1.4.5. Фотокаротаж

Фотокаротаж используют для определения формы и размера поглощающих каналов приствольной части скважины. Фотографирование выполняется с помощью приборов ФАС-1 и ФСГ. Съемку стенок скважины производят дискретно. В зависимости от требуемой детальности исследования ее осуществляют с различным шагом (обычно 0,1-0,5 м).

Фотографируют в сухих или заполненных чистой прозрачной водой скважинах, поэтому перед фотографированием скважину тщательно промывают до полного осветления. При этом можно сфотографировать трещины высотой от 15 мкм и более.

При детальном фотографировании всей поглощающей зоны можно определить трещинную пустотность поглощающей зоны. Однако, как правило, раскрытие трещин и трещинная пустотность получаются завышенными, так как фиксируются устьевые, расширенные части трещин.

Фотокаротаж при усовершенствовании найдет применение при оценке трещинноватости в случае бурения крепких устойчивых пород. Уже сейчас можно уверенно определять пространственное положение трещин. Однако проблема фотографирования при бурении с промывкой раствором далека от решения

1.4.6. Скважинные термометры, инклинометры и определители

прихвата труб

Температура в стволе скважины влияет на величину измеряемых геофизических параметров, определяет во многих случаях состояние бурового раствора и выбор типа приборов, кабеля, уплотняющих резинотехнических изделий.

Термометрия используется для определения зоны поглощения и отчасти для определения характера притока жидкости по мощности пласта. Для термометрии можно использовать любой записывающий термометр. Этот метод наиболее эффективен, когда имеются значительный температурный градиент и большая интенсивность поглощения.

При закачке промывочной жидкости в скважину, в которой возникло поглощение, в интервале над поглощающей зоной произойдет понижение или повышение температуры промывочной жидкости (в зависимости от геотермического градиента). Ниже поглощающей зоны температура жидкости не изменится.

Скачок температуры промывочной жидкости при замерах в большинстве случаев свидетельствует о наличии поглощающей зоны, а необходимость существенной границы температур горных пород горных пород и промывочной жидкости (5-8 ⁰С) существенно ограничивает возможности термометрии в разведочном бурении.

Глубинные термометры.

Известно, что с увеличением глубин скважин и горных выработок температуры в их стволах повышаются. Расстояние по вертикали в земной коре, при котором температура повышается на 1⁰ С, носит название геотермической ступени. Величина геотермической ступени зависит от геологических, гидрогеологических и других условий и колеблется от 5 до 150 м. Среднюю величину геотермической ступени принимают 33 м.

Температура на забое самых глубоких скважин около 250 ⁰С (523 К). Высокие температуры в скважинах оказывают влияние на стойкость породоразрушающего инструмента, работоспособность и верность показаний различных приборов, опускаемых в скважины для исследований. Но самое большое влияние высокая температура оказывает на стабильность промывочных растворов, а также на сроки начала и конца схватывания тампонажных растворов и быстрогустеющих смесей. Производя термометрические исследования разведочных и эксплуатационных скважин, можно решать многие практические задачи, возникающие при их бурении и эксплуатации.

Для контроля температуры по стволу скважины и на забое применяют глубинные термометры. По конструкции они могут быть жидкостные (ртутные), манометрические и электрические термометры сопротивления.

Разовые замеры температуры жидкости в скважине производят ленивыми и максимальными жидкостными термометрами.

Ленивый термометр представляет собой ртутный термометр, заключенный в металлическую оправу. Нижняя часть оправы имеет форму баллона и в скважине заполняется водой. В заданном интервале прибор выдерживают 10-15 мин. При извлечении прибора из скважины вода, находящаяся в баллоне, некоторое время сохраняет показания прибора без изменения. Для повышения инертности прибора в баллон может закладываться термоизоляционный материал (пробковые опилки, войлок, вата).

Максимальные термометры также ртутные, но в отличие от ленивых могут измерять только максимальную температуру. Особенность конструкции максимального термометра состоит в том, что ртуть поднимается из баллона через очень маленькое кольцевое пространство между тонким капилляром и вставленной в него иглой. С повышение температуры увеличивается объем ртути, и она проталкивается через кольцевое пространство. При понижении температуры сил веса ртути недостаточно для самостоятельного ее возвращения в баллон. Поэтому до встряхивания термометра его показания не уменьшаются. Для защиты термометра от повреждений его помещают в металлическую гильзу. В верхней и нижней части гильзы имеются проушины, позволяющие соединить 2-3 прибора (для получения средних значений) и одновременно опустить их в скважину на тросике.

Рис.1.14. Схема глубинного термометра сопротивления: Rt – чувствительный элемент; RH – магазин сопротивлений; RI - переменное сопротивление; RП - измерительный прибор.

Перед спуском прибора в скважину производят его охлаждение до температуры, несколько ниже предполагаемой на глубине замера. Максимальные термометры обычно применяют при замерах температуры в глубоких скважинах. При этом их часто опускают в одном корпусе с глубинными манометрами.

В практике гидрогеологических исследований наиболее часто применяются ртутные термометры марок: ТП, ТМ, ТЛ, ТР.

При глубоком роторном бурении нашел широкое применение глубинный термометр ТГИ-1 с многовитковой трубчатой пружиной.. По конструкции он сходен с глубинным манометром МГИ-1. Существенное отличие состоит лишь в том, что у глубинного термометра ТГИ-1К многовитковой трубчатой пружине подключен термобаллон с рабочей жидкостью (толуолом), объем и давление которой изменяются пропорционально изменяющейся температуре.

Большим распространением пользуются электрические термометры сопротивления, опускаемые в скважину на одножильном или трехжильном кабеле. Датчики этих приборов имеют малые размеры, что позволяет производить замеры по всему стволу скважины.. Вторичные приборы могут быть не только показывающими, но и регистрирующими и находятся на поверхности в каротажной станции.

Принципиальная схема глубинного термометра сопротивления, опускаемого в скважину на одножильном кабеле, показана на рис. 1.14. Электрическая схема прибора основана на принципе неравновесного моста сопротивления. Три плеча моста смонтированы на панели каротажной станции, частью четвертого плеча (R_t) является обмотка чувствительного элемента, находящегося внутри электротермометра, опускаемого в скважину на кабеле. Для быстрого восприятия температуры окружающей среды чувствительный элемент представлен тонко стенной металлической трубкой небольшого диаметра, в которой размещено сопротивление из медной проволоки, имеющей высокий температурный коэффициент. Сопротивление проводника чувствительного элемента R_t с изменением температуры определяется следующим равенством:

, (1.1)

где R_t – сопротивление при измеряемой температуре; R₀ – сопротивление при начальной температуре; t – измеренная температура, ⁰С; α – температурный коэффициент электрического сопротивления; для мели α=0,0004; t₀ – начальная температура, ⁰С.

Замер температуры обычно производят при спуске электротермометра, чтобы избежать искажений, могущих возникнуть в результате последующего перемешивания раствора. Скорость спуска прибора должна быть согласована со скоростью восприятия термометром температуры окружающей среды.

Термометр скважинный Т7. Предназначен для термометрии скважин глубиной до 12 км с максимальной температурой до 250 ⁰С и наибольшим гидростатическим давлением 150 МПа. Термометр с блоком термометрии Б5 рассчитан на работу в составе серийно выпускаемых каротажных станций. Измерения термометром производятся с применением одножильного бронированного каротажного кабеля, обеспечивающего работу в условиях глубоких и сверхглубоких скважин.

В термометре применена телеизмерительная система с частотной модуляцией.

Основные показатели прибора Т7:

Число выходных параметров (с блоком Б5М).....................................................................................	3
Погрешность измерения температуры δt в диапазоне 0-200, 0С.......................................................	1
Показатель тепловой инерции, с............................................................................................................	≤ 2
Предельная разрешающая способность телеизмерительной системы, 0С........................................	0,05
Время работы в условиях предельной температуры, ч.......................................................................	4
Питание стабилизированным напряжением, В....................................................................................	12 ± 0,1
Потребляемый ток, мА...........................................................................................................................	≤ 10
Габариты, мм: длина............................................................................................................................................. диаметр по охранному кожуху..................................................................................................	750 60
Масса, кг...................................................................................................................................................	10

В процессе бурения скважин возникает необходимость контролировать сохранение заданного направления ствола скважины в пространстве. Данные искривления, удлинения ствола за счет этого, местоположение пересечение пласта в плане структуры также необходимы при интерпретации данных геофизических исследований и разработке залежи. Технология испытания пластов вертикальных и наклонно-направленных (искривленных) скважин различна. Для измерения кривизны ствола скважины используются инклинометры.

Инклинометр непрерывный цифровой ИН1-721. Предназначен для непрерывного автоматического измерения азимута и зенитного угла скважины в функции ее глубины с регистрацией результатов измерения в цифровом виде. Может применяться при исследовании бурящихся необсаженных скважин на нефть и газ глубиной до 5000 м для измерения азимута и зенитного угла; обсаженных скважин с диаметром обсадных колонн 125 мм и более только для измерения зенитного угла скважины. В сравнении с существующими аналогами обладает следующими преимуществами: более точен; обеспечивает цифровую регистрацию; работает в непрерывном режиме, что позволяет повысить производительность труда и уменьшить простои скважин; имеется цифропечатающее устройство.

Основные показатели прибора:

Диапазон измерения азимута скважины, градус.........................................................................	0-360
Диапазон измерения зенитного угла скважины, градус.............................................................	3-100
Предел допускаемой основной погрешности при измерении азимута в диапазоне зенитных углов 3-1000, градус................................................................................................................	± 2
Предел допускаемой основной погрешности при измерении зенитного угла, мин................	± 24
Скорость непрерывного измерения, м/ч......................................................................................	1000
Диапазон рабочих температур для скважинного прибора, 0С....................................................	10-120
Максимальное рабочее гидростатическое давление для скважинного прибора, МПа...........	60
Диапазон рабочих температур для наземного прибора, 0С........................................................	10-45
Габаритные размеры скважинного прибора, мм: диаметр............................................................................................................................ длина................................................................................................................................	≤ 73 ≤ 3100
Габаритные размеру удлиненного удлинителя, мм диаметр........................................................................................................................... длина...............................................................................................................................	73 1000
Габаритные размеры наземного прибора, мм..............................................................................	≤ 570×390×690

Инклинометр эксплуатируется в составе каротажной станции или подъемника с применением как одножильного, так и трехжильного бронированного каротажного кабеля с длиной до 5000 м.

Комплексный прибор НИД-1. Предназначен для определения элементов залегания пластов, кривизны и диаметра скважины. Область применения – необсаженные скважины, глубиной до 5000 м и номинальным диаметром 130-1400 мм, заполненные проводящей промывочной жидкостью с удельным сопротивлением 0,1-50 Ом • м.

Основные показатели прибора НИД-1:

Число измерительных каналов..........................................................................................................	8
Число параметров измерения............................................................................................................	7
Диапазоны измерения: азимута ориентации скважинного прибора, градус.......................................................... составляющих зенитного угла, градус диаметра скважине, мм	0-360 0-50 130-400
Предельные ошибки вычисления элементов залегания при наклоне пласта к поверхности горизонта более 100 при диаметре скважины более 200 мм, градус: по азимуту простирания....................................................................................................... по углу падения.....................................................................................................................	≤ 10 ≤ 2
Скорость измерения, м/ч....................................................................................................................	≤ 1000
Рабочая температура, 0С: для скважинного прибора................................................................................................... для измерительной панели при относительной влажности 90%....................................	от – 20 до + 150 10-50
Максимальное рабочее давление для скважинного прибора, МПа...............................................	100
Габаритные размеры скважинного прибора в сборе, мм: диаметр................................................................................................................................ длина....................................................................................................................................	100 4500
Масса скважинного прибора, кг........................................................................................................	100

Рис. 1.15. Схема устройства прихватоопределителя ПО:

1 – электроввод; 2 – верхний наконечник; 3 – корпус; 4 – обмотка; 5 – сердечник катушки; 6 – нижний наконечник.

Табл. 1.3.

Техническая характеристика электрических термометров.

Прибор	Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг	Темпе- ратура, 0С	Давление, МПа	Постоян-ая времени, с	Погреш-ность измерений, %	Используемый кабель
ТЭГ-2	73	1960	30	120	100	2	1	Одножильный
ТЭГ-36	36	2010	8	150	100	2	1	«
ТЭГ-60	60	2045	19	200	120	2	1	«
ТЭГ-60А	60	2045	19	250	120	2	1	«
ЭТО-2	73	2330	30	160	60	2	-	«
ЭТМИ-58	60	870	7	120	60	1,5	1	Трехжильный
ЭТС-2У	42	400	3,5	120	40	1	1	«
ЭАТО	48	1750	20	120	60	1	-	Одножильный
ЭСО-2	63	952	8	120	50	3	2	«

Табл. 1.4.

Техническая характеристика инклинометров.

Прибор	Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг	Темпе- ратура, 0С	Давление, МПа	Кабель	Предел измерения угла, градус	Погрешность измерения
								угла, мин	азимута, градус
ИШ-2	60	1516	28	100	50	Трехжильный	0-50	±15	±5
ИШ-4	60	1516	28	100	50	Одножильный	0-50	±15	±5
ЗИ-1М	75	2580	27	100	50	«	3-50	±15	±3
УМИ-25	25	1110	13	100	50	«	0-50	±30	±5
ИК-1-2	55	1830	30	120	60	«	0-50	±30	±4
ИТ-200	74	1927	36	200	120	«	0-50	±30	±4
И-7	60	2300	37	250	120	«	0-45	±50	±5

Табл. 1.5.

Техническая характеристика прихватоопределителей.

Показатели	ПО-90	ПО-70	ПО-50	ПО-25	ПОТТ-50	ПОИТ-25
Максимальное допустимое внешнее давление, МПа	80	80	80	80	150	150
Максимальная допустимая температура, 0С	100	100	100	100	250	250
Ток установки магнитных меток, мА	300	300	300	300	300	300
Габаритные размеры, мм: диаметр длина	90 460	70 420	50 400	25 410	48 510	25 510
Масса, кг	18	9	5	1,5	6,0	1,0
Условный диаметр труб, в которых рекомендуется применение прибора, мм: бурильных с высаженными внутрь концами бурильных с высаженными наружу концами насосно-компрессорных обсадных	168 140 - 127 и более	140; 127 114; 102 114; 102 114	114; 102 89 89; 73 -	89; 73 73; 60 60; 48 -	114; 102 89 73 -	89; 73 73; 60 48 -