УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАРОТАЖА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
FACILITY FOR HORIZONTAL WELL LOGGING

Изобретение относится к области геофизики, а именно к области проведения комплекса геофизических исследований горизонтальных скважин при поисках и разведке залежей полезных ископаемых, и может быть использовано для одновременного проведения электрического и радиоактивного каротажа, инклинометрии, акустического каротажа и т.д. в наклонных и горизонтальных скважинах.
Известен (SU, авторское свидетельство 1173371) скважинный каротажный комплекс, содержащий каротажный кабель, пристыкованный к кабелю скважинный прибор, установленный с возможностью продольного перемещения относительно кабеля центратор, включающий упругие полозья, соединенные с верхней и нижней подвижными втулками, и укрепленный на кабеле упор-толкатель, причем между указанными втулками дополнительно установлен опорный диск.
Недостатком известного устройства следует признать малую информативность получаемой информации.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявленному изобретению можно признать аппаратурно-методический комплекс "Горизонт" (разработка ВНИИГИС, г.Октябрьский) (Научно-технический вестник АИС "Каротажник" - вып.36, Тверь, 1997, с.85), предназначенный для исследования горизонтальных скважин приборами, спускаемыми на бурильных трубах. Конструктивно скважинный прибор состоит из семи унифицированных модулей, имеющих общие шины питания, управления и передачи данных. Модули помещены в стеклопластиковый корпус, который с использованием стального переходника прикреплен к буровому инструменту с возможностью доставки на заданную глубину исследований горизонтальной скважины без применения каротажного кабеля. Предусмотрена возможность промывки при спуске бурового инструмента на забой. Все измерения производят за один спуск-подъем, что дает жесткую увязку точек записи методов ГИС между собой. Используемое наземное оборудование включает в себя глубиномер, датчик веса, персональный компьютер, устройство сопряжения с объектом (УСО) и матричный принтер.
Недостатками АМК "Горизонт" можно признать ограниченный объем информации, обусловленный используемым набором применяемых методов ГИС (комплекса исследований), что обусловлено конструкцией автономного комплексного скважинного прибора, диаметр скважинного прибора (180 мм) требует обязательной проработки скважины перед спуском комплекса, что увеличивает общее время на проведение исследований, наличие единого блока питания, блока памяти и блока управления, что обуславливает в случае какой-либо неисправности отказ всей системы, при этом вес единого модуля более 100 кг и более чем четырехметровая длина требуют применения погрузочно-разгрузочных и транспортных средств.
Работа с АМК "Горизонт" показала его определенную эффективность при исследовании горизонтальных скважин, позволила отработать технологию измерений, методические приемы обработки, интерпретации и предоставления информации, полученной в терригенном и карбонатном разрезах. Однако анализ полученных материалов показывает его малую пригодность к работе в условиях пласта с изменяющимися характеристиками. Установлено, что если в пределах одного нефтяного пласта его свойства (пористость, глинистость, нефтенасыщенность и проницаемость) изменяются в широких пределах, то используемый набор геофизических методов (блоков) не обеспечивает однозначную интерпретацию результатов измерений. Кроме того, для более точной интерпретации необходимо учитывать вещественный состав пород, их плотность, трещиноватость и т.п. Для этого необходим более широкий набор используемых геофизических методов.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в получении эффективного комплекса аппаратуры для исследования горизонтальных стволов скважин.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении информативности геофизических исследований горизонтальных скважин при одновременном уменьшении аварийности этого вида работ.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство для каротажа горизонтальных скважин, содержащее спускаемые в скважину автономные геофизические модули, соединенные между собой в сборку, к верхней части которой присоединено средство для соединения сборки с колонной буровых труб, а также наземный комплекс, включающий глубиномер, датчик веса, персональный компьютер и блок определения положения клиньев. Сборка содержит установленные в любой последовательности модули гамма-каротажа, трехзондового нейтрон-нейтронного каротажа, многозондового электрического бокового каротажа, волнового акустического каротажа, акустического профилемера, инклинометра. В нижней части сборки установлено сопло для выхода промывочной буровой жидкости в затрубное пространство, а каждый автономный геофизический модуль содержит автономный блок питания, блоки преобразования сигналов и памяти, Сборка также дополнительно может содержать модуль спектрометрического гамма-каротажа и/или модуль литоплотностного гамма-гамма каротажа, также содержащих автономный блок питания, блоки преобразования сигналов и памяти,
В результате разработки данного устройства была получена возможность решения геофизических задач с получением новых технических результатов, обусловленных расширением набора одновременно применяемых методов ГИС (комплекса исследований), который не ограничен и определяется решаемыми задачами путем свободного формирования сборки автономных геофизических модулей и снижения аварийности работ. Этот комплекс, получивший название АГС, включает в себя модули: АГК (гамма-каротаж), АНК-3 (трехзондовый ННК), АЭК (многозондовый электрический боковой каротаж), АВАК (волновой акустический каротаж), АКП (акустический профилемер), АИ (инклинометр) и может дополняться для определения параметров в сложнопостроенных коллекторах следующими модулями: АСГК (спектрометрический ГК), АГГК (литоплотностной гамма-гамма каротаж) и модулем каверномера-профилимера.
Недостатки, характерные для технического решения, выбранного в качестве ближайшего аналога, устранены в разработанном устройстве, а именно:
1. Набор применяемых модулей позволяет качественно решать задачу выделения коллекторов, определения пористости, проницаемости, плотности пород, вещественного состава, трещиноватости, определения водонефтенасыщенных коллекторов в пределах пласта с изменяющимися характеристиками, а также определения диаметра скважины и технического состояния ствола скважины, что отсутствует в ближайшем аналоге.
2. Каждый модель содержит свой источник питания, запоминающий блок, блок управления, что позволяет при отказе одного модуля получить данные от других модулей и решить поставленную задачу.
3. Конструкция модулей позволяет проводить промывку скважины в процессе исследований, исключая тем самым прихват модулей и бурового инструмента в скважине, т.е. сводя возможность аварии до минимума.
Автономная аппаратура для каротажа горизонтальных скважин содержит автономные геофизические модули диаметром 102 мм для исследования скважин диаметром 120-216 мм и 168 мм для исследования скважин 216 мм и более, соединенные между собой в сборку, к верхней части которой присоединен переводник для соединения сборки с колонной буровых труб, а в нижней части устройство (сопло) для выхода промывочной буровой жидкости в затрубное пространство.
Как было указано ранее, каждый автономный геофизический модуль содержит автономные блоки питания, блоки преобразования сигналов и памяти.
В ходе разработки устройства было установлено, что полная информация о горизонтальной скважине включает в себя следующее:
1. Разделение пород вскрытых горизонтальной скважиной по литологическому составу, которое может быть осуществлено с использованием:
- литоплотностной гамма-гамма каротаж - на основе спектрального анализа записываемых спектров пород, различающихся по плотности, определяют литологию и тип пород;
- акустический модуль (АВАК) - по скорости прохождения акустических волн в породах определяют литологию и физико-механические свойства пород;
- эти два модуля различаются физическими основами и дополняют друг друга.
2. Выделение во вскрытой толще коллекторов, определение их пористости, которое может быть осуществлено с использованием:
- трехзондовый нейтрон-нейтронный каротаж - определяет водородосодержание пород и соответственно пористость (применение трехзондовой модификации позволяет избавиться от влияния скважинных условий при различных диаметрах скважины и получить более достоверную информацию);
- акустический модуль (АВАК) - проводит измерения скоростей продольных, поперечных и Лемба-Стоунли волн с целью определения пористости, проницаемости горных пород;
- модуль литоплотностного гамма-гамма каротажа - на основании получения плотности пород определяют тип породы и его пористость.
3. Определение глинистости, которое может быть осуществлено с использованием:
- модуль ГК - на основе измерения естественной радиоактивности определяют глинистость пород;
- модуль спектрометрического ГК - на основе спектрального анализа спектров естественной радиоактивности пород определяют содержание радиоактивных минералов, содержащих соединения урана калия, тория, которые делают вклад в естественную радиоактивность и соответственно в глинистость, что позволяет осуществить коррекцию глинистости.
4. Определение насыщенности, которое может быть осуществлено с использованием:
- модуль пятизондового электрического каротажа на основании анализа сопротивлении пород с получением разделения пород по водонасыщенности и нефтенасыщенности.
5. Определение технического состояния ствола скважины и ее диаметра, которое может быть осуществлено с использованием:
- модуль АКП, обеспечивающий измерение шести волновых картинок, получаемых от расположенных на трех уровнях под углом 60 градусов измерительных датчиков. Шесть волновых картинок являются измерителями шести радиусов.
Перечисленные задачи являются достаточными для получения информации о горизонтальном стволе скважины. Набор предлагаемых методов в достаточно высокой степени решает эти задачи.
На фиг.1 представлена схема расположения сборки модулей в открытом стволе горизонтальной скважины, на фиг.2 представлена блок-схема наземного оборудования аппаратурного автономного комплекса, при этом использованы следующие обозначения: колонна 1 буровых труб, переводник 2 с буровых труб, модуль 3 АНК, модуль 4 АЭК, модуль 5 АГК, модуль 6 АВАК, модуль 7 АКП, модуль 8 АСГК, модуль 9 АГГК, модуль 10 АИ, сопло 11, датчик 12 глубины, датчик 13 веса инструмента, датчик 14 положения клиньев ротора, блок 15 сбора информации, скважинные модули 16, компьютер 17, сетевой кабель 18.
Все модули и блоки устройства работают стандартным образом.
Автономная аппаратура работает следующим образом. На мостках буровой производят программирование на работу и сборку автономных скважинных геофизических модулей, реализующих необходимый комплекс ГИС. К верхней части сборки подсоединяют переходник для соединения сборки с колонной буровых труб. Вспомогательной лебедкой сборку поднимают над устьем скважины и медленно опускают в скважину до верхнего модуля, в который вставляют S-плиту и опускают затем до поверхности ствола ротора. S-плита удерживает и на весу в скважине всю связку и не дает ей проворачиваться вокруг своей оси.
Далее производят наращивание очередной свечи бурового инструмента и обычный спуск его на забой горизонтальной скважины. В случае необходимости осуществляют промывку скважины в процессе спуска. Процесс спуска автономной аппаратуры на забой горизонтальной скважины и каротаж сопровождают записью в компьютер информации от наземных датчиков: глубины, веса инструмента, положения клиньев ротора (фиг.2). Автономные модули при спуске включаются на работу в запрограммированное время, и происходит запись геофизических данных в память модулей. При достижении забоя скважины производят промывку скважины через внутренний канал в модулях и сопло, для выноса остатков шлама из ствола скважины, и последующим подъемом сборки с записью, необходимой для повторения.
Разборка модулей возможна как в вертикальном положении, при посадке модулей на S-плиту, так и в горизонтальном на мостках буровой. После разборки модулей, происходит считывание записанной информации через сетевой провод в компьютер, совмещение с информацией от наземных датчиков по шкале времени, записанной в модулях и в компьютере и преобразование в LAS-формат в функции глубины.
При исследовании горизонтальной скважины 4866 на Самотлорском месторождении данным комплексом, в результате обработки полученных данных были выделены нефтенасыщенные коллекторы в интервале глубин 2272.2-2657.7 м, с коэффициентом нефтенасыщенности 69.9%. В результате испытания этой скважины был получен приток нефти с дебитом 300 т/сутки.
Разработанное устройство по отношению к ближайшему аналогу имеет следующие дополнительные преимущества:
- возможность промывки скважины на любом этапе каротажа за счет наличия канала для прохождения бурового раствора во всех модулях;
- использование комплекса разноглубинных зондов бокового каротажа для выделения пластов-коллекторов, определения удельного электрического сопротивления пластов;
- регистрация волновых полей акустического каротажа, статистическая обработка целевых волн, изучение скоростной характеристики разреза, определение пористости и проницаемости;
- определение диаметра ствола исследуемых скважин от 120 до 320 мм;
- определение минералогического состава горных пород.
- операция по сборке модулей может проводиться как в горизонтальном, так и вертикальном положении и не требует специальных погрузочно-разгрузочных средств, поскольку вес модуля не превышает 60 кг, а длина 3 м.