Способ и устройство для определения кавернозности буровых скважин Советский патент 1940 года по МПК E21B47/08 G01V3/22 

Бурение скважины и благополучное завершение бурения зависит не только от конструкции оква;жины, но и от ее состояния. Знание состояния скважины может дать возможность заблаговременно предотвратить аварии и сохранить ее в- строе бурящихся точек. Одним из явлений, с приходится часто вспреча ться при бурении, 6biiBaeT обвал порО)д. Борьба с обвалами ведется путем проходки скважины с применением глинистого раствора, который, глинизИруя стенки сюважины, предохраняет их от обвалов и образования пробок. Однако, применение глинистого раство;ра не является окончательным решением вопроса борьбы с возможиыми авариями, вызываемыми обвалами пород. Наличие пород слабой крепости, пород, поддаюш,ихся выш,елачиванию буровым раствором в процессе бурения, длительность бурения и ряд других факторов часто приводят к образованию глубоких каверн. Знание кавернозности скважины дает возможность предупредить путем цемелтирования частИ ствола скважины с группой каверн такие аварии, как обвалы и прихват бурового инструмента отваливающимися породами. Помимо этого, знание кавернозиости скважины

перед спуском промежуточной или окончательной колонны дает возможность построить разрез скважины и определить объем и вес цементируюш,его материала. Последнее особеняо важно для нефтяных районов, так как недоучет кавернозности может привестИ к недостаточному перекрытию пластов, вследствие чего не будут перекрыты друг от друга водоносные « нефтеносные пласты, что может привести к обводнению последних. Не останавливаясь подробно на друтих последствиях недоучета кавернозности скважины, следует указать, что & 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, nyTiSM применения обратного зонда при, разли-ь ных размерах установки, начиная от микрокароттажа (рез-исцивилгетр) до сравнительно больших размеров.

Выявление каверн методом бокового кароттажиого зондирования (в дальнейшем сокращенно обозначаемого Б.К.З.) сопряжено со следующими неудобствами:

1.Задача не может быть решена для той части скважйны, где на-ходя тся пласты с сопротивлением, близким к сопроти1вленяю бурового раствора, ибо теареткчески доказано, что пр01тив таких пластов метод да-ет значения дяаметра скважины, близкие к бесконечности.

2.При йаличии дробной диференциациИ параметра и м.ащиости пластов приме:нение Б.К.З. для выявления KaiBepH нерационально, так как допускаемая ошибка В определении глубины по каротт-ажному кабелю может сместить диаграммы. Последнее П1риведет к получению искажеииой ф|0рмы KipwBbiX Б.-К.З.О, интерпретадия которых будет весьма затруднительна и даст лишь грубо ориентировочные результаты.

3.Паличие искривления скважины приведет к тому, что кароттажиый: кабель «е будет центприрован по оси скважииы, вследствие чего результаты будут заведомО ошибочны, давая скорее преуменьшенные данные, чем действительные.

4.Считая 8 среднем да спуск и подъем 1000 метров кароттажного кабеля с производством замеров 6 часов и 2 часа на перемонтировку зоида, наблюдения на скважине займут примерно 2,5 Оуток (время на замер взято с учетом необходимости медленного подъема с целью езаимиой увязки диаграммы и получения истинных значений pk для данного зоада). Помимо этого интерпретационные работы, состоящие из вычерчивания кривых Б.К.З.О, займут на 1000 MfeTpoe, при нормев 50 точек iBi смену, 20 рабочих дней (из расчета построения точек Б.К.З.О через один метр), интерпретация кривых - порядка 10 ра-бочих дней, вычерчивание разреза скважины - 1-2 дня. Таким образом, работа очень трудоемка, и решение задачи может быть получено через довольно продолжительный промежуток времени.

Предлагаемый определения каеернозности буровых скважин свободен от указанных недостатков. Экономия во времени работы на скважине составит Примерно 80% времени, необходимого на Б.К.З. Интерпретация материалов может быть выполнена за

один рабочий день, причем ответ о наличии каверн может быть дан немедленно на месте работ по окончании замера с точньШ указанием глубины. Сущность предлагаемого способа заключается в ТОМ , что снимают каротта жную диаграмму два раза: один раз при спуске кароттажной установки к забою скважины при постоянных силе питаюш,его тока и раЗносе измерительных электродов ЛГ и Л и второй раз - при подъеме установки обратно к устью при той же силе тока, но меняющемся в зависимости от диаме тра 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, согласноизобретению, расположен на подвижной нижней муфте фонаря, соединенной с закрепленной на кабеле верхней муфтой пирнирными дужками, упирающимися Б стенки скважины под действием стягиваюш ей муфты винтовой пружины. Сушность изобретения заключается также в конструкции приопособления для освобождения нижней муфты фонаря, удерживаемой при спуске шнуром на максимальном расстоянии от верхней муфты.

Предлагаемый способ базируется на следующих теоретических предпосылках.

Кароттажный зонд состоит из трех электродов А, Ми N, выходящих на поверхнюсть кароттажного кабеля. Электрод А является питающим электродом. Ми Л - измерительные электроды.

При работе с регистратором для замера параметра р, силу тока / подбирают в зависимости от применяемой на потенциометре чувот вительности S, масштаба сопротивлений /га (в 2 мм-;см) и коэфициента К установки по следующей формуле:

12,5X/fX5

/

Величины /га и 5 определяются требованиями о масщтабе кароттажной диаграммы; таким образом величина

Величину рк определяют по формуле: При данном размере установки, IB небольшой промежуток времени произБодства работ величина рк для каж/С 0,4 -пл (и -1) е

где я , а е M.N,

И является для данного размера уста- ОтносительНОе изменение о на диановки величиной постояаной.i грамме сопротивлений будет иметь

Если положить в формуле (1) /, ; следующую зависимость;

то Ok Д V.,

Формула для Д1/ может быть представлена в следуюш,ем виде:

PL к

Д1/

или

Д1//С р/,

где р - удельное сопротивление, а / - сила тока. Произведение р/ считать величиной постоянной. Последнее имеет место при правильно выбранном размере и типе устаиовки, когда величина разноса электродов лежит на правой ассимптоте кривой Б.К.З.

Пусть в период замера при определенных размерах установки, расстояние MN несколько Изменилось. Последнее вызовет изменение коэфициента /С установки. Для того, чтобы величина рк равнялась ДУ, необходимо также изменить силу тока, чтобы К было равно /; тогда график р останется без изменений. Если же силу тока оставить без изменений, формула для определения pk примет следующий вид:

/CiAl/ pki - -j- ,

где К,К и р,-.

Если 1 К, то рщ РА V и pk Д V.

,,bV

(1) pk A:--p

(2)

При применении обратного зонда, при большом ЛЛ и малом МЛ изменение величины Ж/V в небольших пределах мало отразится на глубине проникновения тока и, учитывая, что разнос ЛЛТ выбран на правой ассимптоте кривой Б.К.З., отношение будет равно 1 и, с.гедовательноЗД Л т. е. изменение коэфициента К установки отразится на изменении величины

При pk/ const ( или

ду

(3)

откуда следует, что изменение V обратно пропорционально изменению коэфициента установки. Это обстоятельство и использовано в предлагаемо.м, способе. При спуске кароттажной установки в скважине к забою производят замер 4V при постоянной силе питаюшего тока и определенном разносе электродов. При подъеме от забоя скважины к устью производят вторичный замер при той же силе тока, но при различных размерах установки (зонда), определяемых диаметром скважины.

Устройство. позволяющее осуществить этот способ, схематически изображено на прилагаемом чертеже. 1 дои точки разреза скважины является величиной постоянной. Коэфициект К установки опредеI дается формулой:

На каротта-жиоМ кабеле 1 укреплена муфта 2, к которой прикреплены шарнирные дужки 3 фонаря. На ниж1ней падвижяой муфте 4 находится электрод 5, который вместе о неподвижным электродом 6 о бразует пару измерительных электродов MN. Муфты фонаря соединены пружиной 7, стремящейся их сблизить. На кабеле; ниже электрода б расположен один из питаюищх элек1ТроД|ОВ 8; второй питающий электрод эавемляют на дневной поверхности. Кабель заканчивается cBHHUOBbjM грузом 9. Перед спуском установки в CKBaxiHHy нижнюю муфту 4 оттягивают еииз при помощи шнура 10 и закрепляют в таком положении: Для обрыва шнура и, следователыю-, освобождения муфты 4 служит приспособление 11, представляющее собой заостренный стержень, упирающийся в стенку скважины в начале подъема установки и обрывающий прнвя1за;нный к другому его концу шиур. Может быть также примеиепо другое приспособление В виде ножа, при- ударе о забой разрезающего шнур.

Нижняя подвижная муфта имеет диаметр, несколько больший, тем диам:етр кабеля. Обе м-уфты св-яэаны др}т с другом винтовой пружиной, надетой на кабель и стремящейся сблизить обе муфты, но так как верхняя укреплена иа кабеле неподвижно, пружина стремится подтянуть к яей нижнюю муфту. Под действием лружины, подтягивающей нижнюю муфту вверх, дужки фонаря могут расходиться в стороны до касания со стенка ии-. Наличие каверн связайо с изменением диаметра скважины и, следовательно , AaeiT возможность уменьшить раостоя)г«е между верхней и нижней муфтой зй счет ув-елячевия расстояния между центрами протиаоположных дужек фонаря.

Электродь А п Л неподвижно укреплены на кабеле под фонарем. Элекград N укреплен ка нижней подйиж|(ой муфте. Носледняя похрывается американской лентой, ч:тобы изолирозать электрод N от массы фонаря. ТаКИМ образом-, расстояние MN есть функция диаметра скважины и, следовательно, коэфи циент К устаио)вки также является функцией диаметра

скважины. Соединение электрода /V с жилой кабеля производится через соединительный шланговый шиур, который от электрода N идет через трубку дужки фонаря и соединяетгся с жилой кабеля несколько выше верхней неподвижной муфты. Дополнительной деталью каверномера является фланец, надеваемый поверх пружины в ее средней части, и предохраняющий дужки фонаря от внутреннего прогиба.

При спуске нроизводят контрольное измерение при неподвижно укрепленной Натянутой вниз нодвижной муфте. У забоя перед подъемом шнур обрывается, нижняя муфта освобождается и поя действием винтовой пружины поднимается вверх до касания цевтрал «ой части дужек фонаря со стенкой скважины. КоэфИЦиент К установки изменяется в зависимости от диаметра скважины и, следовательно, изменяется величина разности потенциалов между электродами М и N.

Сравнение диаграмм ДУ при подъеме и спуске дает возможность устаноА т

где ДК, - развить отношение -11/ность потенциалов между электродами /ИЛ при подъеме, когда нижняя муфта освобождена, и А1/ - разность погенциалов между этими же электродами при спуске и постоянном MN.

Наличие расхождений между Д l/i и И/дает возможность сразу же по окончании замера на скважине указать глубины встречных каверн. Величина каверн быть рассчитана по приведенной ниже формуле.

Коэфшдие 1т К установки равен:

,4ад(/г- 1)е

где

п. -Л е ЖЧ ЖЛ

причем AM - величина постоянная, MN - величина переменная и, следовательно, величина Л.У - также переменная.

Обозначив длину фонаря (дужек фонаря) через 21, расстояние от верхней не1тодвиж«ой муфты до нижней по ча Пи отк

1 AN К,

ЛШо

К AV-i и, следовательно,

КЧ1Т1

.MNo /1Л + 2/-2

+ 2/-.(4Т

/2(

Г-M o+2/-2-)//2-(|)J ВИжной чарез Iq и через Л/о на- максимальном удалении муфт, можно ь}гое положение электр ода .V при i написать: 4-4(1 -q}; Л N А/И -f МЛ-;, + 2 (/-(/). Коэфициент К установки при наибольшем удалении муфт / - О 4тс i AN - MN ,,., „ . .д, М - MN MN ) 0 MN После обрыва шнура коэфициент установки будет иной: AM + MN,+ 2 (I - q)AM.MN, + 2(1- .-l (I - дЛГ д, у , or/ -мЩ+Щ : 1;)M7vF2ir -)|LM.Vo-h2()J . Г AM-}-MNQ-V2() ГЛМ-ЛШо+2Л/М(/-g) I - (l-q) J4 AWo-2(/-9) 1 04 ,A-AM-MN - IAM-MN d-q) + lAM (l-q)-lAM-MN jl-g) (l-q AWo+2(/-)P HO ЛМ-|-ЛГ Уо-A/VO. отсюда /X П 4 A/o лЛ. .VWp + ЧАМ MNp (I - i/) + 2AM {I - q) AiNp + 2(1- q} A , - Jл.. - -j + 2(1- 7)2 p. Д Л/Уо.ЛМ + 2ЛМ(г-9) +2 (/-) П 4т + 2(/-q) Зависимость между /, и rf, где d - диаметр скважины, по теореме агора уда (4У 2(/-9) 2(/-/73 Окончательно к, 0,4Отношение коэфициентов установки при спуске и подъеме MNo + 2() .,. 7 ,4Ло + 2((-|Л A..(.-/P(|Y;

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

завйоимость отношения

от устройметра скважины для данного ства.

Выбор длины устройства 21 зависит чэт величины каверн, которые желательно- выявить и оценить. При необходимости оценки больших каверн длина каверномера долж1на быть большей. Считая, что Бинтовая пружина может стянуть муфты каверномера до % их первоначального 1ра1сстояния, предел измеренных каверн почти длине фонаря (0,97).

Помимо трехэлектродной установки М|Ожет возникнуть мысль применения двухэлектродного зонда, однако последнее мало рационально, так как размер зонда не может быть выбран на правой асоимптоте кривых Б.К.З. и, следовательно, искажающее влияние непостоянного лараметра р может сильно сказаться. В случае применения двухэлектродной установки « большом значении начального AN, ,(с целью устранения искажающего влияния непоотОЯнства параметра р), св язанное с изменением диаметра скважины d

il/l

изменение отношения -. - очень невелико и колеблется в пределах единиц процентов.

Измерение описываемым устройством значений А К цроиэводится обычным для трехэлектродного кароттажа методом с применением регистратора и пульсера. Спуск и подъем iBO время измерений не долЖНы превышать 300 метров 8 час. Диаграммы Д1/ и Д1/ чертятся на одиом и том же листе в периоды спуска и подъема зонда.

Предмет изобретения.

1. Способ определения каверноз ности буровых скважин, отличающийся тем, что снимают кароттажную диаграмму два раза, один, раз при спуске кароттажеой установки к забою скважины при постоянных силе питающею тока и равносе 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.

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

3.Форма выполнения устройства по п. 2, о т л и ч а1 ю щ а я с я тем, что, с целью освобождения подвижной нижней муфты с электродом перед подъемом установки, применено приспособление, при ударе о за€1ой разрезающее шнур, удерживающий подвижную муфту на максимальном расстоянии 01 неподвижной.

4.Форма выполнения устройства по п. 2, отличающаяся тем, что приспособление для освобождения подвижной муфты выполнено в виде

СТерЖ:НЯ, привязанного одним КОНЦОМ

к снаряду таким образом, чтобы стержень при обратном движении установки упирался С вободным концом, в стенку скважины и обрывал щ;нур, удерживающий подвижную муфту.