Физические основы измерения состава флюида в стволе скважины. Схемы и конструкции влагомеров. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода

Физические основы измерения дебитометрами и расходомерами. Схемы и конструкции датчиков механических и тепловых дебитомеров-расходомеров. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Физические основы измерения характеристик теплового поля в скважине. Схемы и конструкции датчиков температуры, градиента темпетатуры, Ттплового потока. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Физические основы измерения инклинометрами. Схемы и конструкции резистивных, позиционных, магнитомодуляционных, гироскопических датчиков инклинометров. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Физические основы измерения микроэлектрическими акустическими сканерами (телевизорами) состояния стенок скважин. Схемы и конструкции зондов. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Физические основы измерения акустическими каверномерами-профилемерами. Схемы и конструкции зондов. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Физические основы измерения параметров и формы сечения ствола скважины датчиками каверномеров, микрокаверномеров, коркомеров и профилемеров. Схемы и конструкции датчиков. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

В процессе повторяющихся спуско-подъемных операций буровой инструмент прижимается к одной из сторон полости скважины. При этом замковые соединения бурильных труб вырезают выемку (желоб) в стенке скважины, увеличивая диаметр скважины со стороны желоба. Измерение текущего реального диаметра скважины называется кавернометрией. Скважинные приборы, с помощью которых измеряют диаметр скважины, называются каверномерами и профилемерами. Отличием каверномеров является то, что с их помощью измеряют усредненный диаметр скважины по глубине скважины. Профилемеры предназначены для измерения диаметра или радиуса скважины в двух или нескольких плоскостях в зависимости от числа измерительных рычагов. Конструкции скважинных каверномеров подразделяются по типу механических измерительных элементов на циркулярные, ромбические и рессорные.

Измеряемые параметры:

- расстояние между концами противоположных измерительных рычагов (для каверномеров)

- среднее значение диаметра скважины, измеренное двумя парами взаимно перпендикулярных измерительных рычагов

- расстояние от оси прибора до конца измерительного рычага (для профилемеров).

Эталонное средство – комплект эталонных колец или установка УПК-1.

В акустическом профилемере применяют несколько акустических преобразователей, что позволяет измерить сечение скважины в нескольких вертикальных плоскостях. Единственным необходимым условием обеспечения точности измерений с помощью акустических каверномеров-профилемеров является контроль постоянства параметра V_пж по стволу скважины, на величину которого могут оказывать влияние колебания температуры бурового раствора, ее плотности (наличие в ПЖ шлама, растворенного газа), вязкости и другие факторы. Главное преимущество акустических излучателей заклучается в отсутствии необходимости использования механических элементов и преобразователей их радиальных перемещений в вертикальные. Особенно важно это преимущество при геофизических исследованиях горизонтальных скважин.

В практике геофизических исследований в открытом стволе и обсаженных скважинах широкое применение нашло скважинное акустическое телевидение (САТ). Оно предназначено для детального изучения изображения стенок скважин. Так же, как и в случае акустической профилеметрии, обследование стенки скважины проводят с помощью вращающегося или матричного акустического преобразователя, работающего на высоких частотах. Поскольку информативным параметром являются амплитуды отраженных волн, эффективность САТ зависит от соотношения величин акустического импеданса ПЖ и образующей стенку скважины породы. Разрешающая способность изображения, получаемого с помощью акустического телевизора, зависит от длины волны зондирующего сигнала. Поэтому применяемая в САТ рабочая частота составляет 1-2 МГц для ПЖ плотностью 1,2-1,3 г/см3. При использовании утяжеленных промывочных жидкостей рабочую частоту снижают до 400-500 кГц. Изображение стенки скважины, получаемое с помощью САТ, представляет собой развертку в диапазоне 0-360° боковой поверхности цилиндра по его образующей. При этом само изображение, как и при сейсморазведке, может быть представлено в цветном или черно-белом форматах. При черно-белом формате визуализированная стенка скважины представляет собой комбинацию белых, серых и черных тонов. Светлым участкам соответствуют плотные породы, отраженные на них волны характеризуются максимальными амплитудами и минимальными значениями коэффициента поглощения упругих волн. Темные фрагменты соответствуют небольшим значениям поглощения энергии упругих колебаний. Поэтому темные участки на черно-белых изображениях САТ представляют собой визуализированные интервалы глин, горизонтальных, субгоризонтальных и вертикальных трещин, пустотное пространство кавернового типа. При цветном изображении боковой поверхности скважины на зарегистрированной диаграмме приводятся значения интервального времени, что позволяет получить дополнительную информацию о литологической принадлежности отложений.(Стрельченко). Специальные акустические приборы, регистрирующие время прихода и амплитуду волн, отраженных от стенок скважины (или обсадной колонны), позволяют определять диаметр и профиль скважины (акустические каверномер и профилемер), судить о строении стенок (акустические телевизоры).

При исследовании этими приборами на стенку скважины направляют короткий импульс высокочастотной (0,1-10 МГц) упругой волны. Приемник регистрирует отраженную волну. Излучатель и приемник непрерывно вращаются с помощью электродвигателя вокруг вертикальной оси. На оси мотора размещен также азимутный отметчик, вырабатывающий импульс в момент пересечения лучом плоскости магнитного меридиана. Сигналы приемника передаются на поверхность, где в наземной аппаратуре акустических телевизоров этот сигнал используется для модуляции яркости луча электронно-лучевой трубки, так же как в обычных телевизорах. В результате на экране ЭЛТ возникает изображение стенок скважины, где достаточно ясно видны трещины, каверны в породах или обсадной колонне. В настоящее время разработана аппаратура акустического цементомера и телевизора (АРКЦ-Т и САТ – НПФ «Геофизика») регистрирующая изменения отражающей способности системы «колонна - цементный камень» при сканировании колонны ультразвуковыми импульсами. В аппаратуре САТ (а также АРКЦ-Т) ультразвуковые импульсы от вращающегося с постоянной угловой скоростью пьезокерамического преобразователя (рис) через акустический прозрачный экран падают на внутреннюю стенку колонны и после отражения от нее принимаются тем же преобразователем. Отраженные от внутренней стенки колонны акустические импульсы формируют на выходе пьезоэлектрического преобразователя электрического напряжение, которое усиливается, обрабатывается в блоке электроники и подается в наземную панель по геофизическому кабелю. В электронной схеме наземной панели формируется видеосигнал, который подается в отклоняющую систему кинескопа для визуализации отраженной звуковой волны. В наземной панели присутствует система фоторегистрации изображения внутренней поверхности колонны на фотопленку с указанием меток глубины. Для построения изображения используется время прихода отраженной от внутренней стенки колонны звуковой волны (временной канал) и ее максимальная амплитуда (амплитудный канал). Измерение времени и амплитуд отраженных волн позволяет исследовать внутреннюю поверхность обсадной колонны (положение муфт, перфорационных отверстий, дефектов колонны). Аппаратура акустического каротажа на отраженных волнах («акустический телевизор», АК-сканер) позволяет получать растровое отображение стенки скважины или обсадной колонны по интенсивности отраженных высокочастотных упругих импульсов. Измерительный преобразователь АК-сканера представляет собой совмещенный излучатель-приемник упругих колебаний, вращающийся вокруг оси скважинного прибора (Лазуткина).

Метрологическое обеспечение метода -утверждение и применение метрологических норм правил, и методик выполнения измерений (МВИ), а также разработка, изготовление и применение технических средств для обеспечения единства и требуемой точности измерений.

Акустические исследования скважин базируются на измерениях параметров упругих волн, возбуждаемых в скважине источниками акустических колебаний. Аппаратура акустического каротажа (АК) и акустической цементометрии имеет номинальную градуировочную характеристику и подвергается только периодической поверке.

Измеряемыми параметрами для решения указанных задач являются интервальное время, коэффициент затухания продольной преломленной волны.

Отмеченное разнообразие акустических методов ГИС и измеряемых параметров вызывает затруднение с выбором технических средств, которые могли служить в качестве эталонов единиц измеряемых параметров. Во всех существующих нормативных документах метрологические требования к аппаратуре АК регламетнированы только по продольной волне. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что, обеспечив метрологический контроль аппаратуры АК по продольным волнам, характеристики аппаратуры будут стабильны и по всем остальным типам регистрируемых акустических волн.В качестве эталонов целесообразно принять и применять стандартные образцы акустических свойств материалов, воспроизводящие разные значения интервального времени распространения и коэффициента затухания продольных акустических волн и выполненные в виде трубных эталонных акустических волноводов (комплект КЭВ-АК). Акустические волноводы, входящие в комплект КЭВ-АК, выполнены в виде стаканов 4 м и 6м из стали, стеклопластика, асбоцемента и полиэтилена. Волноводы заглушаются с торцов и заполняются звукопроводящей жидкостью (вода, выдержанная не менее 6 ч в открытой емкости, насыщенный раствор тринатрийфосфата или дизельное топливо). Воспроизведение нижнего, среднего и верхнего значений интервального времени диапазона измерений осуществляется с помощью материалов с различными скоростями распространения упругих волн (сталь, дюралюминий, асбоцемент, винипласт)

Сталь 182-185 мкс/м 2,5-3 дБ/м(время затухания на частоте 20 кГц)

Асбоцемент 320-340 2-3

Стеклопластик 350-370 6-6,5

Полиэтилен 500-650 13-15

Пример:

СКАНЕР АКУСТИЧЕСКИЙ СКВАЖИННЫЙ "САС-90"

САС-90

ОАО НПФ «Геофизика»

13 December 2011

Геофизическая аппаратура для исследования скважин

Технические характеристики:

Область применения: Геофизические исследования в обсаженных и не обсаженных скважинах диаметром от 110 до 300 мм, глубиной до 5000 м, с углом наклона до 18°.

Назначение: Исследование скважин методом акустического имиджинга, определение пространственной ориентации и мощности пластов, определение технического состояния колонны.

Основные технические характеристики:
Количество акустических зондов...3
Тип датчика...вращающаяся сканирующая головка
Частота вращения, Гц...8
Количество точек измерения...500
Точность измерения сечения, мм...1,5
Погрешность измерения угла, град...3
Плотность буровой жидкости, г/см3...1,3
Температура макс,...100
Диаметр, мм...90
Длина, мм...3500
Масса, кг...60
Код телеметрии...Манчестер II
Кабель геофизический...трехжильный
Длина кабеля, м...до 5000
Скорость регистрации, м/час...до 120
Напряжение питания...~150В, 400Гц
Давление, МПа...80
Потребляемая мощность, Вт...30
Объем внутренней памяти, Гб...0,5

Краткое описание:
Приборы имеют вращающуюся головку с акустическими датчиками, что позволяет получить акустическое отражение от стенки скважины по всему внутреннему периметру. Измерение временных и амплитудных параметров отраженного сигнала позволяет судить о техническом состоянии обсадной колонны.
При работе в необсаженных скважинах по параметрам отраженных сигналов возможно разделение границ пластов и литологическое расчленение разреза, определение наклона и мощности пластов, а также их пространственная привязка с помощью встроенных феррозондов и датчиков углов наклона.
Наличие внутренней памяти позволяет сохранять всю исходную информацию для последующей более детальной обработки зарегистрированной информации.

Решаемые задачи:
1) в необсаженных скважинах
- литологическое расчленение разреза,
- выявление кавернозных и трещино-кавернозных зон, тонкослоистых пропластков и желобов,
- оценка коэффициента глинистости пластов,
- оценка параметров залегания карбонатных отложений для подсчета запасов месторождений,
- оценка коэффициента пористости в карбонатных отложениях,
- определение элементов залегания пластов,
- определение пространственной ориентации пластов.

2) в обсаженных скважинах
- построение внутреннего сечения колонны,
- определение местоположения и количества перфорационных отверстий в обсадных колоннах,
- обнаружение различного рода дефектов обсадных колонн,
- прогнозирование износа колонн.

Инклинометрия – определение пространственного положения ствола буровой скважины.

Позиционным называется гироскоп, обладающий избирательностью по отношению к некоторому направлению; при отклонении его оси от этого направления возникает "направляющая сила", стремящаяся вернуть ось гироскопа в заданное положение.

Гироскопические - в основе принципа работы прибора лежит аналитическое гирокомпансирование. В его конструкции применен блок высокоточного гироскопического датчика, трансмиттер ускорения. Прибор не нуждается в предварительной наземной подготовке, не подвержен магнитному влиянию. Прибор предназначен для измерения параметров зенитного и азимутального углов, углов установки отклонителя и др.

Погрешности: непараллельная установка прибора относительно оси скважины. Наибольшая погрешность в определении азимута имеет место при малых зенитных углах.

Метрологическое обеспечение: Эталонные СИ повышенной точности: теодолиты и оптические квадранты, аттестованные уровнемеры. Установки: УАК-СМ-360\180, УСИ-2.

Термометры применяют для исследования естественного теплового поля Земли и искусственных тепловых полей.

Погрешности: 1) перегрев чуствительного элемента датчика термометра, 2) перенос тепла между элементами конструкции скважинного термометра, 3) тепловая инерция датчика термометра, 4) изменение чувствительности датчика в следствии с возрастом.

Метрологическое обеспечение: Эталонные средства измерений: установка УАК-СТМ-150\60. Установка воспроизводит температуру от 10 до 150°, давление от 0 до 60 МПа, длина камеры 2300 мм. (см вопрос 28).

Определение профилей приемистости или профилей притока работающих пластов.

Погрешности: несовершенство первичного измерительного преобразователя, высокий и нестабильный порог чувствительности, влияние на результат измерений температуры и вязкости жидкости, несовершенство пакреа расходомера.

Метрологическое обеспечение: Эталоны – расходомерные установки, воспроизводящие расход жидкости в диапазоне 0,1-100 кубометров в час. Установки: УАК-СР-60, состоящая из трех пар труб разного диаметра, соединенных в цепь. Трубы подключены к насосу и к эталонному расходомеру.

Измерения влагомерами основаны на зависимости измерения емкости конденсатора от диэлектрической проницаемости среды между его обкладками. Относительная д.п. жидкости меняется от 2(нефть) до 80(вода). Измеряемый параметр влагомеров – влагосодержание нефти.

Схемы: LC-генератор, в колебательный контур которого включен измерительный конденсатор проточного типа. Частота выходного сигнала зависит от содержания воды и нефти.

Погрешности: Влияние температуры, влияние измерения напряжения питания, отличие структуры и дисперсности водонефтяной смеси в скважинах от структуры эмульсии при градуировке прибора.

Метрологическое обеспечение: Н.У. градуировки: безводная нефть (солярка), вода питьевая по ГОСТ, температура окружающего воздуха (20°С), напряжение питания 220 В. Градуируют установкой УАК-СВ-60. Установка воспроизводит влагосодержание нефти в диапазоне от 0 до 60% с пределами относительной погрешности 0,5%.

28. Физические основы измерения давления в стволе скважины. Схемы и конструкции датчиков манометров: геликсных, мембранных, пьезоэлектрических, сильфонных. Причины погрешностей измерений. Метрологическое обеспечение метода.

Скважинные манометры 2х видов: измерительные системы, состоящие из скважинной и наземной частей, соединенных геофизическим кабелем для измерения гидростатического давления в стволе скважины и автономные для определения пластового давления.

Для контроля давления бурового раствора на выкиде насоса используют механические и электрические манометры. Наиболее широкое применение нашел манометр буровой геликсный МБГ-1, принцип действия которого основан на преобразовании измеряемого давления в угол поворота бесконтактного сельсина-датчика с последующей дистанционной передачей показаний.

Пьезоэлектрический манометр:

Сильфонный манометр: 1 – прокладка,2 – основание,3 – полость,4 – измерительный блок,5 – электронное устройство,6 – гермовывод,7 – мембранный тензопреобразователь,8 – полость тензопреобразователя,9 – фланец,10 – мембрана,11 – камера.

Погрешности: Для всех манометров нормирована индивидуальная функция преобразования в виде зависимости выходного сигнала (частоты, длительности импульсов) от давления. Для манометров нормированы пределы допускаемой основной относительной погрешности, при этом случайная составляющая основной погрешности и вариация несущественны.

Метрологическое обеспечение: Установка УАК-СТМ-150\60. Состоит из термокамеры, циркуляционного насоса, блока воспроизведения гидростатического давления, блока управления, датчика давления и т.д. Воспроизводят на установке температуру 20, 40, 60, 80, 100, 120° не более 2° в минуту, затем последовательно 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60 МПа при каждом значении температуры, а затем в обратном порядке.

Дата добавления: 2015-04-30