Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B47/00 E21B47/12 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения свойств горных пород в процессе бурения скважин.. Известен способ обнаружения момента смены пласта по буримости, по которому информативным признаком разбуриваемых пластов является козффициент буримости С, характеризующий целый комплекс физико-механических свойств разбуриваемых пород и системы инструмент - порода. Об изменении коэффициента буримости С судят по механической скорости бурения. Однако этот способ из-за необходимой идентификации, параметрического вектора с не .позволяет точно обнаружить момент смены пласта и свойства горных пород в процессе бурения скважин.

Известен также способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин, заключающийся в том, что одновременно с регистрацией частотных составляющих упругих колебаний измеряют амплитуду частотных составляющих электрического поля, . возникающего в процессе взаимодейст,вия породоразрушающего инструмента с горной породой, определяют отношения амплитуд упругих и электрических сигналов одинаковых частот .и о свойствах горных пород судят по величинам указанного отношения 2.

Однако известный способ не позволяет определить указанное отношение с необходимой точностью.

В процессе бурения скважин протекающие на поверхностях раздела

10 скважина - породы и между пластами различной литологии физико-химические процессы создают естественные стационарные электрические поля. На поверхностях раздела образуются

15 двойные электрические слои, различные .потенциалы которых создают определенные величины напряженности электрического поля между горными породами и скважиной. Потенциалы

20 собственной поляризации пород создаются в результате диффузии солей из пластовых вод в промывочную жидкость и наоборот, а также адсорбции ионов на поверхности минеральных час25тиц горной породы; фильтрации вод их промывочной жидкости в породы и пластовых вод в скважину, окислительно-восстановительных реакций, происходящих в породах и на контак30те их с промывочной жидкостью и металлами. Поэтому на электрический сигнал, как один из составляющих отношение, по которому судят о свойствах горных пород, существенно вли яют потенциалы собственной поляризации пород, что значительно затрудняет получение правильной информации об отдельных свойствах породы.

Кроме того, применяемые в приемниках упругихколебаний кварцевые пластины, преобразовывающие упругие вибрации в электрические сигналы, имеют малую механическую прочность и слабую устойчивость к температурным колебаниям, что делает их применение и получение точных сведений об упругих колебаниях в процессе бурения весьма затруднительными.

Цель изобретения - повышение точности литологического расчленения рареза скважин в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем что в процессе бурения измеряют амплитуды частотных колебаний, составляющих электрическое поле на границе порода - промывочная жидкость-- инструмент, и амплитуды частотных колебаний электрического поля, вызванные локальными вихревыми токами, образующимися в процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой на границе порода - разбуренная порода - инструмен и о свойствах горных пород cyдяt по величинам отношения измеренных амплитуд.

На фиг. 1 показано устройство для реализации предлагаемого способа j на фиг. 2 - модель пласта, состоящая из образцов горных пород.

Установлено, что в результате больших скоростей и давлений в зоне трущихся поверхностей возникает температура в несколько сот градусов, а нагревание двух касающихся разнородных материалов вызывает появление термо-ЭДС. В процессе бурения по цепи инструмент - породаразбуренная порода возникает ток, создаваемый термо-ЭДС. Параметры этого тока (амплитуда и частота)завсят от скорости вращения бурового инструмента, от состава породоразрушающих-минералов, входящих в разбуриваемую породу, и от электрических свойств этой породы (диэлектрической проницаемости, поляризуемости и т.д.). На параметры тока не потенциалы собственной полярзации горных пород, возникающие . уже после взаимодействия промывочной жидкости с этими породами, поэтму, электрические сигналы, получающися на границе порода - разбуренная порода - инструмент и снимаемые катушкой индуктивности, более достовены и независимыг. от многих физико-химических процессов, протекающих

на поверхностях раздела скважина породы и между пластинами различной литологии.

Взаимная корреляция электрических сигналов, возникающих на границе порода - разбуренная порода - инструмент и на границе порода - промывочная жидкость - инструмент, позволяет получить более точные сведения о разбуриваемой породе.

Электрические сигналы, возникающие в процессе бурения на контакте между буровой коронкой 1 породой 2 и разбуренной породой 3, снимаются катушкой 4 индуктивности.

Буровая коронка 1 электрически отделена изолятором 5 от бурового наконечника 6, который электрически отделенизолятором 7 от колонны 8 буровых труб. Электрические сигналы, возникающие в процессе бурения на контакте между колонной 8 буровых труб, породой 2 и промывочной жидкостью 9, снимаются с бурового наконечника 6. Снимаемые электрические сигналы усиливгиотся в предварительных усилителях 10 и передаются с помощью одного из известных каналов связи ( проводного,радиоканала и т.д. на дневную поверхность.

Способ осуществляют следующим образом.

Указанным устройством пробуривают модель пласта, состоящую из образцов горных пород, равных по толщине и расположенных в следующем порядке, глинистый сланец (J , известняк (И), песчаник(П1), антрацит (IVJ , мергель (V, кварцевый песок (Vl/, глинистый песок Vll), каолин IVIII), кварцевый песок IW, мергель(ч), глинистый сланец Ы), (фиг. 2),

В процессе эксперимента проводят взаимную корреляцию электрических сигналов, снимаемых с бурового наконечника и катушки индуктивности. По полученным данным строят график зависимости амплитуд электрических сигналов, возникающих на контакте инструмент - промывочная жидкостьпорода, и амплитуд электрических сигналов, возникающих на контакте буровая коронка - порода - разбуренная порода, который позволяет качеств.еннс Проводить литологическое расчленение.

Экономический эффект от применения предлагаемого способа заключается в получении более достоверных и качественных сведений о литологическом разрезе, что позволяет прогнозировать аварийные ситуации при бурении скважин.

Формула изобретения

Способ определения свойств горных 65 пород в процессе бурения скважин, .

основанный на измерении амплитуды частотных составляющих- электрического поля, возникающего в процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной порюдой; о тличающийся тем, что, с целью повышения точности литологического расчленения разреза скважин в процессе бурения, амплитуды частотных колебаний электрического поля измеряют на границе порода - промивочная жидкость - буровая колонна

и на границе порода - разбуренная порода - буровое долото, и о свойствах горных пород судят по величине соот-ношения измеренных амплитуд.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР I 608915, кл. Е 21 В 47/00, 1979.