Геолого-технологические методы иследования скважин

  На  температуры в скважинах искажающее влияние могут оказывать разные причины: изменение диаметра скважины, потоки воздуха или буровой жидкости, нагрев породы после бурения и др. Эти факторы необходимо учитывать или исключать при выявлении температурных аномалий.

  Для измерения температуры в скважинах  применяют термометры – максимальный ртутный и резисторный (термометр  сопротивлений). Основным прибором для температурных измерений в скважинах является резисторный термометр на каротажном кабеле. В результате измерений этим термометром получают кривую изменения температуры горных пород в функции глубины скважины – термограмму.

  Чувствительным  элементом резисторного термометра является металлический или полупроводниковый резистор с большим температурным коэффициентом. Сопротивление R (в Ом) металлического резистора изменяется в зависимости от температуры среды Т, в которую он помещён, по зависимости 

                                         R = RH [ 1+α (T-TH ) ]                                             (3.1)

  где RH - начальное сопротивление резистора (при температуре TH  в Ом);

         α - температурный коэффициент;

         Т – температура среды в К;

         ТH - начальная температура среды в К (обычно ТH = 294К).

  Для большинства металлических резисторов, в том числе для наиболее часто  применяемых в скважинных резисторных  термометрах медных резисторов, α = 0,004. Измерение температуры сводится к измерению сопротивления резистора, помещённого в скважинном термометре. По сопротивлению резистора R по формуле можно определить температуру Т окружающей среды.

  Перед проведением измерений со скважинным термометром выполняют его градуировку  – определение постоянной С для термометра на трёхжильном кабеле, корректировку стандартсигналов и построение градировочной кривой для электронного термометра на одножильном бронированном кабеле. 

3.2. инклинометрия

  Обычно скважины проецируют вертикально, однако в ряде случаев бурят наклонно-направленные скважины с заранее заданными направлениями и углами отклонения от вертикали. Целью наклонно-направленного бурения является достижение намечаемой в недрах земли точки, проекция которой на поверхность земли (дневную поверхность) смещена от точки устья скважины.

  По ряду причин геологического и технического характера скважина отклоняется от намеченного направления: вертикальная скважина отходит от вертикали, а наклонно-направленная – от намеченного  для неё положения. Отклонение оси скважины от вертикального положения называется наклоном скважины. В общем случае отклонение оси скважины от заданного направления – искривление скважины. В искривленных скважинах обычно отмечаются следующие закономерности:

        а) при очень пологом залегании пластов (угол падения до 8^о) не наблюдается каких-либо преимущественных направлений искривления;

        б) при углах падения пластов в пределах 8-45^о преобладает направление отклонения от вертикали вверх по восстанию пластов; ствол скважины стремиться занять положение, перпендикулярное к плоскости напластования; векторы смещения забоев направлены в области сводов положительных структур;

        в) при углах падения пластов более 60^о преобладают направления отклонения вниз по падению пластов; ось скважины стремиться занять положение, параллельное плоскостям напластования.

  Положение оси скважины на какой-либо глубине Z определяют по двум углам: углу δ отклонения скважины от вертикали (зенитному углу наклона скважины) и направлению наклона – дирекционному углу α горизонтальной проекции элемента оси скважины в сторону увеличения глубин. Обычно вместо дирекционного угла α пользуются магнитным азимутом наклона скважины φ, получаемым непосредственно в процессе измерений, - отсчитываемым по ходу часовой стрелки углом между направлением на магнитный север и горизонтальной проекцией оси скважины. Дирекционный угол отличается от магнитного азимута на  величину γ±D 

                                          α = φ + γ ± D                                                         (3.2) 

где γ - угол сближения (угол между меридианами осевым и в данной точке),                 D – магнитное склонение (восточное со знаком +, западное со знаком -).

   Плоскость, проходящая через вертикальную линию и ось скважины на данном её участке, является плоскостью наклона скважины. Измерение наклона скважины называют инклинометрией, а приборы, используемые для измерения наклона скважины, - инклинометрами.

  Различают инклинометры, определяющие только зенитный угол наклона скважины, и инклинометры, определяющие зенитный угол и направление наклона скважины.

  Основную группу инклинометров для определения зенитного угла и направления наклона скважины составляют приборы, в которых в которых направление наклона определяется  по земному магнитному полю с помощью обычной магнитной стрелки.  Инклинометры с магнитной стрелкой могут быть выполнены в виде инклинометров с дистанционным электрическим измерением и фотоинклинометров.

  Измерения инклинометром сводятся к определению сопротивлений азимутального и углового реохордов с помощью мостовых схем путём установления равновесия на соответствующем мосте переменным резистором. После установления равновесия моста, азимут φ и зенитный угол   δ наклона скважины отсчитываются по шкалам, нанесённым на переменных резисторах при калибровке прибора. Измерения выполняются с одножильным или трёхжильным кабелем на отдельных точках. Число точек не ограничено.

  В фотоинклинометре положение указателей азимута и зенитного угла наклона скважины фиксируется путём фотографирования в самом скважинном приборе. Фотоинклинометр рассчитан на многократное фотографирование и обеспечивает объективную документацию результатов измерений. Однако по оперативности исследований скважин он уступает приборам с дистанционным измерением и поэтому получил значительно меньшее распространение.

  При проведении измерений дискретными инклинометрами на каротажном кабеле наклон скважины измеряют по точкам на глубинах, кратных установленному интервалу (25 м при обычном и 10 м при наклонно-направленном бурении). 

3.3. профилеметрия и кавернометрия скважин

  При бурении скважины фактический средний диаметр её dc изменяется  по стволу  и отличается от диаметра долота (коронки) dH, которым она бурится. При этом наблюдается как уменьшение диаметра скважины, так и увеличение его, иногда весьма значительное, поперечное сечение скважины за счет образования желобов может существенно отличаться от круга.

  Профилеметрией называют измерения формы и размера поперечного сечения скважины и определение их изменения по стволу скважины. Различают вертикальную профилеметрию, при которой производится регистрация изменения формы и размера поперечного сечения скважины по её стволу, и горизонтальную профилеметрию, при которой фиксируются данные о форме и размерах  одного поперечного сечения скважины на определенной глубине. Кавернометрией называют частный случай вертикальной профилеметрии, когда измеряют изменение по стволу скважины среднего фактического диаметра dc, под которым подразумевается диаметр круга, эквивалентного по площади поперечному сечению скважины неправильной формы.

      Данные о фактическом диаметре скважины и её профиле весьма важны. Фактический диаметр скважины необходим для интерпретации  данных промыслово-геофизических исследований; вертикальный и горизонтальный профили скважины весьма важны для выявления желобов с целью предотвращения аварий при бурении, контроля возможности спуска обсадной колонны и подсчета фактического количества цемента, необходимого   для цементирования обсадной колонны. 

1)Вертикальная профилеметрия

  Основное назначение вертикальной профилеметрии – выделение желобов в стволе скважины и получение данных, необходимых для подсчета количества цемента, требующегося  для перекрытия ствола скважины на заданную высоту от забоя. При вертикальной  профилеметрии измеряются  в двух взаимно перпендикулярных  направлениях хорды, характеризующие поперечное сечение ствола скважины. Если представить поперечное сечение скважины с желобом в виде эллипса, хотя фактическое поперечное сечение скважины может существенно отличаться от него, то можно в предельном случае принять, что профилемером измеряются оси поперечного сечения скважины в виде большого d1 и малого d2 диаметров скважины. Если d1=d2, то при указанном расположении рычагов профилемера поперечное сечение скважины представляет собой круг диаметром dc=d1=d2. Если d1> d2, поперечное сечение скважины будет эллипсом. 

2)Горизонтальная профилеметрия

  Диаграммы, полученные  с помощью вертикального профилиемера, дают лишь ориентировочное представление о форме поперечного сечения скважины, особенно если оно неправильной формы. Для более точного определения формы поперечного сечения скважины производят измерения с помощью горизонтального прфилемера.

   Горизонтальный профилемер представляет собой профилемер с n независимыми измерительными рычагами, раскрывающимися при остановке прибора на определенной точке разреза скважин. При измерении последовательно измеряется радиус Rn раскрытия каждого измерительного рычага и производится ориентация  расположения измерительных рычагов прибора относительно направления на магнитный север.

   Поскольку известна ориентация измерительных рычагов, а угол между ними равен 360°/n, по показаниям горизонтального профилемера можно построить поперечное сечение скважины с достаточной точностью. Исследования показаля, что возможно ограничиться восемью рычагами, расположенными под углом 45º друг относительно друга. 

3)Кавернометрия  скважин

  Кавернометрия – это частный случай вертикальной профилеметрии, когда измеряют изменения по стволу скважины среднего фактического диаметра, под которым подразумевается диаметр круга, эквивалентного по площади поперечному сечению  скважины неправильной формы. Кавернометрия является самым распространенным методом измерения диаметра скважины. Она широко используется для определения среднего и фактического диаметра скважины, необходимого при интерпретации результатов ГИС, подготовки к спуску обсадной  колонны и приготовлениях к цементированию скважины.

  До последнего времени наиболее широко распространены каверномеры с омическими датчиками. В каверномере, рассчитанном на работу с трехжильном кабелем, датчиком служит  потенциометр R1. В каверномере, рассчитанном на работу с одножильным бронированным кабелем, применяется мост сопротивлений постоянного тока, одним плечом которого служит переменный резистор R1. В обоих типах каверномеров потенциометром или переменным резистором  соответственно управляют измерительные рычаги каверномера.  Их среднее перемещение передаётся на ползунок резистора. В обоих случаях диаметр скважины  определяют по формуле  

                                                        dc  = dH + C*∆U/I                                        (3.3)