Измерение искривления скважин (инклинометрия)

 

Скважины в зависимости от геологических и других условий проектируют или вертикальными или наклонно-горизонтальными. Углы и азимуты отклонения в скважинах измеряют специальными скважинными приборами – инклинометрами. В зависимости от системы измерения все инклинометры можно объединить в три группы.

Первая группа объединяет приборы, в которых для измерения азимута служит магнитная стрелка (буссоль), а датчиком угла является отвес. Показания датчиков с помощью градуированных сопротивлений (потенциометров) преобразуются в электрические сигналы и по жиле кабеля передаются на поверхность (инклинометр на сопротивлениях).

Во вторую группу входят фотоинклинометры. В качестве указателя азимута служит буссоль, указателя угла – сферическое стекло с нанесенной сеткой углов наклона и шарик, свободно перемещающийся по этой сферической поверхности. Замеры проводят по точкам. Регистрация осуществляется в скважинном приборе путем фотографирования показаний датчиков на кинопленку.

Третья группа – это гироскопические инклинометры. В качестве датчика азимута используют гироскоп, который при вращении сохраняет заданное направление оси в пространстве. Датчиком угла искривления служит отвес. Измерения выполняют непрерывно по стволу скважины.

Приборами, в которых датчиком азимута служит буссоль, измерения азимута можно проводить только в открытом стволе скважины. Гироскопические инклинометры позволяют измерять азимут в скважинах, обсаженных металлической колонной, а также в разрезах, в которых естественное магнитное поле Земли аномально искажено местными полями.

На практикегеологоразведочных работ на нефть и газ наиболее широко применяются инклинометры с дистанционным электрическим измерением.

Основная часть простейшего инклинометра – вращающаяся рамка, кинематическая схема которой показана на рисунке 6.1. Центр тяжести рамки смещен, в результате чего при любом положении скважинного прибора в пространстве плоскость рамки устанавливается перпендикулярно к плоскости искривления скважины. В рамке размещен указатель азимута и угла. Указатель азимута состоит из магнитной стрелки 1 и градуированного электрического сопротивления 2 (кругового реохорда).

Рис. 6.1. Схема конструкции измерительной части

инклинометра на сопротивлениях

 

Круговой реохорд смонтирован на изоляционной панели и установлен под магнитной стрелкой. Магнитная стрелка выполнена из двух намагниченных стерженьков, которые закреплены в дюралюминиевом колпачке с агатовым подшипником. Подшипник насажен на острие оси 5. Стрелка снабжена изолированными от нее пружинными контактами 4.

Корпус, в котором смонтирован указатель азимута, закреплен на двух полуосях и под действием груза 5 занимает положение, при котором ось магнитной стрелки всегда ориентирована вертикально.

Датчик угла искривления состоит из отвеса 6, стрелки 7 и градуированного электрического сопротивления (углового реохорда) 8. Плоскость качания отвеса перпендикулярна к плоскости рамки и совпадает с плоскостью искривления скважины.

В инклинометре установлен электромагнит, который по команде с поверхности фиксирует или освобождает магнитную стрелку и отвес. С помощью коллектора с тремя контактными кольцами 9 и двумя парами щеток 10 к измерительной цепи подключаются с помощью переключателя П либо реохорд угла наклона, либо датчик азимута.

При изменении азимута магнитная стрелка пружинными контактами 4 закорачивает часть реохорда. Сопротивление незамкнутой части Δ R φ пропорционально азимуту φ. При измерении угла стрелка указателя угла отклонения, жестко скрепленная с отвесом, переместится на дугу δ и закоротит реохорд. Сопротивление незакороченного участка реохорда Δ R δ пропорционально углу δ. Углы отклонения измеряют при фиксированном положении всех чувствительных элементов.

 

Рис. 6.2 Принципиальная электрическая схема инклинометра

Три плеча моста (рис. 6.2) имеют постоянное сопротивление и установлены на поверхности в панели управления. Сопротивления R 1 и R 2 включаются при измерении углов, сопротивления R 4 и R 5 – при измерении азимута; R 3 – общее сопротивление моста. Четвертое плечо слагается из сопротивления жилы кабеля, переменного сопротивления R 7, предназначенного для компенсации изменения сопротивления жилы кабеля, и сопротивлений реохорда угла наклона R δ или магнитной буссоли R φ.

В одну диагональ моста АВ подключен источник тока Е, в другую диагональ моста MN – гальванометр G. Переменное сопротивление К 6 служит для компенсации моста при измерении Δ R δ или Δ R φ.

Для обеспечения нормальной работы инклинометров систематически (не реже 1 раза в месяц) производятся регулировка и балансировка их подвижных систем с использованием установочного инклинометрического стола. Измерение элементов искривления скважины производится при подъеме прибора со скоростью, не превышающей 2000–2500 м/ч. В вертикальных скважинах интервалы замеров составляют 20–25 м, в наклонно–направленных – 5–10 м.

Первый замер производится на 2–3 м выше забоя. Для контроля качества измерений через каждые 5–10 точек в вертикальных и в каждой точке в наклонно-направленных скважинах, на          1 м выше основного замера, измерения повторяются, т.е. выполняются контрольные замеры. При последующих работах в скважине интервалы замеров, как правило, частично перекрываются (не менее чем в 3–5 точках).

Масштаб построения инклинограмм обычно выбирается            1: 200 или 1: 100. Если углы отклонения скважины от вертикали малы (не превышают 1–2°), азимут искривления неустойчив. В связи с этим проекции таких участков либо не строят, либо строят для укрупленных участков по усредненным данным замеров.