Апаратура, обладнання та матеріали

Використовують каверноміри типів СКС, СКТ і СКО, що мають по чотири вимірювальних важелі з двома плечами – довгим 1 і коротким 2 (Рис. 4.1). Довгий важіль притискається пружиною 3 до стінки свердловини 7. Коротке плече за допомогою кулачка переміщає шток 6, що зв’язаний механічно за допомогою троса з повзунком 5, який переміщається по омічному датчику 4. Цей датчик є загальним для всіх чотирьох важелів.

Принципи дії всіх існуючих типів каверномірів однакові та полягають в перетворенні механічних переміщень вимірювальних важелів в електричні сигнали, які передаються по лінії зв’язку на поверхню, а потім – на прилад, що реєструє. Розходження каверномірів полягає в електричних схемах, конструкціях і способах розкриття вимірювальних важелів.

Розрізняють каверноміри з містковою та потенціометричною схемами вимірювання для трьохжильного й одножильного кабелю (Рис. 4.2).

Каверноміри типів СКС, СКТ і СКО опускають у свердловину зі складеними вимірювальними важелями, які утримуються замком, кільцем або сталевим дротом. При підйомі з вибою за рахунок сили тертя об стінку свердловини та промивну рідину насадка зміщується вниз і звільняє важелі. Якщо важелі обмотані сталевим дротом, то при пропущенні через неї за допомогою трансформатора струму достатньої сили вона перегоряє і важелі розкриваються. Для запису повторної кавернограми прилади необхідно піднімати на поверхню і знову закріплювати важелі утримуючими пристроями.

Каверномір КС-3 дозволяє вимірювати діаметр свердловини на трьохжильному кабелі та служить в якості каверноміра-профілеміра при роботі на чотирьохжильному кабелі. За конструкцією він подібний до каверномірів типу СКС і СКО. Прилад КС-3 оснащений пристроєм для одноразового розкриття важелів, що складається з електромагніта та кулькового замка.

Діаметр свердловини d _c визначається за формулою:

 

,                                                  (4.1)

де d ₀ – початковий діаметр свердловини при закритих важелях каверноміра, коли різниця потенціалів D U, яка вимірюється, дорівнює кулю; C – стала каверноміра; I – сила струму.

Ромбовидним каверноміром типу КВ-2 можна вимірювати діаметр свердловини як при спуску, так і при підйомі. Вимір діаметра свердловини засновано на використанні потенціометричної схеми. Основною частиною каверноміра є ліхтар із трьома парами шарнірно з’єднаних вимірювальних важелів, які розташовані через 120°. Кінці важелів установлені на ковзунках, що стягаються спіральною пружиною, яка віджимає шарнірні з’єднання пар важелів до стінки свердловини. Один з важелів оснащений фігурним кулачком, що переміщає шток, який керується датчиком. Форма кулачка забезпечує лінійний зв’язок між переміщенням штока та відхиленням шарніра від осі приладу (діаметра свердловини). Ромбовидний каверномір призначений для дослідження свердловин малого діаметра (від 60 до 240 мм) за допомогою трьохжильного кабелю.

Аналогічну конструкцію має ліхтарний каверномір типу КФМ для вивчення свердловин діаметром від 70 до 250 мм.

Каверноміри типу КСУ свердловинні керовані на трьохжильному кабелі призначені для дослідження нафтових, рудних і вугільних свердловин. Вони мають три вимірювальних важелі, які розташовані навколо корпуса через 120°. Важелі притискаються до стінки свердловини за допомогою пружин. Для виміру величини D U, яка пропорційна зміні діаметра свердловини, використовується потенціометрична схема. Каверноміри типу КСУ оснащені керованою гідравлічною системою для розкриття і закриття мірних важелів. У каверномірі КСУ-1 ця система забезпечує чотириразове розкриття і закриття важелів, а в КСУ-2 – необмежене число цих циклів. Прилад КСУ-1 дозволяє досліджувати глибокі нафтові і газові свердловини, а прилад КСУ-2 призначений для вивчення неглибоких вугільних і рудних свердловин. Обидва вони відрізняються механічною системою розкриття і закриття важелів. Їхні електричні схеми ідентичні.

Каверномір КСУ-1 складається з компенсатора 1, який заповнений трансформаторним маслом, циліндра 3 з поршнем 4, камери зливу 2 та електромагнітів ЕМ1 і ЕМ2 для керування клапанами (Рис. 4.3, а). Принцип дії системи наступний. Включенням з поверхні електромагніта ЕМ1 відкривається верхній клапан і масло з компенсатора за рахунок гідростатичного тиску промивної рідини надходить у циліндр, переміщаючи поршень у крайнє нижнє положення. Поршень, діючи на штовхальник 6, стискає пружину 7 та розкриває вимірювальні важелі 11. Електромагніт ЕМ2 відкриває нижній клапан каналу, який з’єднує циліндр із камерою зливу. Під дією гідростатичного тиску поршень через шток 8 переміщається в крайнє верхнє положення, виштовхує масло з циліндра в камеру зливу та повертає систему в початкове положення, при якому важелі закриті. Механічний рух вимірювальних важелів при вимірі діаметра свердловини передається через шатуни 10, штовхальник 9 і шток 5 на ковзанок реостата R _д, що змінює його опір пропорційно куту розкриття важелів і, отже, діаметру свердловини.

Гідравлічна система приладу КСУ-2 складається з гідравлічного двигуна, механізму фіксації та вимірювального пристрою (Рис. 4.3, б). При закритих важелях штовхальник 19 разом зі штоком 18 і ковзуном реостата 14 знаходяться в крайнім верхнім положенні, в якому вимірювальний пристрій утримується пружиною 12 та штоком 11. У нижньому прорізі штока 11 знаходиться закріплений штифт 15. Через цей штифт штовхальник 19 відтягується вверх і притискає важелі до корпуса.

Розкриваються важелі за допомогою гідравлічного двигуна 2, який представляє собою балон з етиловим ефіром. Принцип дії двигуна наступний. Ефір, що підігрівається електричним нагрівачем 1, розширюючись, збільшує обсяг балона і давить на трансформаторне масло, що знаходиться в камері 3. Під дією тиску масла в камері поршень 4 опускається, стискає пружину 5 і переміщає вниз штовхальник 7 разом із собачкою 6, що повертає храповик 8. При цьому кулачок храповика згинає праву пружину 9, яка прагне повернути фіксатор 10 за годинниковою стрілкою. Штовхальник, рухаючись вниз, штовхає також шток 11 і фіксує його в крайньому нижньому положенні, при цьому пружини 12 і 17 стискуються. Пружина 17 давить на опору штока 18 і переміщає його вниз. Шток 18, який з’єднаний за допомогою штовхальника й упори 19, з вимірювальними важелями 20, відкриває важелі і притискає їх до стінки свердловини.

При переміщенні штока 11 у нижнє положення включається мікро-вимикач 13, внаслідок чого відбувається розрив сигнальної ланки, що відзначається індикатором розкриття важелів на панелі керування. Це служить сигналом для вимикання двигуна 2. Після вимикання нагрівача тиск у камері 3 падає і пружина 5 повертає поршень 4 разом зі штовхальником 7 у вихідне положення, а шток 11 залишається в зафіксованому крайнім нижнім положенні, впираючись у пристрій 16 і стискаючи пружину 17, за рахунок пружності якої і відбувається переміщення штока 18 при зміні діаметра свердловини.

Важелі закриваються при повторному включенні гідравлічного двигуна в такий спосіб. Собачка 6 при опусканні штовхальника 7 повертає храповик 8 так, що у фіксатора 10 згинається права пружина 9 проти годинникової стрілки. Поворот фіксатора та звільнення вимірювального пристрою відбувається при незначному переміщенні штока 11 вниз. При цьому фіксатор повертається, стає навпроти паза штока 11 і тим самим повертає вимірювальний пристрій у вихідне положення. Переміщення системи виробляється пружиною 12 після вимикання двигуна.

Живлення каверноміра здійснюється постійним струмом силою 0,48 А і напругою 300 В. Каверномір КСУ-2 дозволяє вимірювати діаметр свердловини в межах 46-370 мм із похибкою ±5 мм при максимальному куті викривлення свердловини 40°, температурі навколишнього середовища до 70°C і гідростатичному тиску до 2·10⁷ Па.

Іноді з метою виділення в розрізі колекторів реєструють додатково мікрокавернограму приладом з мірними важелями спеціальної конструкції (вони мають меншу довжину, чим у звичайних каверномірах) у масштабі 1:1 і кіркограму кіркоміром, що дозволяє вимірити товщину глинистої кірки.

Технічні характеристики деяких типів каверномірів приведені в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 – Технічні характеристики каверномірів

Марка	Діаметр, мм	Довжина, мм	Маса, кг	Число жил кабелю	Число вимірювальних важелів	Межі вимірювання діаметра свердловини, мм	Гранична температура, °С	Граничний тиск, Па·10^8	Похибка вимірювання діаметра свердловини, мм
СКС-4 СКТ-5 СКО-12 КВ-2 КФМ КСУ-1 КСУ-2	80 80 80 55 60 70 36	1921 1736 1619 1410 1200 1918 1810	33 33 30 10,8 5 35 12	3 3 1 3 3 3 3	4 4 4 3 3 3 3	100-760 100-750 125-750 60-240 70-250 70-760 46-370	100 120 120 60 60 120 70	0,50 0,50 0,50 0,15 0,30 0,80 0,20	±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±10 ±5

 

Лекція №16

Геофізичні дослідження під час буріння. Особливості проведення ГДС у горизонтальних свердловинах. Методи і апаратура. Геохімічні дослідження у свердловинах. Газовий каротаж в процесі буріння. Газовий каротаж після буріння. Шламовий каротаж. Механічний каротаж. Припливометрія і дебетометрія свердловин.

 

Геохімічні дослідження у свердловинах

До геохімічних методів відноситься газометрія свердловин і люмінесцентно-бітумінологічний метод, до комплексних геофізичних досліджень в процесі буріння – детальний механічний метод, фільтраційний метод, метод енергомісткості, метод тиску та інші.