Метод пластовой наклонометрии

 

Эффективность геологоразведочных работ может быть значительно повышена, если при моделировании геологического тела использовать информацию об его ориентации в трехмерном пространстве.

Если речь идет о плоском геологическом теле, например, пласте, или частично плоском геологическом теле (когда только один из элементов его поверхности является плоским) обычно определяется угол и азимут наклона одной из его поверхностей. При других формах геологического тела в качестве дополнительного параметра определяют его толщину (мощность).

Без определения указанных параметров залегания геологических тел невозможно достоверное построение геологических разрезов по профилю, проведение корреляции разрезов скважин, построение структурных карт, проектирование профилей и режимов бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, интерпретация данных ГИС и подсчет запасов нефти и газа.

Определение угла и азимута наклона пласта производят по данным специальных комплексных приборов – пластовых наклономеров, включающих инклинометр, каверномер и три однотипных датчика, расположенных друг относительно друга под углом 120° в плоскости, перпендикулярной к оси скважинного прибора и на одинаковом расстоянии от оси прибора и скважины. Последнее достигается тем, что измерительные электроды датчиков размещены на изолированных прижимных башмаках, а сам прибор центрируется в скважине. (Датчики пластового наклономера должны обеспечивать хорошее расчленение разреза скважины, а их показания не зависеть от минерализации фильтрата ПЖ, пластовой воды и остаточной нефтегазонасыщенности промытой части пласта. Наилучшие результаты были получены при использовании датчиков бокового микрокаротажа, показания которых свободны от влияния характера насыщения пласта).

Измерения пластовым наклономером осуществляют путем записи трех кривых идентичными датчиками, показаний инклиномера и каверномера, при этом с помощью инклинометра определяют азимут и зенитный угол наклона скважины, а помощью каверномера – средний диаметр.

При пересечении датчиками границы раздела двух пластов с различными электрическими характеристиками на зарегистрированных кривых фиксируются точки, соответствующие пересечениям электродами плоскости наклонной границы пластов. Поскольку датчики расположены симметрично (через 120°) относительно оси скважины, они пересекают плоскость напластования Р на различных глубинах Н ₁, Н ₂ и Н ₃.

Точность результатов определения элементов залегания пласта падает при углах падения меньше 2° ¸ 3°, а также при очень крутых наклонах пластов, например, в местах их прилегания к соляным куполам.

 

Определения элементов залегания пластов

      пластовым наклономером

Залегание пласта характеризуется его простиранием и падением (рис. 3.42). Простиранием пласта называется направление горизонтальной линии АВ, лежащей в плоскости напластования ПН. Линией падения пласта является линия CD, проведенная в плоскости напластования ПН перпендикулярно к простиранию. Направлением падения пласта называется направление проекции C'D' линии падения CD на горизонтальную плоскость ГП, а углом падения  – угол между линиями CD и C'D'. Направление падения пласта характеризуется азимутом λ – углом между линией C'D' и линией юг – север в горизонтальной плоскости.

Плоскость напластования выделяется по изменению какого-либо геофизического параметра на границе раздела двух пластов. Если измерять этот параметр тремя центрированными датчиками 1–3, расположенными в плоскости поперечного сечения скважины через 120° друг от друга, они пересекут границу пластов на различных глубинах – , что отразится характерными точками на кривых I–III. В наиболее простом случае, когда скважина вертикальна и ее диаметр номинальный, для расчета углов  и λ достаточно измерить азимут одного датчика, принятого за основной (обычно первого), и смещения  и  глубин  и  по отношению к глубине :

                              ; .                    (3.31)

В общем случае скважина не вертикальна и характеризуется углом δ отклонения от вертикали и азимутом φ наклона; ее фактический диаметр  отличается от номинального. Следовательно, для вычисления  и λ необходимо измерить δ, φ и , а также угол β между плоскостью наклона скважины и направлением на основной датчик 1. Для измерения этих величин комплекс трех геофизических датчиков дополняется инклинометром, каверномером и устройством измерения ориентации датчика азимута относительно основного датчика.

Величины  и  позволяют определять промежуточный угол ψ между проекцией падения пласта (см. рис. 3.42, C'D') и направлением на основной датчик, отсчитываемый против часовой стрелки:

                                    .                          (3.32)

По промежуточному углу ψ и значениям  и  определяется другой промежуточный угол – кажущийся угол  падения пласта, определяющийся как угол между перпендикуляром к плоскости напластования и осью скважины:

                        .             (3.33)

По промежуточным углам ψ,  и измеренным инклинометром величинам δ, φ и β рассчитываются угол γ и азимут λ падения пласта:

                   ;         (3.34)

                    ;          (3.35)

                              .                    (3.36)

Величину  определяют по двум формулам (3.35) и (3.36) для устранения двузначности, получающейся из-за одинакового знака функции котангенса в различных четвертях; для углов γ и γ' двузначность исключается, так как они всегда меньше 90°. Расчет углов γ и γ' производят на ЭВМ или с помощью счетнорешающего устройства применяемой аппаратуры.

 

Пластовый наклономер НИД-1

 

Рис. 3.43. Схема расположения датчиков в пластовом наклономере

Описанный принцип определения элементов залегания пластов реализован в пластовом наклономере (НИД-1, включающем в себя скважинный прибор (СП) и наземный пульт. Измерительная схема СП (рис. 3.43) состоит из трех зондов МК (или дифференциального БМК) 1–3, предназначенных для непрерывного определения смещения  и  границ пласта по глубине, маятниковых устройств 4 и 5 для измерения углов  и  отклонения СП от вертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и из дифференциального феррозонда 6, измеряющего угол между направлением на магнитный север и микрозондом 1. Диаметр скважины  измеряется по раскрытию рычагов, на которых смонтированы измерительные зонды. Передача информации в наземный пульт осуществляется восьмиканальной телеизмерительной системой с частотным разделением каналов, частотной модуляцией несущих и двумя амплитудно-модулируемыми поднесущими частотами. Несущие частоты 7,8; 14,0; 25,7 и 44,5 кГц; поднесущие 400 и 267 Гц. Питание наземного пульта производится от выпрямителя УИП-К и встроенного блока питания БП2; СП питается переменным напряжением 400 Гц.

Скважинный прибор включает электронный блок, размещенный в немагнитном корпусе, и управляемое прижимное устройство многократного действия, на рычагах которого располагаются сменные башмаки микрозондов. Прижимное устройство приводится в действие электромагнитом УА2, который питается с поверхности импульсами отрицательной полярности от генератора импульсов ГИ через нормально замкнутый контакт К1 реле К (рис. 3.44). Токовые электроды измерительных зондов питаются от трансформатора Т4 напряжением частотой 400 Гц, а выходные напряжения зондов подаются через платы переключателя          SA1.1, SA1.2 и SA1.4 на усилители У1–УЗ и далее на смесители СМ1–СМЗ. Рычаги прижимного устройства связаны с ползунком реохорда , с помощью которого измеряется средний диаметр скважины. Питается  от источника питания ИП1 (вывод «б»), вырабатывающего напряжение частотой 267 Гц. Выходное напряжение с ползунка  подается на смеситель СМ2.

Устройство измерения азимута ориентации φ состоит из трехфазного феррозондового датчика ФЗ, питающегося от источника ИП2 напряжением частотой 9 кГц, и следящей системы в виде сельсин-трансформатора BE, устройства УНР выделения и усиления напряжения рассогласования, микродвигателя М (питающегося от обмотки «г» трансформатора 77) и потенциометра . При повороте продольной оси ФЗ на некоторый угол относительно магнитного меридиана в его выходных обмотках возникают э.д.е., возбуждающие входные обмотки BE. В результате на выходной обмотке BE создается напряжение, пропорциональное этому углу.

 

Рис. 3.44. Функциональная схема пластового наклономера НИД-1

 

Это напряжение фильтруется и усиливается по мощности УНР и подается на двигатель М, который поворачивает вал BE до тех пор, пока напряжение на его выходной обмотке не станет равным нулю. На корпусе BE укреплен реохорд , а на валу – ползунок реохорда, положение которого однозначно определяется положением оси ФЗ относительно магнитного меридиана, что и позволяет регистрировать азимут ψ. Питается  напряжением 400 Гц с калиброванного резистора , а выходное напряжение с ползунка реохорда подается на вход усилителя У4 и далее на смеситель СМ4.

Маятниковые устройства измерения углов  и  (см. рис. 3.44, 4 и 5) представляют собой поплавки со смещенными центрами тяжести, жестко связанные с роторами бесконтактных индукционных датчиков. Индукционные датчики ДВ1 и ДВ2 питаются напряжением частотой 267 Гц, а их выходные напряжения подаются соответственно на смесители СМЗ и СМ4. Суммарные сигналы с частотами 400 и 267 Гц с выходов смесителей СМ1–СМ4 подаются на вход частотных преобразователей ЧМ1–ЧМ4 и после усиления по мощности УМ через разделительный конденсатор С поступают в ЦЖК.

Схема СП переводится из положения измерения в положение калибровки по нуль- и стандарт-сигналу сменой позиций переключателя SA1.1–SA1.7, приводимого в действие электромагнитом УА1. Электромагнит питается с поверхности положительными импульсами от генератора ГИ через диод VD, обмотку реле К и замкнувшийся при этом контакт К1-1 – Трансформаторы Т2 и ТЗ служат для питания накальных цепей и блока выпрямителей БП1.

В измерительной панели высокочастотные ЧМ-сигналы поступают через входное устройство ВУ на входы полосовых фильтров Ф1–Ф4, где разделяются по несущим частотам 7.8; 14; 25,7; 44,5 кГц, и далее на частотные детекторы ЧД1–ЧД4. С выходов детекторов сигналы подаются на фильтры Ф5–Ф8 и Ф9–Ф12 поднесущих частот 400 и 267 Гц, детектируются фазочувствительными выпрямителями ФВ1–ФВ4 и ФВ5–ФВ8 и далее выводятся на индикаторные приборы пульта и регистратор каротажной лаборатории.

Глава 4.