Лабораторна робота №2

Рекомендовано методичною радою

університету

Івано-Франківськ

МВ

Федоришин Д.Д., Федорів В.В., Струтинська О.Н. Промислова геофізика. Лабораторний практикум. – Івано-Франківськ: Факел, 2010. – 80 c.

Даний лабораторний практикум містить перелік лабораторних робіт, теоретичне обґрунтування питань, які розглядаються в роботі, а також методику виконання роботи та вимоги до звіту.

Після виконання кожної роботи складається звіт, у якому наводяться результати проведеної роботи та висновки.

Студент допускається до виконання лабораторної роботи підтвердивши вміння її виконання шляхом одержанням допуску за результатами усного або письмового опитування.

Рецензент:

Старостін В.А. – канд. геол.-мінерал. наук, доцент кафедри геофізичних досліджень свердловин ІФНТУНГ.

© Федоришин Д.Д., 2010

© Федорів В.В., 2010

© Струтинська О.Н. 2010

© ІФНТУНГ 2010

ЗМІСТ

Лабораторна робота №1

ВИВЧЕННЯ ГЕОФІЗИЧНИХ СТАНЦІЙ ТА ПРОМИСЛОВО-ГЕОФІЗИЧНОГО ОБЛАДНАННЯ

1.1 Мета роботи

Ознайомлення із будовою, призначенням та принципом роботи геофізичних станцій та обладнанням, яке використовується в процесі свердловинних досліджень

1.2 Теорія

Основним призначенням геофізичних станцій та промислово-геофізичного обладнання є проведення свердловинних геофізичних досліджень. Для реалізації цієї задачі використовуються геофізичні станції типу ЛКС-7-02, ЛКЦ-10, СКР-1МС, малогабаритна каротажна станція “Самотлор”, “Тріас”, “Пласт-5”, “Фозот” останні п’ять станцій із цифровою реєстрацією.

Будову комплексної аналого-цифрової каротажної станції розглянемо на прикладі геофізичної станції ЛКЦ-10.

Лабораторія ЛКЦ-10 призначена для виконання повного комплексу геофізичних досліджень свердловин за допомогою постійних і змінних модулів та пультів і відповідних їм свердловинних приладів та геофізичного обладнання. Дослідження проводяться на одно-, трьох- і семижильному броньованому кабелі до 10 тисяч метрів. Геофізична станція дозволяє виконувати аналогову реєстрацію на фотопапір та електронні носії.

В цифровому блоці станції використовувався каротажний реєстратор НО-75, НО-78, який дозволяє реєструвати інформацію на магнітні носії.

В ролі аналогового реєстратора використовувався восьмиканальний каротажний НО-28, реєстрація здійснюється на фотопапір.

В каротажному блоці станції розміщено наступні пульти: пульт контролю каротажу, пульт частотно-модульованих сигналів (ВПЧМ-2А) масштабна панель, пульт радіоактивного каротажу (ВПРКУ-А), блок живлення.

Пульт контролю каротажу – призначений для контролю за швидкістю проведення каротажу, натягом кабелю, реєстрації проходження магнітних міток.

Пульт частотно-модульованих сигналів (ВПЧМ-2А) – призначений для проведення електричних досліджень у свердловині.

Пульт радіоактивного каротажу (ВПРКУ-А) – призначений для проведення радіоактивних досліджень у свердловинах.

Масштабна панель – для встановлення лінійних та вертикальних масштабів запису інформації.

Блок живлення – призначений для живлення змінним і постійним струмом як наземних блоків і панелей геофізичної апаратури так і свердловинних геофізичних приладів.

Промислово-геофізичне обладнання складається із наступних основних одиниць:

1.Лебідка.

2.Кабелі та з’єднуючі проводи.

3.Блок-баланси із датчиками глибини та натягу.

4.Вантажі, підвіски та перемикаючі пристрої.

5.Джерела електричного струму.

6.Предмети спеціального обладнання, допоміжні пристрої та різні інструменти.

Вказане обладнання може транспортуватись та використовуватись у вигляді розбірних комплектів, але переважно воно укомплектоване постійним монтажем на самохідних підйомниках.

При проведенні геофізичних досліджень в свердловинах використовуються станції, що складаються із лабораторії та підйомника, які змонтовані на автомобілях високої прохідності.

В залежності від виконуючих задач і глибини свердловин, що досліджуються, підйомник і лабораторія можуть бути змонтовані на окремих автомобілях, або у вигляді однієї загальної установки у кузові автомобіля.

Нижче, в якості прикладу, наводиться короткий опис підйомника СКП - 4.5, який призначений для спуску та підйому свердловинних приладів на одножильному та багатожильному кабелях у нафтових і газових свердловинах при виконанні промислово-геофізичних робіт разом із типовими лабораторіями.

Підйомник СКП-4.5

Підйомник СКП-4.5 – це самохідна установка, яка змонтована в спеціальному металевому кузові на шасі автомобіля підвищеної прохідності (ЗІЛ-157КЕ).

Спуск та підйом кабелю здійснюється за допомогою лебідки типу ЛКП-М, на барабан якої намотаний кабель, та двох блоків (направляючого та підвісного), які встановлюються на усті свердловини.

Тягове зусилля на барабан лебідки передається від двигуна автомобіля через механізм щеплення та коробку передач автомобіля, коробку відбору потужності, карданну передачу, двошвидкісний редуктор та дворядну ланку.

Зміна швидкості руху кабелю та величини тягового зусилля проводиться керуванням числом оборотів двигуна, переключенням передаточних відношень в коробці передач автомобіля та в двошвидкісному редукторі. Для плавного спуску кабелю та зупинки його на заданій глибині, лебідка обладнана стрічковим гальмом із ручним і пневматичним керуванням.

Лебідка обладнана напівавтоматичним кабелеукладувачем і колектором із металічними щітками для з’єднання жил кабелю зі схемою лабораторії.

Підйомник має органи керування лебідкою та трансмісією її приводу, прилади для вимірювання швидкості руху кабелю, глибини його спуску та натягу, світлову сигналізацію та двосторонній переговорний зв’язок із буровою та лабораторією, прилади для освітлення кузова та устя свердловини, різне обладнання для проведення монтажних робіт при геофізичних дослідженнях, а також обладнання для кріплення при перевезенні свердловинних приладів і вантажів.

Швидкість та глибина спуску кабелю визначається із числа оборотів вимірювального підвісного блоку, на якому встановлений сельсин-датчик глибин. На контрольному пульті підйомника встановлений сельсин-приймач, який обертається синхронно із сельсин-датчиком.

Живлення підйомника здійснюється при перфораторних роботах через живлячий блок від промислової мережі з напругою 110, 220 або 380 В із частотою струму 50 Гц, а при роботі з лабораторією від мережі напругою 110 В. При відсутності промислової мережі живлення підйомника може бути здійснено від бензоелектричного агрегату типу АБ-2, який дає напругу 220 В.

Кузов підйомника розділений на дві частини: лебідчате відділення та кабіна оператора, із якої здійснюється управління лебідкою.

В лебідчатому відділенні розміщені: лебідка, направляючий та підвісний ролики, блок-баланс, вантажі, свердловинні прилади та інше обладнання. В задній частині лебідчатого відділення є широкі двері для спуску кабелю з лебідки.

В кабіні оператора розміщені: органи керування лебідкою та її приводом, струменевий блок та пункт контролю каротажу. Кабіна має вікно для спостерігання за барабаном лебідки та рухом кабелю.

В останній час безперервно зростає число глибоких свердловин. Для дослідження свердловин глибиною до 7 км розроблені підйомники СКП-7/1 і СКП-7/3.

Лебідки

Промислово-геофізичні дослідження проводяться в структурно-картувальних, розвідувальних та експлуатаційних свердловинах різної глибини. З метою полегшення транспортування та запобігання перешкод від наводок в кабелі бажано проводити дослідження з використанням кабелю довжиною на лебідці, яка перевищує глибину свердловини на невелику величину.

В даний час випускаються різні лебідки, що конструктивно відрізняються ємністю барабана в метрах і місткістю різних типів кабелю (багатожильний броньований та шланговий). По вантажопідйомності лебідки умовно підрозділяються на три типи: легкі – для дослідження неглибоких свердловин до 1000 м, середні для свердловин глибиною до 2000-3000 м і важкі – для більш глибоких свердловин. Розраховані тягові зусилля вказаних лебідок рівні відповідно до 1.2 і більше тонн.

Для обертання барабанів лебідок важкого типу звичайно використовуються ходові двигуни автомобілів, на шасі яких змонтований підйомник. Передача обертання від двигуна до барабана лебідки, як указувалося вище, здійснюється за допомогою коробки відбору потужності.

Барабан оснащений гальмами, які складаються з двох стрічок із наклепаними на них шарами фарадо, які охоплюють щітки барабана.

Для обертання барабана лебідок середнього типу можуть також використовуватися електродвигуни, окремі двигуни, а в лебідках легкого типу, із малою кількістю кабелю (до 400 м) застосовується ручний привід.

Передача від двигуна до барабана лебідки повинна забезпечувати можливість зміни швидкості підйому кабелю в діапазоні 150-4000 м/год. і мати передачу на плавний спуск кабелю.

Укладання кабелю на барабан лебідки, встановленої у підйомнику, робиться автоматичним кабелеукладувачем із ручним коректуванням. На підйомниках більш ранніх випусків укладання кабелю робилося напівавтоматично з приводом від штурвала. При довжині кабелю на лебідці до 400 м укладання кабелю рядами може не робитися в зв'язку з невеликою вагою кабелю.

Для під’єднання вимірювальної ланки до жил кабелю на лебідках встановлюються колектори. Колектор лебідки переважно складається із рухомої частини, яка зв’язана із барабаном лебідки і нерухомої – корпусу, який закріплений на рамі лебідки. На одній із цих частин - переважно на рухомій - є ізольовані металічні кільця, по яким ковзають щітки. До кілець підведені жили кабелю; від щіток беруться виводи на вимірювальну схему. Колектори лебідок бувають дискові і циліндричні.

Широке застосування в останній час знайшов маслонаповнений циліндричний колектор типу KM-I.

У процесі геофізичних досліджень необхідно направляти рух кабелю по центрі свердловини і безперервно контролювати положення свердловинного приладу. Повинні бути відомі дані про глибину знаходження, швидкість переміщення приладу по свердловині та натягу кабелю. Крім того необхідне чітке узгодження переміщення приладу по свердловині з рухом діаграмного паперу, на якому реєструються криві геофізичних параметрів, що вимірюються.

Ці задачі розв’язуються використанням блок-балансу із датчиками глибини та натягу і сельсинної передачі.

Блок-баланс

Блок-баланс (Рис. 1.1) складається з ролика для направлення та подачі кабелю у свердловину і підставки, яка встановлюється над гирлом свердловини і притискається до стола ротора буровим інструментом. При дослідженні свердловин, що буряться, до основи блок-балансу знизу приварюється поперечна планка, що упирається у вкладиш ротора і запобігає горизонтальному зміщенню блок-балансу. Для роботи в обсаджених свердловинах і через бурильні труби використовують блок-баланс, що представляє собою патрубок із кронштейном, на якому встановлений ролик. Патрубок блок-балансу для обсаджених свердловин оснащений різьбою під муфту обсадної колони або фланцем, який потім кріплять до фланця обсадної колони.

Застосовуються блок-баланси декількох типів для різних кабелів. Вони відрізняються в основному розмірами ролика. Крім того, ролик для броньованого кабелю сталевий, а для кабелів із резиновою обмоткою – алюмінієвий. Для трьохжильних (обмоткових і шлангових) кабелів діаметр ролика по жолобі (471 мм) забезпечує за єдиний його оборот проходження 1, 5 м кабелю. У блок-балансі для одножильного броньованого кабелю діаметр ролика по жолобі (628 мм) відповідає проходженню 2 м кабелю за один оборот ролика.

Рисунок 1.1 – Блок-баланс

На загальній осі з роликом блок-балансу насаджена шестерня, яка передає обертання датчику глибини, який закріплений в прорізі на щоці ролика. Співвідношення чисел зубів таке, що при проходженні через ролик блок-балансу 1 м кабелю ротор сельсинного механізму датчика глибини робить 4 обороти.

Сельсинна (автосинхронна) передача

Сельсинна (автосинхронна) передача складається як мінімум із двох ідентичних електричних механізмів - датчика та приймача, що представляють собою електродвигуни змінного струму з двополюсними статорами і трифазними роторами. У якості датчика звичайно застосовується сельсин ДИ-5П. Приймачем служить сельсин CC-50I. Принципова схема сельсинної передачі показана на рисунку 2.2. Якщо в деякий момент часу ротори датчика і приймача знаходяться в ідентичних положеннях, то в трьох з’єднуючих їхніх проводах струм і=0, так як збуджуючі в обмотках ротора ЕДС однакові і протилежні за знаком. Якщо ж ротор датчика буде повернений на деякий кут, то ЕДС у його обмотках зміниться і по проводах піде струм i. Цей струм, пройшовши по обмотках ротора приймача, у взаємодії з магнітним полем статора створить обертовий момент, який буде обертати другий ротор. Дія обертового моменту продовжується до тих пір, поки струм знову не стане рівним нулю, тобто коли другий ротор стане в положення, ідентичне положенню першого ротора. Таким чином, обертання ротора датчика приводить до строго узгодженого обертання ротора приймача.

Рисунок 1.2 – Принципова схема сельсинної передачі

У сельсинній передачі паралельно можуть бути з’єднані декілька приймачів. Практично, при промислово-геофізичних дослідженнях свердловин, зв’язок датчика, встановленого на ролику блок-балансу, здійснюється з трьома приймачами:

1)лічильником глибини у кабіні лебідчика;

2)лічильником глибини на контрольній панелі лабораторії;

3)стрічкопротяжним механізмом реєстратора.

Через наявність пружного подовження кабелю і можливості ковзання кабелю в жолобі ролика блок-балансу і діаграмного паперу в стрічкопротяжному механізмі реєстратора, дистанційна передача не завжди забезпечує достатньо добру відповідність масштабу глибини діаграми фактичним глибинам. Тому для внесення поправок у масштаб глибин діаграми на кабелі через рівні інтервали (20-50 м) встановлюються механічні або магнітні мітки.

На блок-балансі є міткоуловлювач, що фіксує проходження міток і передає відповідні сигнали на реєстратор.

Для визначення натягу кабелю при спуск-підйомних операціях вісь і опора ролика блок-балансу зміщені відносно один одного. Це зміщення визначає довжину малого плеча важеля, який рівний в блок-балансах важкого типу 8 мм, а друге плече довжиною 350 мм утворюється продовженням щоки ролика від точки опори до місця кріплення динамометра. Кінець великого плеча важеля зв’язаний механічно з рухливим контактом реостата, що є датчиком натягу кабелю. Сила, яка діє на динамометр, в даному випадку приблизно рівна 1/30 фактичного натягу кабелю в свердловині. На блок-балансах легкого типу динамометри вказують силу, яка рівна 1/10 натягу кабелю у свердловині.

Для перетворення змін опорів датчика натягу ДН у покази вимірювального приладу служить схема, яка показана на рисунку 1.3. Регулювання схеми проводиться при позиції “контр” на контрольній панелі. В даному положенні до схеми підключається замість реостата датчика еталонний опір R₂; реостатом установка струму R₄ встановлюються покази, які відповідають натягу при опорі датчика рівному еталонному (визначається експериментально, при відомих натягах кабелю).

Рисунок 1.3 – Принципова схема вимірювання натягу кабелю

В усіх промислово-геофізичних станціях прилади, які служать для контролю за рухом кабелю, змонтовані на спеціальних контрольних панелях, основними елементами яких є:

1.Лічильник глибини – десятковий нумератор, який з’єднаний через редуктор із сельсин-приймачем.

2.Покажчик швидкості руху кабелю – вольтметр, проградуйований у км/год., який з’єднаний з динамомашиною постійного струму, що обертається від ротора сельсин-приймача.

ЕДС, яка утворюється динамомашиною, пропорційна швидкості обертання її ротора, а отже і швидкості обертання ролика блок-балансу.

3.Покажчик натягу кабелю – вольтметр, який проградуйований в кг, що вимірює напругу, яка знімається з потенціометра, рухомий контакт якого механічно зв’язаний із динамометром, який встановлений на блок-балансі.

Промислово-геофізичні кабелі

Спуско-підйомні операції в свердловинах при геофізичних роботах здійснюються за допомогою спеціальних кабелів, що одночасно служать лінією зв’язку між свердловинними приладами та наземною апаратурою і несуть механічне навантаження. У зв’язку з цим до кабелів пред’являються особливі вимоги: вони повинні мати достатню міцність, гнучкість, мати невеликий електричний опір і високу ізоляцію струмопровідних жил.

Використовуються одножильні, трьохжильні та багатожильні кабелі, що за конструкцією поділяються на обмоткові, шлангові та броньовані. Тип кабелю, вибраного для роботи, залежить від геологічних і свердловинних умов.

Умови роботи кабелів дуже різноманітні. Навколишнє середовище, яке їх оточує, може характеризуватися високими температурами (до 200-250° С) і тисками (понад 10⁸ Па), наявністю хімічно агресивних речовин у промивній рідині, присутністю нафти і газу в стовбурі свердловини і нерівномірністю перетину стовбура необсадженої свердловини.

У трьохжильних кабелях з обмотковим і шланговим покриттям механічне навантаження несуть струмонесучі жили, у броньованих кабелях – верхня двошарова дротяна броня.

Кожному типу кабелю привласнений шифр, у якому перша буква означає кабель, друга – число жил у кабелі (О – одножильний, Т – трьохжильний, С – семижильний), третя буква – матеріал оболонки (О – обмотковий, Ш – шланговий, Б – броньований), четверта і наступна букви – специфіку кабелю (Д – двох-броньований, Ф – фторопластова ізоляція, Т – теплостійкий, П – жила кабелю покрита поліетиленом), а цифра вказує на мінімальне розривне зусилля. Наприклад, КОБДФ-6 розшифровується в такий спосіб: кабель одножильний, броньований, двох-броньований, із фторопластовою ізоляцією та шеститонним розривним зусиллям (табл. 1.1). Виключення складають марки кабелю КПКО-2, КПКО-6 – кабель з поліетиленовою ізоляцією, каротажний одножильний, ККФБ-1, ККФБ-6 – кабель каротажний із фторопластовою ізоляцією, броньований, КПКТ – кабель з поліетиленовою ізоляцією, каротажний, теплостійкий.

Пристрій кабелів показаний на рисунку 1.4. В даний час найбільше поширення одержали броньовані кабелі, що дозволяють проводити усі види геофізичних робіт, виконувати їх в умовах великих температур і тисків і в свердловинах з високою щільністю промивної рідини. Броньовані кабелі мають малі діаметр і масу, відрізняються невисокою вартістю виготовлення і тривалим терміном експлуатації.

Для механічного й електричного з’єднання кабелю з свердловинними приладами або зондовими установками існують типові кабельні наконечники з голівками або напівмуфтами. Кабельні наконечники та напівмуфти бувають двох типів – для броньованих і неброньованих кабелів. Застосування типових кабельних наконечників забезпечує уніфікацію, взаємозамінність, надійність і швидкість перез’єднання свердловинних приладів у процесі робіт.

Таблиця 1.1 – Технічні характеристики обмоткових, шлангових і броньованих кабелів

При виробництві геофізичних робіт різними методами істотне значення має надійність лінії зв'язку. Порушення ізоляції в кабелі приводить до перекручування сигналів, часом до повної непридатності їх для подальшої обробки. Криві різних методів, отримані з витоками струму в живильних чи вимірювальних пенях, вважаються шлюбом.

I, II, III – одно-, трьох- і семижильні броньовані кабелі. 1 – струмопровідна жила кабелю; 2 – гумова ізоляція жили; 3 – зовнішнє покриття жили; 4 – заповнювач; 5 – зовнішня обмотка; 6 – зовнішнє гумове покриття; 7 – внутрішня броньована обмотка; 8 – зовнішня броньована обмотка

Рисунок 1.4 – Пристрій обмоткових (а), шлангових (б) і

броньованих (в) кабелів

Основна боротьба з викривленнями, які виникають під дією витоків струму, – контроль за ізоляцією жил кабелю і внутрішніх ланок лабораторії та усунення порушень ізоляції. Опір ізоляції кабелю і проводів, які з’єднують, виміряється мегомметром. Для цього кабель від’єднують від свердловинного приладу і гумову ізоляцію на кінцях жил кабелю ретельно протирають та просушують. Одну клему мегомметра з’єднують з жилою кабелю, що перевіряється, а другу – з обмоткою кабелю (зволоженої, якщо кабель неброньований) або з корпусом лебідки.

Переважно опір ізоляції жили нового (отриманого з заводу) кабелю становить 100-50 МОм на 1 км, при 20°С. У процесі експлуатації він знижується у зв’язку із послабленням ізоляції кабелю.

При геофізичних дослідженнях свердловин необхідно виключити можливість витоків струму із живлячої та вимірювальної ланок на землю і з одної ланки в іншу, тому перед виїздом на свердловину, до і після кожного дослідження перевіряється опір ізоляції кабелю, звичайно за допомогою мегомметра. Мегомметр збуджує напругу до 500 В. Якщо можливий пробій ізоляції приладів або ізоляції кабелю при даній напрузі, то використовуються омметри.

Зниження опору ізоляції зазвичай буває викликане її пошкодженням в окремих місцях. Після виявлення цих місць і відповідного ремонту, кабель може бути знову застосований для досліджень свердловин.

Одним із способів виявлення місць втрат струму в броньованому кабелі є спосіб Васильєва І.А. Для визначення місця порушення ізоляції кабель перемотується з однієї лебідки на іншу (Рис. 1.5) причому обидві лебідки (або принаймні одна) ізольовані від землі. Пропускається струм від батареї Б (силою 2-8 А) між корпусом (бронею кабелю) однієї лебідки і корпусом іншої, у результаті чого створюється деяке падіння потенціалу на ділянці броні кабелю (15-25 м) між лебідками. Спостереження проводяться ламповим вольтметром ЛВ підключеним до броні кабелю на одній із лебідок і до одного із кінців жил кабелю через колектор.

Рисунок 1.5 – Схема визначення порушення ізоляції броньованого кабелю

Місце порушення ізоляції визначається зміною показів вимірювального приладу ЛВ при переміщенні його з однієї лебідки на іншу. Даний спосіб використовується і при наявності декількох місць порушення ізоляції.

Більш точне розміщення місця втрати в броньованому кабелі, при опорі ізоляції не більш 2 МгОм, визначається за допомогою замірів місткової схеми постійного або змінного струму (Рис. 1.6). Відстань від одного l ₁ та іншого l ₂ кінців кабелю до місця витоку визначаються за формулами:

та , (1.1)

де R _с і R _р – опори плечей моста, при яких спостерігається положення рівноваги; L = l ₁+ l ₂ загальна довжина кабелю, що досліджується.

Рисунок 1.6 – Місткова схема визначення порушення

ізоляції броньованого кабелю

Лубрікатори

Ряд геофізичних робіт (термічні дослідження, виміри при роботі з радіоактивними ізотопами, визначення водонафтових контактів, перфорація свердловин та ін.) проводяться при герметизованому гирлі свердловин за допомогою лубрікатора. На рисунку 1.7 зображений лубрікатор марки Л-4, який встановлюється на фланці арматури свердловини.

1-основа; 2-вимірювальний ролик; 3-приймальна камера; 4-кронштейн; 5-сальник; 6-верхній ролик; 7-кабель; 8-черв’ячне колесо із кронштейном для установки приймаючої камери.

Рисунок 1.7 – Загальний вид лубрікатора Л-4

Свердловинний прилад на кабелі вводять спочатку в прийомну камеру 3 лубрікатора, а потім, відкривши підлубрікаторну засувку, опускають його у свердловину. Введення кабелю в лубрікатор герметизується сальником 5. Є лубрікатори різних типів, які використовуються при різних тисках у свердловині. Для роботи з герметизованим гирлом використовуються також гирлові сальники.

Сальник-лубрікатор СЛГ-1. Він призначений для герметизації гирла нафтових свердловин із високим гирловим тиском при спуску глибинних приладів на броньованому кабелі КОБД-4 з одночасною механізацією процесу примусового спуску. Сальник-лубрікатор СЛГ-1 включає ущільнюючий вузол, вузол штовхання і кронштейн із роликом. Ущільнюючий вузол, який складається з набору шайб, що дроселюються, утворює разом із кабелем лубрікаторне ущільнення, за допомогою якого герметизується гирло свердловини.

Вузол штовхання складається з двох пар здвоєних роликів-шестерень, які зближуючись під дією гирлового тиску, обтискують кабель, що спускається в свердловину за допомогою ручного приводу.

Сальник-лубрикатор СЛГ-1 входить в комплект станцій, які призначені для досліджень свердловин глибинними приладами, що спускаються на кабелі КОБД-4.

1.3 Порядок виконання лабораторної роботи

1. Ознайомитись з роботою геофізичної станції ЛКЦ-10.

1.1. Вивчити будову та принцип роботи геофізичної станції ЛКЦ-10.

1.2. Провести підключення геофізичної станції до центральної мережі живлення.

2. Провести повірку роботи каналів реєстрації від внутрішніх градуйованих компенсаторів поляризації:

2.1. встановіть перемикач вибору каналів ГКП в положення “1к”;

2.2. включіть ГКП;

2.3. встановіть резистором “ТОК” у ланці ГКП1 Струм 5 мА;

2.4. встановіть необхідну полярність відхилення бліку гальванометра;

2.5. встановіть перемикач “ГРУБО” 1к в положення 100;

2.6. встановіть перемикач SA8 і SA9 “ВЫХОД” мВ у положення 0 і 400;

2.7. встановіть резистор “ПЛАВНО” 1к у крайнє ліве положення;

2.8. встановіть резистором “ПЛАВНО” 1к відхилення бліка гальванометра, яке рівне (8.0±0.2) см при нажатій кнопці “1к”;

2.9. аналогічні повірки проведіть при всіх положеннях перемикачів “ВЫХОД мВ” для ГКП1 і ГКП2 згідно таблиці 1.2. Відхилення бліку гальванометра повинно відповідати таблиці 1.1 з похибкою не більше ±5%. Вибір каналу ПМ, що повіряється, проводиться перемикачем ГКП. Відлік показів бліків гальванометра на осцилографі НО-28А проводиться при замиканні вимірювальної ланки ПМ кнопкою каналу, що повіряються (Табл.. 1.2);

2.10. зробіть висновок, що до повірки роботи каналів реєстрації від внутрішніх градуйованих компенсаторів поляризації.

3.Вивчення будови та призначення підйомників і лебідок.

4.Вивчення пристрою блок-балансу.

5.Вивчення електричних схем приладів контролю за рухом кабелю.

6.Включення макета сельсинної передачі і перевірка впливу на її роботу наступних чинників: а) порядок включення проводів, що з’єднують обмотки роторів, б) зміна гальмівного моменту, який прикладається до ротора приймача, в) різка зміна обертання одного із сельсинів.

7.Ознайомлення із пристроями лубрікаторів.

Таблиця 1.2 – Повірочна характеристика градуйованих компенсаторів поляризації

8.Вивчення типів кабелів, що використовуються, та способів визначення місць порушення ізоляції броньованих кабелів.

8.1.Вивчити будову коси БКЗ;

8.2.Розмотати косу БКЗ;

8.3.За допомогою мегомметра визначити опір ізоляції між центральною жилою кабелю та обмоткою кабелю, а також між електродами зондів БКЗ;

8.4.Результати вимірювання записати у звіті з лабораторної роботи.

1.4 Контрольні питання

1. Призначення геофізичних станцій.

2. Які використовуються геофізичні станції при дослідженні свердловин.

3. Призначення панелі перемикання масштабів.

4. Призначення панелі контролю каротажу.

5. Яким чином проводиться повірка роботи каналів реєстрації від внутрішніх градуйованих компенсаторів поляризації?

6. Що включає в себе промислово-геофізичне обладнання?

7. Призначення та будова підйомника.

8. Призначення та будова лебідок.

9. Призначення, будова блок-балансу та принцип роботи.

10. Призначення сельсинної передачі та її принцип роботи.

11. Призначення датчика натягу кабелю та його принцип роботи.

12. Призначення та класифікація геофізичних кабелів.

13. Принцип визначення місць порушення ізоляції кабелів.

14. Призначення, будова та принцип роботи лубрікаторів.

1.5 Література

1. Дьяконов Д.И., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин. М., Недра, 1977. 432 с.

2. Дахнов В.Н. Промысловая геофизика. М., Недра., Гостоптехиздат, 1986, - 692 с.

3. Померанц Л.И., Чукин В.Т. Аппаратура и оборудование для геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1978.

Лабораторна робота №2

Вивчення будови, принципу роботи

та градуювання інклінометра

2.1 Мета роботи

Вивчити фізичні основи даного методу, будову та принцип роботи апаратури, а також провести градуювання інклінометра.

2.2 Теорія

Свердловини проектуються вертикальними або похило-направленими. В процесі буріння стовбур свердловини відхиляється від заданого напрямку з ряду причин геологічного та технічного характеру. Фактичне відхилення осі свердловини від вертикалі в якому-небудь напрямку називається викривленням свердловини. Воно визначається кутом викривлення y і магнітним азимутом викривлення j (Рис. 2.1). Кут нахилу свердловини вимірюється між віссю свердловини і горизонтальною площиною та дорівнює 90° – y. Магнітний азимут викривлення визначається кутом між напрямком на магнітний північ і горизонтальною проекцію осі свердловини, яка взята у бік збільшення глибини свердловини. Площина, що проходить через вертикаль і вісь свердловини у визначеному інтервалі глибин, називається площиною викривлення.

Дані про викривлення свердловини необхідні для визначення глибини розташування вибою та дійсних глибин залягання пластів, розрахунку нормальної потужності пластів, для здійснення контролю за викривленням свердловини та виявленням ділянок різких відхилень стовбура свердловини, що можуть ускладнити спуск бурового інструмента, геофізичних приладів, обсадних труб і свердловинних фільтрів.

l_i – довжина свердловини; h_i, l_i-1 – глибина розташування вибою й абсолютна оцінка устя; А – вісь свердловини; П-н_м, П-д_м – магнітні північні та південні полюса.

Рисунок 2.1 – Проекція ділянки стовбура свердловини на горизонтальну площину (б) і ділянка осі свердловини у вертикальній площині (а)

2.3 Апаратура, обладнання та матеріали

Вимір кута й азимута викривлення свердловин здійснюється спеціальними приладами-інклінометрами, які можна об’єднати в три групи:

1) інклінометри з дистанційним електричним виміром;

2) фотоінклінометри;

3) гіроскопічні інклінометри.

В інклінометрах перших двох груп елементи викривлення свердловини визначаються за допомогою земного магнітного поля та сили тяжіння. Робота інклінометрів третьої групи заснована на гіроскопічному ефекті. Більш детально розглянемо роботу інклінометрів з дистанційним електричним виміром.

Найбільш розповсюдженими інклінометрами цієї групи є ІШ-2, ІШ-3, ІШ-4, ІШ-4Т конструкції І. В. Шевченка, ІК-2, ІТ-200, УМІ-25, ЗІ-1М та І-7.

Головна механічна частина приладів – обертова рамка, вісь якої збігається з головною віссю інклінометра (Рис. 2.2). Центр ваги рамки зміщений так, що площина її завжди розташовується перпендикулярно до площини викривлення свердловини. В рамці містяться датчики азимута і кута викривлення свердловини.

1 – підшипник; 2 – контактні кільця колектора; 3 – колектор; 4 – магнітна стрілка; 5 – пружинні контакти стрілки; 6 – азимутальний реохорд; 7 – контактне кільце; 8 – вістря; 9 – вантаж бусолі; 10 – дугоподібний важіль; 11 – схил; 12 – струмопровідний провід датчика кута; 13 – стрілка схилу; 14 – кутовий реохорд; 15 – вантаж, що орієнтує рамку; 16 – керн рамки.

Рисунок 2.2 – Схема вимірювальної частини інклінометрів типу ІШ і ІК

Датчик азимута складається з бусолі, магнітної стрілки, яка переміщається над круговим реостатом. Бусоль підвішена на двох закріплених у рамці півосях так, що вістря, на якому обертається магнітна стрілка, розташовується вертикально, а колодка з азимутальним реохордом – горизонтально. При вимірі азимута, магнітна стрілка, за допомогою встановлених на ній пружинних контактів, з’єднує струмопровідне кільце з однією з точок реохорда. У вимірювальний ланцюг вводиться ділянка азимутального реохорда, опір якого пропорційний величині азимута викривлення.

Датчик кута викривлення складається з дугового реостата, який розміщений напроти кінця стрілки та важеля, з яким скріплена стрілка. Важіль і стрілка знаходяться в площині викривлення, яка перпендикулярна до осі рамки. При вертикальному положенні приладу кінець стрілки важеля знаходиться напроти початку реохорда. При нахилі приладу стрілка відхиляється щодо цього положення на кут, який дорівнює куту відхилення свердловини від вертикалі. При замиканні живлячої ланки кінець стрілки притискається до кутового реохорда. У вимірювальний ланцюг при цьому вводиться ділянка кутового реохорда, опір якого пропорційний величині кута викривлення.

Електричні схеми інклінометрів приведені на рисунку 2.3.

Інклінометр ІК-2 призначений для роботи з одножильним кабелем. Його електрична схема складається із комбінації електричних схем інклінометрів ІШ-3 та ІШ-4. Переключення позицій для виміру кута й азимута викривлення виконується за допомогою електромагніта L, за допомогою зміни полярності джерела живлення. Для живлення приладу використовується постійний струм напругою 140 В. Для виміру елементів викривлення свердловини застосовується мостова схема. Міст врівноважується круговим реохордом R. Відлік величин азимутів і кутів викривлення проводиться безпосередньо по градуйованій шкалі.

Універсальним малогабаритним інклінометром УМІ-25 вимірюють кути й азимути викривлення необсаджених глибоких нафтових і газових свердловин, свердловин алмазного буріння, а також елементи викривлення свердловин у процесі їх буріння. За конструкцією та електричною схемою він аналогічний розглянутим інклінометрам (Рис. 2.3). На відміну від інклінометрів типів ІШ і ІК прилад забезпечує роботу в буровому інструменті й в обсаджених свердловинах, де діаметр прохідного отвору не менш 30 мм. Прилад УМІ-25 може експлуатуватися з одножильним і трьохжильним кабелем.

R _aз, R _кут – азимутальний і кутовий реохорди; P _aз, P _кут – реле азимута і кута; K _aз, K _кут – азимутальне і кутове кільця; П1, П2 – перемикачі; Д1 -Д 3 – діоди; РП – прилад, який реєструє

Рисунок 2.3 – Електричні схеми інклінометрів ІШ-2 (а) і ІК-2 (б)

Інклінометри ІТ-200 і І-7 використовуються для дослідження глибоких і надглибоких свердловин. За конструкцією вони аналогічні інклінометрам типів ІШ, ІК та УМІ.

Кожухи всіх інклінометрів латунні або з немагнітної сталі. Вони заповнюються на 75% об’єму сумішшю трансформаторного масла з лігроїном або гасом для змащення вузлів і забезпечення затухання руху частин перемикаючого механізму та вимірювальної частини приладу. Вимір кута й азимута викривлення цими інклінометрами можливо тільки в необсаджених свердловинах. В обсаджених свердловинах сталевими колонами можна вимірювати тільки кут викривлення.

Похибки визначення кута й азимута викривлення свердловин пов’язані з порушенням ізоляції ланцюгів і жил кабелю, відхиленням сили струму живлення від необхідного значення, непаралельністю осей інклінометра і свердловини, недостатньо точним регулюванням механічних і електричних схем приладу. Непаралельність осей свердловини і приладу обумовлена наявністю каверн і нерівномірної товщини на стінках свердловин глинистої кірки. Для зменшення похибок вимірів y і j в останньому випадку збільшують довжину приладу шляхом приєднання до нього подовжувача, який служить як вантаж і дозволяє зберегти положення приладу, паралельно осі свердловини. Опір ізоляції ланцюгів приладу і жил кабелю повинний бути не менший 2 МОм.

Технічна характеристика деяких типів інклінометрів приведена в таблиці 2.1.

Градуювання інклінометрів

Перед вимірами в свердловині необхідно перевіряти правильність показів інклінометра. Градуювання приладу полягає в узгодженні значень магнітного азимута і кута викривлення свердловини, що вимірюються за допомогою інклінометра, із заданими значеннями азимута і кута.

Таблиця 2.1 – Технічні характеристики інклінометрів

*Разом з подовжувачем.

Для задання певного азимута і кута викривлення використовують установочний стіл УСІ-2. Стіл із затиском для інклінометра має дві осі обертання – горизонтальну і вертикальну. Щоб задати інклінометру положення в тому чи іншому азимуті, його обертають у затиску біля вертикальної осі до одержання потрібного показу на лімбі; кут викривлення задається обертанням затиску біля горизонтальної осі, де є шкала для відліку кута.

Перед градуюванням стіл регулювальними гвинтами встановлюється в горизонтальне положення. Кути викривлення, що задаються на установчому столі, контролюються більш точним приладом – кутоміром-квадрантом. При градуюванні інклінометрів поблизу (до 5 м) не повинно бути предметів з магнітних матеріалів.

Представлення даних інклінометрії

Дані інклинометрії представляють у вигляді таблиці значень кута викривлення y, магнітного азимута j і дирекційного кута a, напрямку викривлення свердловини. Значення y, j і a відповідають визначеній глибині виміру.

Дирекційний кут – кут між північним кінцем осьового меридіана (або віссю Х географічної координатної сітки даної зони) і заданим напрямком; він відраховується від північного кінця меридіана за годинниковою стрілкою. Величина дирекційного кута визначається співвідношенням

, (2.1)

де g – кут зближення (кут між осьовим меридіаном і меридіаном у даній точці; він може бути додатнім або від’ємним); D – магнітне відхилення (східне – зі знаком плюс, західне – зі знаком мінус).

Таким чином, для одержання дирекційного кута викривлення свердловини необхідно до значення вимірюваного магнітного азимута j додати деякий кут g ± D, величина якого звичайно вказується на географічних картах.

За даними вимірюваного кута викривлення свердловини та вирахуваного дирекційного кута будується інклінограма – проекція осі свердловини на горизонтальну площину (Рис. 2.4). Інклінограму свердловини одержують шляхом послідовної побудови горизонтальних проекцій окремих ділянок свердловини, починаючи з найменшої глибини. При цьому значення y і a визначаються в окремих точках і умовно приймаються в якості середніх для інтервалу між двома сусідніми точками.

Горизонтальна проекція i-го інтервалу з кутом викривлення y

, (2.2)

де l _i = H _i -H _i-1 – довжина інтервалу: H _i-1 і H _i – глибини розташування верхньої і нижньої точок інтервалу.

Рисунок 2.4 – Приклад побудови інклінограми

Визначивши послідовно по формулі горизонтальні проекції окремих інтервалів, відклавши їх значення в масштабі за напрямками дирекційних кутів і з’єднавши початкову точку першого інтервалу з кінцевою точкою останнього інтервалу, одержимо загальну горизонтальну проекцію свердловини або загальне зміщення осі свердловини від вертикалі на дослідженій ділянці. Величина зміщення і його напрямок позначаються на плані. Інклінограма будується в масштабі 1: 200.