн. Величина каверн может быть рассчитана по приведенной ниже формуле.

Коэфициент К установки равен;

АФ и= -=- и e= М.V, сИФ причем .-1 М вЂ” величина постоянная, ММ вЂ” — величина переменная и, следовательно, величина A!V — также переменная.

Обозначив длину фонаря (дужек фонаря) через 2l, расстояние от верхней неподвижной муфты до нижней подвижной через 2О и через Np на- максимальном удалении муфт, можно чальное положение электрода У при написать:.1И) 1 = >)Np + 2 (l — ч);

AN = Л1И+ 1Np+ 2 (l — q).

Коэфициент К установки при наибольшем удалении муфт

После обрыва шнура коэфициент установки будет иной:

0 4 АМ-)™о+2 (1 — q) I <» Мир+2(1-q) — мл„— -2(1 — q)ll JI4 2 1 д

I — 0 4.

АМ+ ММо+2(1 — q) ) I АМ МИо+2АМ(1 — q) 1

М1 1о+2 (I — q) J l Л11 1о — 2 (I q) )

04 о о : " о

АМ- ЗИМ -)-АМ ММ„"+2АМ AIN (1 — q)+2AMÐ (1 — q) - . 2АМ AflVp(l — 1)+4 1М(1 — (У)о (ЛЙЧо + 2 (I — q)) но ЛМ+Л4Хо= Ай„отсюда

Рi = 0 4- А Жо А М М Ио+ 2A3И Af No (I — q) + 2АМ (1 — q) (Л1Хо + 2 (1 — q)) — ю °

)»No+ - (1 — Ч))о

=- 0 4 ANo АМ + 2АМ (1 — q) MNp+ 2 (I q) откуда

2(l — q)=2(l 1ГP 2 ) Окончательно

Отношение коэфициентов установки при спуске и подьеме

ANo МФо+21 — 2)б 1 - — (—.; ) 1 d -1

К, ИФо ANo-г 21--2 P 1 - — ) ) К Ыб

:-.о = — и, следовательно, Мха+ 2! — 2 1 - —

АЛ о V

VI No (4) АЮ+Z — 2)/ !" — — ) 0 f AN" + 2 (— 1)) МЛ1о+- (1 — q) Зависимость между 1, q и d, где d — диаметр скважины, по теореме

Пифагора

Формула (4) и является расчетной, MK как дает возможность установить

Д / зависимость отношения, от диаметра скважины для данного устройства.

Выбор длины устройства 2l зависит -от величины каверн, которые желательно выявить и оценить. При необходи мости оценки больших каверн длинна каверномера дол>ина быть большей. Считая, что винтовая пружина может стянуть муфты каверномера до

1» их первоначального расстояния, предел измеренных каверн почти равен длине фонаря (0,97).

Помимо трехэлектродной установки может возникнуть мысль применения д вухэлектродного зонда, однако последнее мало рационально, так как размер зонда не мажет быть выбран на правой ассимптоте кривых Б,К.3. и, следовательно, искажающее влияние непостоянного параметра о может сильно сказаться. В случае применения двухэлектродной установки и большом значении начального AN,,(ñ целью устранения искажающего влияния непостоя нства параметра о), связанное с изменением диаметра скважины Vg изменение отношен|ия —, „, очень невелико и колеблется в пределах единиц процентов.

Измерение описываемым устройством значений 4 V производится обычным для трехэлект родного кароттажа методом с применением регистратора и пульсера. Спуск и подъем во время измерений не должны превышать 300 метров в час. Диаграммы 4V и чертятся на одном и том же листе в периоды спуска и подъе ма зонда.

Предмет изобретения, 1. Способ определения кавернозности буровых скважин, от л и ч а:о шийся тем, что снимают кароттажную диаграмму два раза, один раз при спуске кароттажной установки к забою скважины при постоянных силе питаю ще го тока и развосе измерительных электродов М и N, и второй раз при подъеме установки обратно к устью при той же силе тока, но меняющемся в за|висимости от диаметра скважины

1 расстоянии между электродами, а затем по опношению ординат записанных кривых судят о наличии и размерах каверн.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что для изменения расстояния между электродами М и N при изменениях диаметра скважины, один из этих электродов расположен на подвижной нижней муфте фонаря, соединенной с неподвижной верхней, муфтой шарнирными дужками, упирающимися в стенки скважины, под действием стягивающей муфты винтовой пружины.

3. Форма выполнения устройства по и. 2, отличающаяся тем, что, с целью освобождения подвижной нижней муфты с электродом перед подъемом установки, применено приспособление, при ударе о забой разрезающее шнур, удерживающий подвижную муфту на максимальном расстоянии от неподвижной.

4. Форма выполнения устройства по и. 2, отличающаяся тем, что приспособление для освобождения подвижной муфты выполнено в,виде стержня, привязанного одни м концом к снаряду таким образом, чтобы стержень при обратном д вижении установки упирался свободным концом в стенку,скважины и обрывал шнур, удерживающий подвижную муфту.

j б! !

„1

Отв. редактор П. В. Ники.тп.н

Тип.,Сов. печ., М 36327. Зак. М 218 — 57

Госпяаниздат

Цена 40 коп.

Я авторскощ свидетельству М 58637