Квалификационная работа (стр. 15 )

3.2.4.3.Структура модуля электромагнитного каротажа.

Блок обработки цифровой информации модуля ЭМК изготовлен на основе шестнадцатиразрядного сигнального процессора типа ТМS320C50 (с фиксированной точкой). Производительность процессора 30 МIPS (30 миллионов операций в 1 с.). Оперативная память программ 9 килослов (9 кслов) =18 кбайт. Оперативная память данных 1 кслов=2 кбайт. Энергозависимая память загрузки программ 64 кбайт.

Управляющая программа модуля – коммуникационный монитор проводит обмен данными с бортовым компьютером, чтение и загрузку (модификацию) всех типов памяти и систем, перепрограммирование процессора. Объём памяти, занимаемый управляющей программой 6 кбайт.

Программное обеспечение измерительного процесса формирует зондирующие сигналы в диапазоне частот от 1…5 до 100 кГц (с используемым типом АЦП). С другим типом АЦП возможно расширение диапазона рабочих частот модуля до 1 МГц. Выполняется многочастотный режим работы модуля на заданной сетке частот. Программа обеспечивает работу измерительного модуля: приём измерительных сигналов (оцифровку) – аналого-цифровое преобразование, первичную обработку сигналов – усреднение, фильтрацию, измерение комплексных сигналов (амплитуд и фаз), вычисление комплексных проводимостей, сжатие и передачу данных в центральный бортовой компьютер ЗТС. Объём памяти, занимаемый программой 8 кбайт.

3.2.4.4. Физическое моделирование работы модуля ЭМК.

Физическая модель скважины (рис.3.25) разработан для исследования влияния околоскважинного пространства и бурового раствора как внутри трубы, так и между трубой и стенкой скважины, прохождение зон водонефтяного (ВНК) и газонефтяного (ГНК) контактов, продуктивного слоя, идентификации и дифференциации различных физических сред.

Концентрически расположенные области физической модели заполнены следующим образом: зона 0 – буровой раствор на водяной основе, зона 1 – буровой раствор, зона 2 – исследуемая среда.

Заведомое снижение чувствительности каротажа модели объясняется диэлектрической перегородкой между 1 и 2 зонами. Слой диэлектрика оказывает значительное экранирующее действие и снижает чувствительность к параметрам исследуемой среды в зоне 2. Моделирование проведено в частотном диапазоне 100Гц … 1 МГц, выбранном по опыту разработки компьютерного анализатора газонефтяных потоков с использованием электроёмкостной компьютерной томографии.

Диапазон измерения параметров ε и ρ газоводонефтяных смесей заведомо перекрывает диапазон измерения аналогичных параметров геофизических средств при каротаже. Для указанных смесей величины ε изменяются от 1 (газ) до 81..82 (вода); ρ – от 0,2…0,4 Ом*м (вода) до значений, соответствующих нефти и газу.

В экспериментальных исследованиях задействован разработанный модуль ЭМК со стандартными измерительными приборами – измерителями импедансов типа Е7-14,

Е7-12. Исследована частотная дисперсия ε и ρ различных физических сред.

Рис.3.26

Из годографов (рис.3.26) видна сильная частотная дисперсия реактивной составляющей проводимости ε и незначительная – активной составляющей ρ. Закономерность подтверждена результатами работы именно в диапазоне 100 Гц – 1 МГц. Такая частотная дисперсия позволяет идентифицировать и дифференцировать физические среды по годографам комплексных проводимостей.

На установке смоделировано прохождение модулем ЭМК водонефтяного контакта (рис.3.27), газонефтяного контакта (рис.3.28) и продуктивного пласта (рис.3.29). Результаты физического моделирования подтверждают правомерность и обоснованность технических решений, заложенных в разработанный геофизический модуль ЭМК.

Рис.3.29.

3.2.5.Электрический каротаж в процессе бурения скважин.

3.2.5.1.Физическое обоснование каротажа сопротивления.

При каротаже сопротивлений (КС) скважинный турбогенератор используется в качестве источника зондирующего сигнала большой мощности (500-800 Вт.), что существенно повышает помехоустойчивость измерений. Простота изготовления геофизического модуля КС в сочетании с высокими энергетическими характеристиками зондирующего электрического поля позволила создать эффективный инструмент, способный надежно функционировать в самых сложных условиях бурения. Модуль КС успешно прошёл испытания при бурении горизонтальных скважин в различных регионах РФ.

Скважинный турбогенератор снабжает электроэнергией электронные схемы, датчики и канал связи с поверхностью. Информация передаётся на частотах 1-10 Гц в зависимости от глубины скважины по беспроводному ЭМКС. Частоты определяют огибающую модулированного радиоимпульсного сигнала, используемого для кодирования передаваемых по каналу связи данных. Сигнал в зоне электрического разделителя ЗТС имеет более сложную частотно - временную структуру по сравнению с сигналом, принимаемым на поверхности, что обусловлено большим затуханием высокочастотных составляющих сигнала передатчика ЗТС. Электрический каротаж проводится в диапазоне частоты, его оценивают при подключении передатчика ЗТС к электрическому разделителю (рис.3.30). Скважинный турбогенератор (ТГ) подключается к электрическому разделителю через семисторный мост, формирующий фазомодулированный сигнал передатчика ЗТС. Частота выходного напряжения ТГ находится в диапазоне 50-200Гц в зависимости от режима бурения. На выходе семисторного моста формируются кодированные сигналы радиоимпульсов в виде однополярных полуволн гармонического напряжения ТГ. Длительность полуволн напряжения изменяется от 2,5 до 10 мс. В первом приближении в частотном спектре сосредоточено не менее 90% энергии сигнала, его ширина 100-400 Гц. Электрический каротаж проводится в диапазоне рабочих частот с ТГ в качестве первичного источника зондирующего сигнала.

Влияние вариации частоты зондирующего сигнала модуля КС на точность измерения удельного электрического сопротивления разбуриваемой породы определяется частотной дисперсией электрических характеристик. Экспериментальные исследования показали, что в диапазоне частот 100Гц-1МГц имеет место сильнейшая частотная дисперсия диэлектрической проницаемости физических сред при незначительной дисперсии удельного сопротивления. В работе приведены результаты экспериментов по частотной дисперсии электрических характеристик в диапазоне частот от 100 Гц до микроволновой области. Исследовалась частотная зависимость диэлектрической проницаемости ε и удельной электрической проводимости σ для типичной суглинистой почвы со средним содержанием воды около 10% по массе (рис.3.31.).

На низких частотах диэлектрическая проницаемость почвы очень велика, что присуще большинству геологических материалов и не связано с влиянием измерительных электродов. Из графиков (рис.3.31, а и б) видно, что эквивалентная проводимость σ среды в области частот 100Гц -1МГц и эквивалентная проницаемости ε в диапазоне 10000000-1000000000 Гц практически не зависят от частоты. На частотах примерно до 1МГц эквивалентная проводимость постоянна, т. е. проводимость на постоянном токе в основном определяет потери в материале. Таким образом, разработанная схема электрического каротажа КС вполне обоснована и позволяет получить достоверную геофизическую информацию.

3.2.5.2.Функциональная схема модуля КС.

Известные методы электрического каротажа скважин имеют ряд недостатков и ограничений. Традиционный метод электрического каротажа выполняется спуском на геофизическом кабеле каротажных зондов с последующим измерением разности потенциалов. Измерения требуют прерывания процесса бурения и освобождения скважины от колонны бурильных труб с долотом. Данным методом достаточно сложно проводить геофизические исследования (ГИС) в процессе бурения.

Отличительной особенностью разработанного геофизического модуля КС является простота реализации, высокая надёжность в эксплуатации и повышенная помехозащищённость, обеспеченная значительной мощностью зондирующего сигнала 100Вт и более.

В разработанном модуле (рис.3.30) в качестве источника зондирующего электрического поля используется автономный излучатель ЗТС с электромагнитным каналом связи, измерительными электродами являются две части бурильной колонны, изолированные электрическим разделителем телесистемы. В процессе бурения геофизическая информация постоянно измеряется и передаётся на поверхность по электромагнитному каналу связи. Долото 5, расположенное внизу измерительного электрода 3, обеспечивает фиксацию изменения удельного сопротивления вскрываемых в данный момент времени горных пород. Поэтому фактический диаметр скважины и фильтрат бурового раствора практически не влияет на результаты измерений.

Разработанный и изготовленный модуль КС встроен в аппаратную часть забойной телеметрической системы с электромагнитным каналом связи и прошёл промысловые испытание.

3.2.5.3. Скважинные испытания модуля КС в процессе бурения.

Макетный образец модуля КС успешно испытан при бурении скважин № 000 и 5410 Уренгойского ГКМ.

Рис.3.32

На рис.3.32 показана диаграмма кажущегося сопротивления, полученная в процессе бурения скважины № 000 Уренгойского ГКМ. Электрический каротаж проведён в интервале глубин по стволу скважины 2920-3115м., механическая скорость - 6,5 м/ч, время бурения -29,6 ч. Показатели свойств бурового раствора: показатель фильтрации – 1,6 см3/., вязкость -70 сек., плотность – 1200кг/м3. Компоновка низа бурильной колонны: долото 215,9 МС-ГНУ, забойный двигатель-отклонитель Д-195, телесистема, бурильные трубы ТБПВ127Х9. Кривая сопротивления (кривая 1) выделяет границу глинистой кровли и нефтенасыщенного пласта высокого сопротивления БУ9. При корреляции разреза по кривой гамма-каротажа (кривая 2) кровля продуктивного пласта БУ9 отбивается на глубине 2706 м. по вертикали, что соответствует данным электрического каротажа с телесистемы. С глубины 2722м. пласт БУ9 сложен водонасыщенным песчаником, что подтверждается кривой 1, показывающей снижение удельного сопротивления в нижней части пласта БУ9.