УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСХОДНОГО НАПРАВЛЕНИЯ КЕРНА В ПЛАСТЕ
DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING THE INITIAL DIRECTION OF THE CORE IN THE FORMATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к области технологии нефтегазопоисковых работ и, в частности, к устройству и способу определения исходного направления керна в пласте.
Уровень техники
Керн представляет собой цилиндрический образец горной породы, взятый из скважины при помощи кольцевого колонкового долота и других керноотборных инструментов в соответствии с потребностями геологоразведочных или инженерных работ. Керн являет собой важные физические геологические данные для изучения и понимания подземной геологии и состояния полезных ископаемых, которые являются наиболее интуитивными и практическими данными для понимания подземных пластов и характеристик рудоносности. В процессе разведки и разработки полезных ископаемых необходимо производить бурение в соответствии с геологическим расчетом стратиграфического горизонта и глубины, спускать в скважину керноотборник и выбуривать образец породы. В настоящее время существует два способа колонкового бурения: отбор керна боковым грунтоносом и выбуривание керна, и, как правило, последний является доминирующим.
В пределах нефтяного месторождения должно быть выбрано соответствующее количество скважин для выбуривания определенного количества кернов из соответствующих нефтеносных и газоносных горизонтов. Путем наблюдения, анализа и исследований можно понять следующее: (1) возраст, литологию и осадочные характеристики пласта; (2) физико-химические свойства и состояние нефти, газа и воды пласта-коллектора; (3) характеристики материнского пласта и индекс материнской породы; (4) подземную структуру (такую как разлом, трещина и угол падения); (5) исходные данные для качественной и количественной интерпретации различных методов каротажа; и (6) движение и распределение нефти, газа и воды, а также изменение структуры пласта в процессе добычи. Керн также может быть использован для закачки воды или лабораторных испытаний и анализа различных методов повышения нефтеотдачи и мер по увеличению добычи и закачки. Керн является важной исходной информацией для оценки запасов нефти, построения схем рациональной разработки и повышения эффективности разработки закачки воды в пласт и добычи.
Хотя каротажный персонал может маркировать направление на керне стрелками при отборе керна на месте, это ограничено только направлением длины, и трудно определить направление керна в пласте. За исключением направленного отбора керна и других случаев, когда на керне делают специальные метки, трудно определить направление керна в пласте после того, как керн извлечен из цилиндра. Это справедливо для полноразмерных кернов и пород диаметром 2,5 см или 3,8 см. В процессе транспортировки, погрузочно-разгрузочных работ, взятия и размещения и экспериментов, за исключением того, что может быть подтверждено направление длины, трудно определить по керну ориентацию радиального направления в условиях исходного пласта.
На Фиг. 1(а) изображен керн в пласте, на Фиг. 1(b) изображено, что керн образует смещение на угол α после извлечения из цилиндра, и на Фиг. 1(c) показано, что керн образует смещение на угол β при выбуривании небольшого образца из полноразмерного керна (как показано на Фиг. 1c). Из Фиг. 1 видно, что после извлечения керна из цилиндра трудно определить ориентацию полноразмерного образца в пласте. Однако в более поздних экспериментах по разработке нефтегазовых месторождений и оценке пластов-коллекторов плунжерные образцы диаметром 2,5 см или 3,8 см могут быть выбурены полноразмерными, и при этом образец может не восстановить соответствующее положение керна в пласте, за исключением того, что может быть определено направление длины.
Таким образом, разработка технологии, позволяющей точно восстанавливать распределение кернов в пласте и их положение в структуре без нарушения структуры керна, имеет широкие перспективы применения, что поможет геологам анализировать керны с использованием концепции направления и способствовать формированию более глубокого геологического понимания.
Раскрытие сущности изобретения
Для решения вышеуказанных проблем варианты осуществления настоящего изобретения направлены на создание устройства и способа определения исходного направления керна в пласте. Путем внедрения технологии анализа анизотропии керна и сравнения информации каротажных данных построения изображения по методу сопротивлений можно точно определить фактическую ориентацию распределения керна в пласте.
Для достижения вышеуказанной цели варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают устройство для определения исходного направления керна в пласте, содержащее кернодержатель, первый насос ограничивающего давления и измеритель сопротивления, при этом:
кернодержатель состоит из верхней половины и нижней половины, причем верхняя половина выполнена с возможностью размещения в ней керна, нижняя половина выполнена с возможностью размещения и фиксации в ней керна, а стороны верхней половины и нижней половины соответственно снабжены шкалами для определения угла вращения керна, первый насос ограничивающего давления выполнен с возможностью нагнетания давления в верхней половине кернодержателя, и измеритель сопротивления выполнен с возможностью измерения значения электрического сопротивления керна.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения кернодержатель в вышеуказанном устройстве для определения исходного направления керна в пласте, предложенном в соответствии с настоящим изобретением, состоит из верхней и нижней частей, угол вращения керна рассчитывают через относительное вращение между ними, и, таким образом, получают соотношение между значением электрического сопротивления керна в разных направлениях и углом вращения керна, и направление керна в исходном пласте может быть определено посредством объединения с соответствующими данными формирования изображения. Предпочтительно нижняя половина кернодержателя выполнена с возможностью вращения, а верхняя половина кернодержателя закреплена и не вращается относительно нижней половины кернодержателя. При использовании нижняя половина кернодержателя обеспечивает вращение керна вместе с ней, в то время как верхняя половина зафиксирована, и, таким образом, угол вращения может быть точно рассчитан при помощи шкал верхней половины и нижней половины. В некоторых конкретных вариантах осуществления способ фиксации верхней половины кернодержателя может быть реализован различным образом, например, посредством ее неподвижного соединения с железной рамой.
В вышеуказанном устройстве внутренняя стенка верхней половины кернодержателя предпочтительно снабжена металлическим листом, который выполнен с возможностью соединения с измерителем сопротивления. Металлический лист может быть соединен с измерителем сопротивления посредством провода для реализации соединения цепи между керном и измерителем сопротивления.
В вышеуказанном устройстве внутренние части верхней половины кернодержателя и нижней половины кернодержателя предпочтительно соответственно снабжены резиновой втулкой, и резиновая втулка верхней половины кернодержателя снабжена канавкой для размещения металлического листа.
В вышеуказанном устройстве нижняя часть верхней половины кернодержателя и верхняя часть нижней половины кернодержателя предпочтительно являются открытыми концами, и после соединения двух открытых концов можно получить полный цилиндр с полостью для размещения керна; причем закрытый конец верхней половины кернодержателя снабжен отверстием для маркировки керна.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения устройство предпочтительно дополнительно содержит лоток для фиксации нижней половины кернодержателя и приведения во вращение нижней половины кернодержателя и керна. Лоток может быть снабжен ручкой для приведения лотка во вращение.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы устройство дополнительно содержало второй насос ограничивающего давления для нагнетания давления в нижней половине кернодержателя. За счет нагнетания давления нижняя половина кернодержателя может находиться в плотном контакте с керном и вращаться вместе с ним во избежание нестабильного вращения. В некоторых вариантах осуществления нижняя половина кернодержателя может быть соединена со вторым насосом ограничивающего давления через втягиваемый эластичный трубопровод, так что нижняя половина кернодержателя может свободно вращаться при соединении со вторым насосом ограничивающего давления.
В вышеуказанном устройстве соединительный трубопровод между первым насосом ограничивающего давления и верхней половиной кернодержателя предпочтительно снабжен клапаном, и соединительный трубопровод между вторым насосом ограничивающего давления и нижней половиной кернодержателя снабжен клапаном. Клапаны используют соответственно для управления соединением между первым насосом ограничивающего давления и верхней половиной кернодержателя и соединением между вторым насосом ограничивающего давления и нижней половиной кернодержателя.
В вышеуказанном устройстве предпочтительно пространство между верхней половиной и нижней половиной кернодержателя и резиновой втулкой является замкнутым пространством, и это замкнутое пространство заполнено жидкостью. Давление, прикладываемое первым насосом ограничивающего давления или вторым насосом ограничивающего давления к кернодержателю, передается керну через жидкость. Поскольку пространство, в котором находится жидкость, остается герметичным, даже если места размещения керна в верхней половине и нижней половине кернодержателя снабжены отверстиями, кернодержатель может всё же сохранять способность выдерживать определенный диапазон давления.
Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечивают способ определения исходного направления керна в пласте, который выполняют с использованием вышеуказанного устройства, причем способ включает в себя:
первый этап: вытеснение воды в керне с насыщенной водой газом до тех пор, пока насыщенная вода в керне не достигнет водонасыщения исходного пласта;
второй этап: помещение керна, находящегося в состоянии водонасыщения пласта, в нижнюю половину кернодержателя и фиксация керна, затем накрывание верхней части керна верхней половиной кернодержателя, регистрация угловой разницы между шкалой верхней половины кернодержателя и шкалой нижней половины кернодержателя в это время и маркировка положения керна в это время;
третий этап: вращение нижней половины кернодержателя и керна на соответствующий угол при фиксировании верхней половины кернодержателя, регистрация угла вращения керна в это время (угол вращения представляет собой разницу между шкалой верхней половины и шкалой нижней половины кернодержателя в это время) и измерение значения электрического сопротивления керна;
max
min
max
min
max
min
четвертый этап: повторение третьего этапа до тех пор, пока керн не повернется в общей сложности на 360°; нахождение углов θ и θ вращения, соответственно соответствующих максимальному значению R электрического сопротивления и минимальному значению R электрического сопротивления керна, вращение керна на углы θ и θ вращения и маркировка соответствующих положений на керне как max (максимум) и min (минимум) соответственно; и
пятый этап: нахождение самых темных и самых светлых местоположений с точки зрения цвета изображения вблизи глубины отбора керна в каротажных данных построения изображения по методу сопротивлений, сопоставление географической информации о самых темных и самых светлых местоположениях с положениями, представленными на керне максимумом и минимумом соответственно, и определение направления керна в исходном пласте.
max
min
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения на пятом этапе вследствие сложности пласта может быть множество групп самых темных и самых светлых местоположений в каротажных данных построения изображения по методу сопротивлений. В этом случае необходимо вычислить угловую разницу между самыми темными и самыми светлыми местоположениями в каждой группе и выбрать из них группу, которая лучше всего соответствует угловой разнице между θ и θ, и сопоставить географическую информацию о самых темных и самых светлых местоположениях выбранной группы с положениями, представленными максимумом и минимумом на керне, для определения исходного стратиграфического направления керна.
Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечивают способ определения исходного направления керна в пласте, который выполняют с использованием вышеуказанного устройства, причем способ включает в себя:
первый этап: вытеснение воды в керне с насыщенной водой газом до тех пор, пока насыщенная вода в керне не достигнет водонасыщения исходного пласта;
второй этап: помещение керна, находящегося в состоянии водонасыщения пласта, в нижнюю половину кернодержателя и фиксация керна, затем накрывание верхней части керна верхней половиной кернодержателя, регистрация угловой разницы между шкалой верхней половины кернодержателя и шкалой нижней половины кернодержателя в это время и маркировка положения O керна в это время;
третий этап: разделение углового положения керна на N равных частей вдоль 360° с положением О в качестве конечной точки, вращение нижней половины кернодержателя и керна на соответствующий угол при фиксировании верхней половины кернодержателя, регистрация угла вращения керна и измерение значения электрического сопротивления керна;
A
A
A
A
1
2
3
N
четвертый этап: повторение третьего этапа, измерение и регистрация значения электрического сопротивления каждого положения в N равных частях и маркировка значений электрического сопротивления как , , , …,  в соответствии с порядком положения; и
пятый этап:
A
A
A
δn
δn
δn
δn
δn
δn
δn
δn
1
N
max
1,2
2,3
N-1,N
2N-1,2N
1,2
2,3
N-1,N
2N-1,2N
(1) задание максимального значения электрического сопротивления в диапазоне  -  как  и задание , , …, , …, , причем способ вычисления , , …, , …,  следующий:
,
δn
δn
A
A
A
δn
δn
δn
δn
N,N+1
N,1
1
N
max
N+1,N+2
1,2
2N-1,2N
N-1,N
==(-)/, =, …, =;
B
B
B
B
1
2
3
N
(2) разделение углового положения глубины отбора керна в скважине на N равных частей вдоль 360° и регистрация значений электрического сопротивления, измеренных в каждом положении в каротажных данных построения изображения по методу сопротивлений, как , , , …, ;
B
B
B
δm
δm
δm
δm
δm
δm
δm
δm
1
N
max
1,2
2,3
N-1,N
N,N+1
1,2
2,3
N-1,N
N,N+1
(3) задание максимального значения электрического сопротивления в диапазоне  -  как  и задание , , …, , , причем способ вычисления , , …, , следующий:
,
δm
δm
B
B
B
N,N+1
N,1
1
N
max
==(-)/;
ω
(4) задание , =1,2……N;
ω
ω=
A
B
α
1
нахождение минимального значения в H(1), H(2), … H(), задание минимального значения как H(α), при этом α, сопоставление информации о положении  с информацией о положении  и определение направления керна в исходном пласте.
ω
ω
В некоторых конкретных вариантах осуществления H() в пункте (4) пятого этапа может быть вычислено следующим образом: например, при N = 5 и  = 5, способ вычисления Н (5) следующий:
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
δn
δm
5,6
1,2
6,7
2,3
7,8
3,4
8,9
4,5
9,10
5,6
5,1
1,2
1,2
2,3
2,3
3,4
3,4
4,5
4,5
5,1
H(5) = |-|+|-|+|-|+|-|+|-| = |-|+|-|+|-|+|-|+|-|.
max
min
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения описанный выше способ может быть использован для определения направления керна в исходном пласте, когда имеется множество R и R в каротажных данных построения изображения по методу сопротивлений, или когда количество экстремальных значений электрического сопротивления в результатах измерения сопротивления керна отличается от количества таких значений в каротажных данных.
A
A
A
B
B
B
A
A
B
B
1
N
min
1
N
min
max
min
max
min
В вышеописанном способе определения исходного направления керна в пласте в пунктах (1) и (3) пятого этапа минимальное значение электрического сопротивления в диапазоне  -  также может быть задано как , а минимальное значение электрического сопротивления в диапазоне  -  может быть задано как . Вычисление на пятом этапе выполняют посредством замены  на  и замены на .
В приведенном выше способе определения исходного направления керна в пласте, в случае, когда верхняя половина кернодержателя в устройстве снабжена металлическим листом, при измерении электрического сопротивления в окружном положении керна в пункте (2) пятого этапа размер измеряемой площади равен площади металлического листа, а электрическое сопротивление, измеряемое в каждом положении на окружности керна, представляет собой электрическое сопротивление, измеряемое в контакте с металлическим листом.
Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечивают способ определения исходного направления керна в пласте, который выполняют с использованием вышеуказанного устройства для определения исходного направления керна в пласте, причем способ включает в себя:
первый этап: вытеснение воды в керне с насыщенной водой газом до тех пор, пока насыщенная вода в керне не достигнет водонасыщения исходного пласта;
второй этап: помещение керна, находящегося в состоянии водонасыщения пласта, в нижнюю половину кернодержателя и фиксация керна, затем накрывание верхней части керна верхней половиной кернодержателя, регистрация угловой разницы между шкалой верхней половины кернодержателя и шкалой нижней половины кернодержателя в это время и маркировка положения O керна в это время;
третий этап: разделение углового положения керна на N равных частей вдоль 360° с положением О в качестве конечной точки, вращение нижней половины кернодержателя и керна на соответствующий угол при фиксировании верхней половины кернодержателя, регистрация угла вращения керна и измерение значения электрического сопротивления керна;
1
2
3
N
четвертый этап: повторение третьего этапа, измерение и регистрация значения электрического сопротивления каждого положения в N равных частях и маркировка кодов положения как P, P, P, …, P в соответствии с порядком положения; и
пятый этап:
1
N
1
N
1,2
2,3
γ,γ+1
2γ-1,2γ
1,2
2,3
γ,γ+1
2γ-1,2γ
1
2
γ
(1) задание нижнего индекса кода положения, соответствующего максимальному значению электрического сопротивления диапазона P - P, как N, N, …, N, где γ - число максимальных значений электрического сопротивления диапазона P - P, и γ ≤ N, задание значений групп dn, содержащих dn, dn, …, dn, …, dn; причем способ вычисления dn, dn, …, dn, …, dn следующий:
i,i+1
i+1
i
при 1≤i≤γ-1, dn=N-N;
i,i+1
i,1
1
i
при i=γ, dn=dn=N+N-N; и
i,i+1
i-γ,i+1-γ
i+1-γ
i-γ
при i>γ, dn=dn=N-N;
1
2
3
N
(2) разделение углового положения вблизи глубины отбора керна в скважине на N равных частей вдоль 360° и регистрация значений электрического сопротивления, измеренных в каждом положении в каротажных данных построения изображения по методу сопротивлений, и маркировка кодов положения каждого положения как Q, Q, Q, …, Q;
1
N
1
N
1,2
2,3
β, β+1
1,2
2,3
β, β+1
1
2
β
(3) задание нижнего индекса кода положения, соответствующего максимальному значению электрического сопротивления диапазона Q - Q, как M, M, …, M, где β - число максимальных значений электрического сопротивления диапазона Q - Q, и β = γ, задание значений групп dm, содержащих dm, dm, …, dm; причем способ вычисления dm, dm, …, dm следующий:
i,i+1
i+1
i
при 1≤i≤β-1, dm=M-M; и
i,i+1
i,1
1
i
при i=β, dm=dm=M+N-M; и
1+η,2+η
2+η,3+η
γ+η,γ+1+η
1,2
2,3
β, β+1
1+η,2+η
2+η,3+η
γ+η,γ+1+η
(4) сравнение dn, dn, …, dn с dm, dm, …, dm последовательно по порядку dn, dn, …, dn, где η=0, 1, 2, …, γ-1,
N
M
α
1
когда значения групп dn и значения групп dm соответственно последовательно одинаковы, задание значения (1+η) как α, сопоставление информации о положении P с информацией о положении Q и определение исходного направления керна в пласте.
1,2
2,3
3,4
3,4
3,1
1,2
2,3
3,4
3,4
3,1
1,2
2,3
3,4
В некоторых конкретных вариантах осуществления в пункте (4) пятого этапа, когда β = γ =3, устанавливают η = 0. Затем dn, dn, dn (dn представляет собой dn) сравнивают с dm, dm, …, dm (dm представляет собой dm) последовательно по порядку dn, dn, dn:
1,2
1,2
2,3
2,3
3,1
3,1
2,3
3,4
4,5
2,3
3,1
1,2
1,2
2,3
3,4
2,3
3,4
4,5
если dn отличается от dm, или dn отличается от dm, или dn отличается от dm, то устанавливают η = 1, и dn, dn, dn (которые являются dn, dn, dn соответственно) сравнивают с dm, dm, …, dm последовательно по порядку dn, dn, dn; и
3,4
4,5
5,6
3,1
1,2
2,3
1,2
2,3
3,4
3,4
4,5
5,6
N
M
3
1
если между ними всё еще есть разница, то устанавливают η = 2 и сравнивают dn, dn, dn (которые являются dn, dn, dn соответственно) с dm, dm, …, dm последовательно по порядку dn, dn, dn. И если тогда между ними нет разницы, в этом случае (1+η) = 3, информацию о положении P сопоставляют с информацией о положении Q, и, таким образом, может быть определено направление керна в исходном пласте.
1+η,2+η
γ+η,γ+1+η
1,2
N
N
M
1
2
3
N
1
2
3
N
1
γ
1
1
2
γ
1
2
β
Согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения при наличии множества соответствующих режимов с использованием вышеуказанного способа определения положения керна в пласте (например, dn и dn соответственно равны dm, в результате чего P и P оба должны рассматриваться как совпадающие с положением Q) точное исходное направление керна в пласте также может быть определено с использованием соответствия положения между минимальным значением электрического сопротивления при измерении сопротивления керна и минимальным значением электрического сопротивления по каротажным данным построения изображения по методу сопротивлений. В этом случае в вышеописанном способе N, N, N в пункте (2) могут представлять собой нижние индексы кода положения, соответствующие минимальному значению P, P, P, … P электрического сопротивления, и соответственно M, M, …, M в пункте (4) являются нижними индексами кода положения, соответствующими минимальному значению Q, Q, Q, … Q электрического сопротивления.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения второй этап предпочтительно может также включать в себя регулировку угловой разницы между шкалой верхней половины кернодержателя и шкалой нижней половины кернодержателя до 0° перед маркировкой положения керна с тем, чтобы облегчить вычисление угла вращения керна.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения, когда устройство для определения исходного направления керна в пласте содержит второй насос ограничивающего давления, второй этап может дополнительно включать в себя нагнетание давления в нижней половине кернодержателя с использованием второго насоса ограничивающего давления, при этом нижняя половина кернодержателя находится в плотном контакте с керном для обеспечения вращения нижней половины кернодержателя с керном на один и тот же угол. В предпочтительном варианте второй насос ограничивающего давления создает давление в нижней половине кернодержателя величиной 0,5-2 МПа.
В вышеописанных способах предпочтительно на третьем этапе угол вращения керна составляет 1-5 градусов/раз. Конкретное значение угла вращения может быть определено в соответствии с количеством результатов обнаружения (таких как значение электрического сопротивления), которые необходимо получить.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения при разделении углового положения керна на N равных частей вдоль 360° на третьем этапе угол вращения керна может контролироваться таким образом, чтобы составлять (360/N) градусов/раз.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения на третьем этапе измерение значения электрического сопротивления керна выполняют следующим образом: нагнетают давление в верхней половине кернодержателя с использованием первого насоса ограничивающего давления для установления плотного контакта металлического листа с керном, соединяют цепь между измерителем сопротивления и керном, регистрируют значение электрического сопротивления, отображенное измерителем сопротивления, и затем сбрасывают давление первого насоса ограничивающего давления. После сброса давления зазор между верхней половиной кернодержателя и керном может быть восстановлен, так что керн может свободно вращаться.
В вышеописанном способе, предпочтительно на третьем этапе, первый насос ограничивающего давления создает давление в верхней половине кернодержателя величиной 0,5-2 МПа.
В описанном выше способе положение керна предпочтительно маркируют на верхней части керна через отверстие в верхней половине кернодержателя.
Благоприятные эффекты вариантов осуществления настоящего изобретения включают в себя следующее:
Настоящее изобретение обеспечивает возможность точного определения фактического направления распределения керна в пласте за счет разработки технологии анализа анизотропии керна и сравнения данных каротажа пласта, геофизических данных и другой соответствующей информации.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображен схематический чертеж керна до и после его извлечения из пласта. Причем на Фиг. (а) изображен керн в пласте, на Фиг. (b) изображено, что керн образует смещение на угол α после извлечения из цилиндра, и на Фиг. (c) показано, что керн образует смещение на угол β при выбуривании небольшого образца из полноразмерного керна;
На Фиг. 2 изображен схематический чертеж устройства для определения исходного направления керна в пласте, предложенного в соответствии с настоящим изобретением;
На Фиг. 3 изображена структурная разбивка кернодержателя по варианту 1 осуществления;
На Фиг. 4 изображен схематический чертеж шкалы верхней половины кернодержателя, отмечающей угол вращения керна согласно варианту 1 осуществления;
На Фиг. 5 изображен схематический чертеж шкалы нижней половины кернодержателя, отмечающей угол вращения керна согласно варианту 2 осуществления;
На Фиг. 6 изображена диаграмма построения изображения по данным метода сопротивлений для скважины в варианте 2 осуществления;
1
2
10
На Фиг. 7 изображен схематический чертеж распределения A, A, …, A в варианте 3 осуществления; и
1
2
10
На Фиг. 8 изображен схематический чертеж распределения B, B, …, B в варианте 3 осуществления.
Описание обозначений основных компонентов:
Лоток
1
ручка
11
кернодержатель
2
верхняя половина кернодержателя
21
нижняя половина кернодержателя
22
отверстие
23
металлический лист
24
первый насос ограничивающего давления
31
второй насос ограничивающего давления
32
клапан
311
клапан
321
измеритель сопротивления
4
керн
5
самое темное местоположение
6
самое светлое местоположение
7
Осуществление изобретения
Для получения более четкого представления о технических характеристиках, целях и благоприятных эффектах настоящего изобретения техническое решение этого изобретения подробно описано ниже, но его не следует понимать как ограничивающее реализуемый объем настоящего изобретения.
Вариант 1 осуществления изобретения:
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают устройство для определения исходного направления керна в пласте, и его конструкция показана на Фиг. 2; при этом Фиг. (а) представляет собой вид в перспективе устройства, а Фиг. (b) представляет собой вид в разрезе кернодержателя и измерителя сопротивления. Как показано на Фиг. 2 (а), устройство содержит лоток 1, кернодержатель 2, первый насос 31 ограничивающего давления, второй насос 32 ограничивающего давления и измеритель 4 сопротивления.
В этом варианте осуществления сторона лотка 1 снабжена ручкой 11, которая может приводить лоток 1 во вращение.
На Фиг. 3 изображена структурная разбивка кернодержателя 2. Как показано на Фиг. 3, кернодержатель 2 представляет собой в целом полый цилиндр (бочонок), который состоит из верхней половины 21 кернодержателя и нижней половины 22 кернодержателя. Верхняя половина 21 кернодержателя и нижняя половина 22 кернодержателя выполнены цилиндрическими с отверстиями на обоих концах и имеют одинаковые диаметры. Нижняя часть верхней половины 21 кернодержателя и верхняя часть нижней половины 22 кернодержателя соединены друг с другом своими открытыми концами с образованием полости для размещения в ней керна 5.
Как показано на Фиг. 3, закрытый конец верхней половины 21 кернодержателя снабжен отверстием 23, а ее нижняя часть снабжена шкалой. Как показано на Фиг. 2 (b), внутри верхней половины 21 кернодержателя расположена резиновая втулка (на Фигуре не показана), причем резиновая втулка снабжена канавкой (на Фигуре не показана), и рядом с керном 5 в канавке имеется группа противоположных металлических листов 24. Металлический лист 24 соединен с измерителем 4 сопротивления проводом. Шкалу верхней половины 21 кернодержателя используют для регистрации изменения угла вращения керна 5 (как показано на Фиг. 4); отверстие 23 используют для маркировки положения керна в верхней части керна 5; и металлический лист 24 может плотно прилегать к керну 5 и соединять цепь между керном 5 и измерителем 4 сопротивления.
Закрытый конец нижней половины 22 кернодержателя закреплен на лотке 1 посредством сварки. Верхняя часть нижней половины 22 кернодержателя снабжена шкалой, а внутренняя часть нижней половины 22 кернодержателя снабжена резиновой втулкой для фиксации керна 5. За счет нагнетания давления в нижней половине 22 кернодержателя резиновая втулка может находиться в плотном контакте с керном 5, так что нижняя половина 22 кернодержателя и керн 5 могут вращаться вместе с лотком 1. Шкалу на нижней половине 22 кернодержателя используют для регистрации изменения угла при вращении керна (как показано на Фиг. 5). При вращении керна конкретный угол вращения может быть определен путем вычисления угловой разницы между шкалой нижней половины 22 кернодержателя и шкалой верхней половины 21 кернодержателя.
Устройство, предложенное в этом варианте осуществления, снабжено двумя насосами ограничивающего давления, а именно первым насосом 31 ограничивающего давления и вторым насосом 32 ограничивающего давления. Первый насос 31 ограничивающего давления соединен с верхней половиной 21 кернодержателя, и соединительный трубопровод между ними снабжен клапаном 311. Первый насос 31 ограничивающего давления используют для нагнетания давления в верхней половине 21 кернодержателя. Второй насос 32 ограничивающего давления соединен с нижней половиной 22 кернодержателя, и соединительный трубопровод между ними снабжен клапаном 321. Второй насос 32 ограничивающего давления используют для нагнетания давления в нижней половине 22 кернодержателя.
Измеритель 4 сопротивления соединен с металлическим листом 24 посредством провода для измерения значения электрического сопротивления керна 5.
Вариант 2 осуществления изобретения:
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ определения исходного направления керна в пласте, который выполняют посредством устройства, предложенного в Варианте 1 осуществления изобретения.
Если взять в качестве примера скважину, во-первых, в скважине выполняют каротаж с построением изображения по методу сопротивлений, результаты которого представлены на Фиг. 6. Выполняют операцию по отбору керна, в результате которой на глубине 5666,5 м были отобраны полноразмерные керны. Определение исходного направления керна в пласте с использованием вышеописанного устройства включает в себя следующие этапы:
Первый этап: воду в керне 5 с насыщенной водой вытесняют газом до тех пор, пока насыщенная вода в керне 5 не достигнет водонасыщения исходного пласта.
Второй этап: керн, находящийся в состоянии водонасыщения пласта, помещают в нижнюю половину 22 кернодержателя и фиксируют, затем керн 5 накрывают верхней половиной 21 кернодержателя, после чего угловую разницу между шкалой верхней половины 21 кернодержателя и шкалой нижней половины 22 кернодержателя настраивают на 0°, и положение керна 5 при этом маркируют на верхней части керна 5 через отверстие 23.
Третий этап: к нижней половине 22 кернодержателя прикладывают давление 0,5-2 МПа при помощи второго насоса 32 ограничивающего давления для установления плотного контакта между резиновой втулкой внутри нижней половины 22 кернодержателя и керном 5;
лоток 1 вращают против часовой стрелки для одновременного вращения керна 5 и нижней половины 22 кернодержателя. Когда вращение достигает определенного угла, вращение останавливают и к верхней половине 21 кернодержателя прикладывают давление 0,5-2 МПа с использованием первого насоса 31 ограничивающего давления для установления плотного контакта между металлическим листом 24 в верхней половине 21 кернодержателя и керном 5. В этот момент разница между шкалой верхней половины 21 кернодержателя и шкалой нижней половины 22 кернодержателя представляет собой угол вращения керна 5. При этом регистрируют угол вращения керна и значение электрического сопротивления, отображенное измерителем 4 сопротивления;
и затем сбрасывают давление первого насоса 31 ограничивающего давления для отделения металлического листа 24 внутри верхней половины 21 кернодержателя от керна 5.
Четвертый этап: повторяют третий этап. Угол вращения керна 5 контролируют на уровне 5 градусов/раз до тех пор, пока совокупный угол вращения керна 5 не достигнет 360°.
В Таблице 1 приведены опытные данные значений электрического сопротивления керна. Из Таблицы 1 видно, что максимальное и минимальное значения удельного электрического сопротивления, измеренные при вращении керна 5, составляют 93 Ом⋅м и 50 Ом⋅м соответственно, а соответствующие углы вращения равны 140° и 5° соответственно. Затем лоток 1 поворачивают соответственно на 140° и 5°, и через отверстие 23 отмечают соответствующие положения максимума и минимума после двух вращений керна 5.
Пятый этап: положения максимума и минимума, отмеченные на керне 5, сравнивают с данными построения изображения по методу сопротивлений на Фиг. 6. Конкретный способ заключается в том, чтобы найти самое темное местоположение 6 и самое светлое местоположение 7 цвета изображения на глубине 5666,5 м, показанного на Фиг. 6. Как видно из Фиг. 6, угол самого светлого местоположения 6 равен 0°, а соответствующее географическое направление - прямо на запад. Угол самого темного местоположения 7 равен 140°, а соответствующее географическое направление - 45° на юго-восток. Затем конкретное направление керна в геологическом теле может быть определено посредством учета географического направления самого темного местоположения 6 (направление пласта прямо на запад), соответствующего положению, отмеченному на керне как максимум, и учета географического направления самого светлого местоположения 7 (направление пласта 45° на юго-восток), соответствующего положению, отмеченному на керне как минимум. Вышеуказанное положение является направлением керна в геологическом теле.
Таблица 1
Совокупный угол вращения (°)
Удельное электрическое сопротивление(Ом⋅м)
Совокупный угол вращения (°)
Удельное электрическое сопротивление(Ом⋅м)
Совокупный угол вращения (°)
Удельное электрическое сопротивление(Ом⋅м)
5,00
50,00
65,00
70,70
125,00
89,81
10,00
53,19
70,00
72,30
130,00
91,41
15,00
54,78
75,00
73,89
135,00
92,00
20,00
56,37
80,00
75,48
140,00
93,00
25,00
57,96
85,00
77,07
145,00
91,41
30,00
59,56
90,00
78,67
150,00
89,81
35,00
61,15
95,00
80,26
155,00
88,22
40,00
62,74
100,00
81,85
160,00
86,63
45,00
64,33
105,00
83,44
165,00
85,04
50,00
65,93
110,00
85,04
170,00
83,44
55,00
67,52
115,00
86,63
175,00
81,85
60,00
69,11
120,00
88,22
180,00
80,26
Вариант 3 осуществления изобретения:
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ определения исходного направления керна в пласте, включающий в себя следующие этапы:
Первый этап: воду в керне 5 с насыщенной водой вытесняют газом до тех пор, пока насыщенная вода в керне 5 не достигнет водонасыщения исходного пласта.
Второй этап: керн, находящийся в состоянии водонасыщения пласта, помещают в нижнюю половину 22 кернодержателя и фиксируют, затем керн 5 накрывают верхней половиной 21 кернодержателя, после чего угловую разницу между шкалой верхней половины 21 кернодержателя и шкалой нижней половины 22 кернодержателя настраивают на 0°, и положение O керна 5 при этом маркируют на верхней части керна 5 через отверстие 23.
Третий этап: угловое положение керна делят на 10 равных частей (задавая N = 10) вдоль 360°с учетом положения O в качестве конечной точки, и распределение десяти частей показано на Фиг. 7. К нижней половине 22 кернодержателя прикладывают давление 0,5-2 МПа при помощи второго насоса 32 ограничивающего давления для установления плотного контакта между резиновой втулкой внутри нижней половины 22 кернодержателя и керном 5;
лоток 1 вращают против часовой стрелки для одновременного вращения керна 5 и нижней половины 22 кернодержателя. Когда вращение достигает определенного угла, вращение останавливают и к верхней половине 21 кернодержателя прикладывают давление 0,5-2 МПа с использованием первого насоса 31 ограничивающего давления для установления плотного контакта между металлическим листом 24 в верхней половине 21 кернодержателя и керном 5. В этот момент разница между шкалой верхней половины 21 кернодержателя и шкалой нижней половины 22 кернодержателя представляет собой угол вращения керна 5. При этом регистрируют угол вращения керна и значение электрического сопротивления, отображенное измерителем 4 сопротивления;
и затем сбрасывают давление первого насоса 31 ограничивающего давления для отделения металлического листа 24 внутри верхней половины 21 кернодержателя от керна 5.
1
2
10
Четвертый этап: повторяют третий этап. Измеряют и регистрируют значения электрического сопротивления каждого положения, которые записывают как A, A, …, A последовательно в соответствии с порядком положений. В Таблице 2 приведены опытные данные значений электрического сопротивления.
Таблица 2
Код
A<sub>1</sub>
A<sub>2</sub>
A<sub>3</sub>
A<sub>4</sub>
A<sub>5</sub>
A<sub>6</sub>
A<sub>7</sub>
A<sub>8</sub>
A<sub>9</sub>
A<sub>10</sub>
Электрическое сопротивление (Ом)
1
3
5
1
2
5
2
1
5
1
Пятый этап:
max
i,i+1
1. Согласно Таблице 2 максимальное электрическое сопротивление A равно 5 Ом. Отношение δn разницы между значениями электрического сопротивления двух соседних положений к максимальному значению электрического сопротивления вычисляют следующим образом:
i,i+1
i+1
i
max
1,2
2
1
max
2,3
3
2
max
(1) при 1≤i≤9, δn=(A-A)/A, например, δn=(A-A)/A=(3-1)/5=0.4, δn=(A-A)/A=(5-3)/5=0.4;
10,11
10,1
(2) при i=10, δn=δn=(1-1)/5=0; и
11,12
1,2
12,13
2,3
(3) δn=δn=0.4, δn=δn=0.4, …, и т.д.
i,i+1
Результаты вычислений δn(i≤10) сведены в Таблицу 3.
Таблица 3
δn<sub>1,2</sub>
δn<sub>2,3</sub>
δn<sub>3,4</sub>
δn<sub>4,5</sub>
δn<sub>5,6</sub>
δn<sub>6,7</sub>
δn<sub>7,8</sub>
δn<sub>8,9</sub>
δn<sub>9,10</sub>
δn<sub>10,11</sub>
0,4
0,4
-0,8
0,2
0,6
-0,6
-0,2
0,8
-0,8
0
1
2
10
2. Угловое положение глубины отбора керна в скважине делят на 10 равных частей вдоль 360°, и распределение десяти частей показано на Фиг. 8. Значения электрического сопротивления десяти положений соответственно измеряют и регистрируют как B, B, …, B. Результаты представлены в Таблице 4.
Таблица 4
Код
B<sub>1</sub>
B<sub>2</sub>
B<sub>3</sub>
B<sub>4</sub>
B<sub>5</sub>
B<sub>6</sub>
B<sub>7</sub>
B<sub>8</sub>
B<sub>9</sub>
B<sub>10</sub>
Электрическое сопротивление (Ом)
10
2
2
6
9
2
6
10
4
6
max
В Таблице 4 максимальное электрическое сопротивление B равно 10 Ом.
i,i+1
3. Отношение δm разницы между значениями электрического сопротивления двух соседних положений к максимальному значению электрического сопротивления вычисляют следующим образом:
i,i+1
i+1
i
max
при 1≤i<10, δm=(B-B)/B;
10,11
10,1
1
10
max
при i=10, δm=δm=(B-B)/B;
i,i+1
Результаты вычислений δm(i≤10) сведены в Таблицу 5.
Таблица 5
δm<sub>1,2</sub>
δm<sub>2,3</sub>
δm<sub>3,4</sub>
δm<sub>4,5</sub>
δm<sub>5,6</sub>
δm<sub>6,7</sub>
δm<sub>7,8</sub>
δm<sub>8,9</sub>
δm<sub>9,10</sub>
δm<sub>10,11</sub>
-0,8
0
0,4
0,3
-0,7
0,4
0,4
-0,6
0,2
0,4
ω
4. Последовательно вычисляют разницу между значениями в Таблице 5 и значениями в Таблице 3, и затем суммируют все вычисленные разницы. Для расчета используют следующую формулу: , где  = 1, 2, 3, … 10. Вычисляют значения H (1), H(2), … H (10).
Конкретный процесс вычисления, например, выглядит следующим образом:
H(1)=|0,4-(-0,8)|+|0,4-0|+|-0,8-0,4|+|0,2-0,3|+|0,6-(-0,7)|+|-0,6-0,4|+|-0,2-0,4|+|0,8-(-0,6)|+|-0,8-0,2|+|0-0,4|=8,6.
ω
Результаты вычислений H() сведены в Таблицу 6.
Таблица 6
H(1)
H(2)
H(3)
H(4)
H(5)
H(6)
H(7)
H(8)
H(9)
H(10)
8,6
4
4,2
8,6
5,8
3
3,4
8
1,4
6,6
9
1
Из Таблицы 6 видно, что значение H(9) является наименьшим. Информация о положении A соответствует информации о положении B, и, таким образом, определяют конкретное направление керна в геологическом теле.
Вариант 4 осуществления изобретения:
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ определения исходного направления керна в пласте, включающий в себя следующие этапы:
Первый этап: воду в керне 5 с насыщенной водой вытесняют газом до тех пор, пока насыщенная вода в керне 5 не достигнет водонасыщения исходного пласта.
Второй этап: керн, находящийся в состоянии водонасыщения пласта, помещают в нижнюю половину 22 кернодержателя и фиксируют, затем керн 5 накрывают верхней половиной 21 кернодержателя, после чего угловую разницу между шкалой верхней половины 21 кернодержателя и шкалой нижней половины 22 кернодержателя настраивают на 0°, и положение O керна 5 при этом маркируют на верхней части керна 5 через отверстие 23.
Третий этап: угловое положение керна делят на 10 равных частей (задавая N = 10) вдоль 360° с учетом положения O в качестве конечной точки. К нижней половине 22 кернодержателя прикладывают давление 0,5-2 МПа при помощи второго насоса 32 ограничивающего давления для установления плотного контакта между резиновой втулкой внутри нижней половины 22 кернодержателя и керном 5;
лоток 1 вращают против часовой стрелки для одновременного вращения керна 5 и нижней половины 22 кернодержателя. Когда вращение достигает определенного угла, вращение останавливают и к верхней половине 21 кернодержателя прикладывают давление 0,5-2 МПа с использованием первого насоса 31 ограничивающего давления для установления плотного контакта между металлическим листом 24 в верхней половине 21 кернодержателя и керном 5. В этот момент разница между шкалой верхней половины 21 кернодержателя и шкалой нижней половины 22 кернодержателя представляет собой угол вращения керна 5. При этом регистрируют угол вращения керна и значение электрического сопротивления, отображенное измерителем 4 сопротивления;
и затем сбрасывают давление первого насоса 31 ограничивающего давления для отделения металлического листа 24 внутри верхней половины 21 кернодержателя от керна 5.
1
2
10
Четвертый этап: повторяют третий этап. Измеряют и регистрируют значения электрического сопротивления каждого положения, которые записывают как P, P, …, P последовательно в соответствии с порядком положений. В Таблице 7 приведены опытные данные значений электрического сопротивления.
Таблица 7
Код положения
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
P<sub>4</sub>
P<sub>5</sub>
P<sub>6</sub>
P<sub>7</sub>
P<sub>8</sub>
P<sub>9</sub>
P<sub>10</sub>
Электрическое сопротивление (Ом)
1
3
5
1
2
5
2
1
5
1
Пятый этап:
3
6
9
1,2
2,3
3,4
2γ-1,2γ
5,6
1
2
3
(1) находят коды P, P и P положений, соответствующие максимальному значению (5 Ом) электрического сопротивления в Таблице 7, и тогда количество максимальных значений электрического сопротивления γ = 3; нижние индексы кодов маркируют как N = 3, N = 6, N = 9, и задают значения групп dn, включающие dn, dn, dn, …, dn т.е. dn). Способ вычисления значений следующий:
i,i+1
1,2
i+1
i
2
1
при 1≤i≤γ-1, dn=N-N, например, dn=N-N=6-3=3;
i,i+1
i,1
3,4
1
i
1
3
при i=γ, dn=dn=N+N-N, например, dn=N+N-N=3+10-9=4; и
i,i+1
i-γ,i+1-γ
4,5
1,2
i+1-γ
i-γ
при i>γ, dn=dn=N-N, например, dn=dn=3.
1,2
5,6
После выполнения вычисления результаты вычислений dn - dn сводят в Таблицу 8.
Таблица 8
dn<sub>1,2</sub>
dn<sub>2,3</sub>
dn<sub>3,4</sub>
dn<sub>4,5</sub>
dn<sub>5,6</sub>
3
3
4
3
3
1
2
10
(2) угловое положение глубины отбора керна в скважине делят на 10 равных частей вдоль 360° и записывают как Q, Q, …, Q. Значения электрического сопротивления в десяти положениях представлены в Таблице 9.
Таблица 9
Код положения
Q<sub>1</sub>
Q<sub>2</sub>
Q<sub>3</sub>
Q<sub>4</sub>
Q<sub>5</sub>
Q<sub>6</sub>
Q<sub>7</sub>
Q<sub>8</sub>
Q<sub>9</sub>
Q<sub>10</sub>
Электрическое сопротивление (Ом)
10
2
2
6
10
2
6
10
4
6
1
5
8
1,2
2,3
β,β+1
3,4
1
2
3
(3) находят коды Q, Q и Q положений, соответствующие максимальному значению (10 Ом) электрического сопротивления в Таблице 9, и тогда количество максимальных значений электрического сопротивления β = 3; нижние индексы кодов последовательно маркируют как M = 1, M = 5, M = 8, и задают значения групп dm, включающие dm, dm, …, dm (т.е. dm). Способ вычисления значений следующий:
i,i+1
1,2
2,3
i+1
i
2
1
3
2
при 1≤i≤β-1, dm=M-M, например, dm=M-M=5-1=4, dm=M-M=8-5=3; и
i,i+1
i,1
3,4
1
β
1
3
при i=β, dm=dm=M+N-M, например, dm=M+N-M=1+10-8=3.
1+η,2+η
2+η,3+η
γ+η,γ+1+η
1,2
2,3
β, β+1
1+η,2+η
2+η,3+η
γ+η,γ+1+η
(4) сравнивают dn, dn, …, dn с dm, dm, …, dm последовательно по порядку dn, dn, …, dn, где η=0, 1, 2, соответственно,
1,2
2,3
3,4
1,2
2,3
3,4
1,2
2,3
3,4
устанавливают η = 0, затем сравнивают dn, dn, dn (то есть 3, 3, 4) с dm, dm, dm(то есть 4, 3, 3) по порядку dn, dn, dn, видно, что две группы данных не являются последовательно одинаковыми, поэтому продолжают выполнять сравнение;
2,3
3,4
4,5
1,2
2,3
3,4
2,3
3,4
4,5
устанавливают η = 1, затем сравнивают dn, dn, dn (то есть 3, 4, 3) с dm, dm, dm(то есть 4, 3, 3) по порядку dn, dn, dn, видно, что две группы данных не являются последовательно одинаковыми, поэтому продолжают выполнять сравнение; и
3,4
4,5
5,6
1,2
2,3
3,4
3,4
4,5
5,6
N
M
3
9
1
1
устанавливают η = 2, затем сравнивают dn, dn, dn (то есть 4, 3, 3) с dm, dm, dm(то есть 4, 3, 3) по порядку dn, dn, dn, видно, что на этот раз две группы данных являются последовательно одинаковыми, значение (1 + η) равно 3, информация о положении P (то есть P) соответствует информации о положении Q (то есть Q) для определения исходного направления керна в пласте.
Вариант 5 осуществления изобретения:
В этом варианте осуществления, принимая значение электрического сопротивления керна (данные Таблицы 7), измеренное в варианте 4 осуществления, и значение электрического сопротивления (данные Таблицы 8) в каротажных данных по методу сопротивления в качестве исходных данных, исходное направление керна, испытанное в варианте 4 осуществления 4, в пласте определяют с использованием способа в варианте 3 осуществления.
ω
ω
Данные в Таблице 7 и Таблице 8 обрабатывают в соответствии со способом, предложенным в варианте 3 осуществления, и рассчитывают значение H(), где  ≤ 10, а результаты вычислений сводят в Таблицу 10.
Таблица 10
H(1)
H(2)
H(3)
H(4)
H(5)
H(6)
H(7)
H(8)
H(9)
H(10)
8,8
4
4,4
8,8
5,6
3,2
3,6
8
1,2
6,8
9
1
В Таблице 10 Н(9) является минимальным значением, и информация о положении A соответствует информации о положении B, и, таким образом, определяют конкретное направление керна в геологическом теле. Этот результат также согласуется с результатом сравнения варианта 4 осуществления.
Из вариантов 3-5 осуществления видно, что способ, принятый в варианте 3 осуществления, применим для сравнения результатов испытаний на электрическое сопротивление керна с соответствующими каротажными данными во всех случаях. Способ, принятый в варианте 4 осуществления, применим к случаю, когда количество максимальных значений электрического сопротивления в результатах испытаний на электрическое сопротивление керна такое же, как и в каротажных данных, или количество минимальных значений электрического сопротивления в результатах испытаний на электрическое сопротивление такое же, как и в каротажных данных.
Из результатов вариантов 2-5 осуществления видно, что при использовании устройства и способа, предложенных в соответствии с настоящим изобретением, путем измерения значения анизотропного электрического сопротивления керна и сравнения результатов соответствующего соотношения между измеренным положением и значением электрического сопротивления с каротажной информацией пласта фактическое направление распределения керна в пласте может быть точно получено, и тем самым решена проблема, заключающаяся в трудности определения направления керна в пласте после отбора керна в полевых условиях.