Ориентированный отбор керна

Книга Бурение горизонтальных скважин

Ориентированный отбор керна

Введение

Система DBS Corienting™ разработана для ориентированного отбора керна, которая является более надежной, чем обычные системы. Получаемые данные позволяют судить об истинной ориентации керна в породе до его отбора. Это позволяет определять параметры, характеризующие породу в зависимости от направления, например, проницаемость, напряжения внутри породы, и т.п. В результате достигается лучшее понимание структуры резервуара и его формы.

Эта система использует обычное оборудование для отбора керна в комбинации со специальными компонентами цилиндра для керна и электронным оборудованием ориентирования.

Отбор керна позволяет получить более надежные данные благодаря специально разработанной верхней секции керноотборника, которая предохраняет измерительное оборудование от вращения, потока раствора и вибрации.

Выгоды

Ориентированные керны позволяют получать следующие данные и выгоды, не доступные при не ориентированном отборе керна

° Более точные данные по оценке резервуара.

° Можно определить глубину и простирание породы.

° Можно определить проницаемость и пористость по каждому направлению и разработать надежную трехразмерную модель (рис. 1.1).

° Благодаря лучшему пониманию особенности дренажа и объема резервуара улучшается возможность разработки первичной, вторичной и третичной добычи.

° Можно исследовать главные направления напряжений, что позволяет установить границы месторождения.

Система DBS Corienting™ позволяет получать ориентированные керны и имеет существенные преимущества по сравнению с обычными методами ориентированного отбора керна. К ним относятся:

Более точные и полные данные. Система DBS Corienting™ предотвращает вращение измерительного оборудования по отношению к фрезерным ножам. Она изолирует оборудование для измерения координат от потока буровой жидкости и вращения буровой колонны во время отбора керна. Она предохраняет измерительное оборудование от выскакивания из мулшу.

° Перед началом отбора керна внутренняя труба - промывается. Система DBS Corienting™ не блокирует прохождение бурового раствора через внутреннюю трубу. Это позволяет очистить внутреннюю трубу от наполнения ее осколками до начала отбора керна. При отборе керна, поток раствора отклоняется падением шара, как и в обычных системах отбора керна.

Уникальность

В обычных системах ориентированного отбора керна оборудование измерения координат располагается в мулшу-соединении и удерживается на месте только гравитацией. В процессе отбора керна, это оборудование может выскочить из мулшу. Если это происходит, то ориентация - теряется. Измерительное оборудование располагается на верхней части цилиндра отбора керна и входит в немагнитную УБТ. Такое положение измерительного оборудования подвергает его прямому воздействию от потока бурового раствора. Крутящий момент от немагнитной УБТ сразу передается на измерительное оборудование через центраторы.

Отсутствие предохранительной защелки и расположение оборудования на пути потока бурового раствора внутри вращающейся УБТ означает то, что измерительное оборудование подвергается механическим нагрузкам, вибрации и, как следствие, повреждению. Это приводит к неточности получаемых данных или полной потере этих координатных данных.

Рис. 1.2

Система DBS Corienting™ устраняет вредное влияние гидравлических и механических нагрузок на измерительное оборудование посредством размещения его во внутреннем цилиндре (трубе) отбора керна. Немагнитная наружная труба и внутренняя труба используются как верхняя часть корпуса цилиндра для отбора керна и защищают размещенное внутри оборудование. Расположение оборудования во внутренней трубе позволяет избежать рассогласования взаиморасположения измерительного оборудования и фрез отбора керна. Стопорный механизм, расположенный выше измерительного оборудования, не позволяет ему "выскочить" из соединения мулшу. Обычный падающий шар-отклонитель в верхней части внутренней трубы препятствует протеканию потока раствора через внутреннюю трубу и вокруг измерительного оборудования во время отбора керна. Шарнир изолирует внутреннюю трубу и, следовательно, оборудование от вращения буровой колонны.

Система DBS Corienting™ использует электронную систему измерения координат для измерения и регистрации опорного направления для керна. Любые измерения и регистрация координат производятся по отношению к магнитному и гравитационному полю Земли.

Выходной сигнал от измерительного оборудования дает азимут метки-выемки на керне. Это позволяет сориентировать керн в лабораторных условиях так, как он находился в породе.

Описание

Оборудование

Оборудование системы DBS Corienting™ (рис. 1.3) представляет собой 30 футовую немагнитную секцию, расположенную выше стандартного цилиндра отбора керна DBS и ниже точки безопасного соединения. Система состоит из следующих компонент:

° Немагнитный наружный цилиндр

° Внутренние алюминиевые трубы

° Верхний переводник

° Нижний переводник

Для облегчения установки ножа для нанесения метки требуется дополнительное оборудование. К нему относится:

° Шарнирное соединение

° Транспортир внутренней трубы

° Прибор для идентификации опорного направления

Немагнитный наружный цилиндр

Он является немагнитным эквивалентом обычного наружного цилиндра, с теми же размерами и соединениями. Стальные переводники применяются для предохранения от повреждения соединений немагнитного наружного цилиндра.

Алюминиевая внутренняя труба

Специально разработанный, алюминиевый корпус измерительного оборудования. Алюминий используется из-за его немагнитных свойств. Наружный диаметр трубы имеет тот же самый наружный диаметр, что и стандартная труба, но стенки - толще. Верхняя часть алюминиевой внутренней трубы соединяется с верхним переводником. Нижняя часть - с нижним переводнком.

Рис. 1.4 Половины верхнего и нижнего башмаков нанесения меток.

Рис. 1.5 Прибор идентификации "высокой точки"

Рис. 1.6 Зажим шарнирного узла и протектор внутренней трубы.

Верхний переводник

Этот переводник сделан из стали и соединяет алюминиевую внутреннюю трубу с шарнирным узлом. Он так же является корпусом механизма защелки, которая обеспечивает надежность соединения мулшу измерительного оборудования

Нижний переводник

Он соединяет нижнюю часть алюминиевой внутренней трубы с нижней частью колонны. В нем расположено соединение мулшу и порты, которые позволяют протекать раствору через внутреннюю трубу до начала отбора керна.

Зажим шарнирного узла

Он используется во время ориентации главных ножей по отношению к измерительному оборудованию и препятствует вращению внутренней трубы на подпятнике.

Устройство нанесения метки во внутренней трубе

Оно используется во время ориентации главных ножей по отношению к измерительному оборудованию и позволят установить угол между основным ножом и опорным направлением измерительного оборудования. Это устройство делается из стали и имеет зажим для фиксации его на наружной трубе во время ориентации.

Устройство идентификации направления

Это устройство служит для переноса опорного направления с измерительного оборудования внутри внутренней трубы наружу внутренних труб. Центральный пробойник служит для нанесения опорной метки на наружный диаметр.

Башмаки нанесения меток

В системе имеется два типа башмаков для нанесения меток. Верхняя половина башмака и нижняя половина. На башмаке находятся ножи для нанесения меток. Эти ножи крепятся внутри башмака и располагаются под не равными углами по отношению к друг другу. Один из этих ножей является опорным. Верхняя половина башмака для нанесения метки может применяться с любым механизмом отбора керна. Лучше всего она работает с мягкими однородными породами.

Нижняя половина башмака для нанесения метки применяется при отборе керна в твердых, фракционированных, породах. Ножи для рисок, расположенные в нижней части внутренней трубы, помогают удерживать фракционированный керн внутри трубы.

Применение

Работа

Измерительное оборудование подготавливается к работе до установки трубы для отбора керна на элеватор (рис. 1.7). Измерительное оборудование устанавливается во внутреннюю трубу перед спуском в ствол. Опорное направление измерительного оборудования выставляется по основному ножу - маркеру.

Процесс ориентации выполняется на собранной наружной трубе, висящей ниже роторного стола. Внутренние трубы собираются, подсоединяются к безопасному замку и подвешиваются к элеватору, но не подсоединяются к наружной трубе. Опорное направление измерительного оборудования переносится на наружную сторону внутренней трубы и помечается Точка на устройстве, которое делает риску, совмещается с опорным ножом.

Устанавливается зажим на узел шарнира для предотвращения вращения внутренней трубы и стопорятся блоки. Внутренняя труба опускается в наружную до тех пор, пока метка опорного направления не сравняется с уровнем устройства для нанесения риски.

Устанавливается внутренняя труба, и оборудование для отбора керна спускается в ствол. Перед началом операции отбора керна, внутренняя труба промывается буровым раствором. Шар сбрасывается на уплотнение внутренней трубы и начинается процесс отбора керна. Керн вырезается при параметрах, характерных именно для этих условий.

Когда процесс отбора керна завершается и труба с оборудованием - на поверхности, оборудование извлекается из трубы и параметры ориентации извлекаются и обрабатываются. Керн извлекается и отправляется в лабораторию для анализа.

Труба для оборудования отбора керна осматривается и ремонтируется в промежутках между отборами керна, если требуется многократное повторение операции по отбору керна. После выполнения всей программы отбора кернов, труба убирается и готовится к отправке на ремонтную базу.

При поступлении трубы на ремонтную базу, она моется, осматривается, ремонтируется и подготавливается к повторному использованию.

Лабораторный анализ керна выполняется с помощью гониометра (угломера). Сначала гониометры были механическими и точность измерений была не высокой. Современные компьютеризованные гониометры существенно позволили повысить точность исследования, как по плоскостям так и по направлениям керна. Гониометрическое оборудование позволяет расположить керн на поверхности так, как он находился внутри ствола до начала операции отбора керна.

Буровой раствор

При ориентированном кернении может применяться любой буровой раствор.

Буровой раствор должен выполнять те же самые функции при отборе керна, как и при обычном процессе бурения. К ним относятся:

Контроль давления в породе

° Удаление осколков бурения

° Смазка и охлаждение долота

° Контроль стабильности ствола

° Предотвращение коррозии

° Суспензирование осколков при остановке циркуляции

° Максимизация скорости.

° Максимизация получения данных о породе.

В дополнение к этим основным функциям, свойства раствора при отборе керна должны быть такими, чтобы не изменяли характеристики породы и ее внутренних жидкостей. В идеале, свойства раствора должны быть такими, чтобы свести к минимуму:

° Вымывание керна

° Фильтрацию раствора в породу

° Закупоривание свободного пространство в керне частицами, особенно нерастворимыми и сжимаемыми.

° Изменения насыщенности жидкостью

° Набухание глины в породе керна

° Засорение пор породы мелкими частицами

° Действие дифференциального давления на керн.

Буровой раствор сильно влияет на производительность алмазных и РОС-долот для отбора керна точно так же, как и на производительность алмазных и РОС-долот для обычного бурения.

Порода

Ориентированный отбор керна может применяться в большинстве случаев, когда необходимо выполнить отбор керна (Рис. 1.8). Однако в мягких породах, риски могут получаться размытыми и не видимыми. В твердых породах, ножи могут оказаться неспособными прочертить риски на керне. Горизонтально, или почти горизонтально фракционированные породы могут не позволить прочертить риски по всей длине керна

Размер ствола

Ориентированный отбор керна можно выполнять в стволах (Рис 1.10), размером от 8" до 12 1/4" с использованием б 3/4" х 4" и 8" х 5 1/4" и в скважинах с диаметром более 12 1/4" если бурить в ней при кернении скважину меньшего диаметра.

Температура в стволе

Операцию по ориентированному отбору керна можно выполнять при любой обычно встречающейся температуре в стволе (Рис 1.10). Предел по температуре для измерительного оборудования - 257~F (125~C) без использования тепловой защиты.

Профиль ствола

Ориентированный отбор керна можно выполнять с использованием стандартной трубы-корпуса оборудования кернения ОВ8 при наклоне ствола от 0 до, приблизительно, 75 (Рис. 2.10). Отбор керна при наклонах, превышающих 75 град., должен выполняться с применением специальной трубы-корпуса ОВ8, предназначенной для горизонтальных участков. Стандартная ОВ8 может применяться в стволах с кривизной до:

° 15~ 100' с помощью 4 3/4" х 2 5/8" НОТ трубы

° 10,5~100' с помощью 6 3/4" х 4" НОТ трубы

° 8,5~ 100' с помощью8" х 5 1 /4" НОТ трубы

Рис. 1.10 Размер ствола, профиль ствола, температура в стволе.

КНБК

При выполнении направленного кернения, КНБК должна соответствовать требованиям направленности ствола при бурении в максимально возможной степени и должна быть скомпонована таким образом, чтобы выдерживать заданный наклон и азимут при отборе керна. Стандартная конфигурация стабилизаторов для корпуса-трубы оборудования кернения обычно выдерживает угол ствола. Корпус-труба оборудования отбора керна гораздо лучше стабилизирована по сравнению с КНБК, используемыми при бурении. Однако, гибкость наружных труб оборудования отбора керна и стремление сделать профиль ствола при бурении как можно более пологим, позволяют спускать оборудование для отбора керна в забой без всякого зависания. Иногда бывает необходимым расширение ствола.

Метод бурения

Ориентированный отбор керна можно делать с любой роторной системой привода (Рис 1.11). Использованию верхнего привода следует отдать предпочтение по сравнению с роторным столом. Эти системы позволяют производить отбор керна длиной до 90 футов без выполнения соединения. Поскольку после соединения часто наблюдается защемление (заклинивание), применение верхнего и бокового приводов уменьшает вероятность этого.

Отбор также можно делать с помощью забойного двигателя. Наиболее эффективными для этого являются многогребневый двигатель. Комбинация низкой скорости вращения и большого крутящего момента позволяет отбирать керн наиболее эффективным образом.

При использовании забойного двигателя слегка ухудшаются условия слежения за процессом отбора керна, поскольку характеристики двигателя влияют на давление на стояке и показания крутящего момента. Давление на стояке и показания величины крутящего момента являются основными показателями, которыми пользуются специалисты по отбору керна при слежении за процессом кернения.

Другие применения отбора керна

Ориентированный отбор керна может применяться в комбинации со следующими приложениями отбора керна (Рис 1.12):

° Стекловолоконные внутренние трубы

° Алюминиевые внутренние трубы

° Отбор керна длинного образца

° Отбор керна неуплотненных пород

° Отбор керна в стволе с высоким давлением

° Чистый отбор керна

° Отбор керна для быстрого (визуального) осмотра.

Рис. 1.11 Роторный стол, верхний привод, винтовой забойный двигатель.

Рис. 1.12

Параметры отбора керна

Критерии для выборов параметров кернения определяются необходимостью получения керна отличного качества. Другие критерии для отбора параметров определяются максимизацией скорости проходки, увеличением срока службы долота и минимизацией спускоподъемных операций (графики зависимости нагрузки на долото от размера ствола рис. 1.13).

Нагрузка на долото

Оптимальная нагрузка на долото - наиболее эффективный способ достижения максимальной скорости проходки. Слишком маленькая нагрузка замедляет проходку и вызывает вибрацию, которая может повредить долото. Слишком большая нагрузка может "забивать" долото в мягкой породе и разрушить режущие элементы в твердой породе.

Рис. 1.13

Расход раствора

Расход раствора регулируется для защиты керна и достижения максимального объема отбора. Раствор промывает и охлаждает долото, обеспечивая высокую скорость проходки и удлиняя срок службы долота. Слишком большой расход размывает керн. Слишком низкий расход - не сможет достаточно эффективно очищать долото и это приводит к уменьшению скорости проходки. Кроме этого, ухудшается удаление осколков бурения в затрубное пространство (графики зависимости расхода (гал/мин) раствора от размера ствола рис. 1.14).

Рис. 1.14

Скорость вращения

Рис. 1.15

Скорость вращения подбирается так, чтобы обеспечить максимальную эффективность отбора керна, оптимизацию скорости проходки и максимальный срок службы долга. Она определяется свойствами породы. При определении оптимальной скорости вращения, нагрузка на долото и расход раствора поддерживаются постоянными (рис. 1.15)

В мягких породах скорость вращения должна быть меньше для улучшения процесса отбора керна. Абразивные породы требуют меньшую скорость вращения по условиям предотвращения преждевременного износа долота отбора керна.