Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Физические основы метода

Метод виброакустического каротажа основан на регистрации и анализе характеристик упругих колебаний, возникающих на за­бое скважины в процессе бурения при взаимодействии породо­разрушающего инструмента с горной породой и распростра-

Признак клас­сификации	Типы измерителей расхода
Основной	Электромаг­ нитный	Переменного давления	Перепада	Переменного уровня	Обтекания	Вихревой
Дополни­ тельный	С переменным магнитным полем	С сужающим устройством	С напорным устройством	С подвижным сосудом	С поворотной лопастью	С обтекаемым телом
Футерован фторопластом	Диафрагма	Трубка Пито	Пропорцио­ нальный	С защемлен­ным концом	Цилиндр на упругой консоли
Труба Вентури
По типу пре­образователя сигнала	Индукци­ онный	Дифмано­ метр	Дифманометр	Тензометри- ческий	Тензометри- ческий	Тензометри- ческий
По месту установки	Манифольд	Манифольд	Вход в насос	Выход ИЗ СКВ. (перед вибро­ситами)	Вход в насос	Манифольд
Вход в насос	Выход из скважины	Выход ИЗ СКВ.
По рабочему давлению	Высокое	Высокое	Низкое	Низкое (атмосфер.)	Низкое	Высокое
Низкое
По удобству монтажа	Неудобно	Неудобно	Удобно	Удобно	Удобно	Неудобно
Удобно
По точности (% погреш­ности)	Средняя (±2,5)	Средняя (±2,5)	Средняя (±2,5)	Высокая (±0,5+1,5)	Средняя (±2,5)	Высокая (+1-1,5)
По надежности	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая

Продолжение табл. 9.13 Признак клас­сификации Типы измерителей расхода По относит, стоимости Высокая Средняя Низкая Низкая Низкая Средняя Предпочти — тельн. после — довательн. внедрения 4-на мани — фольде 3-при цемен­тировании 3-на входе в насос 3-на мани — фольде 2- на входе в насос 3- на выходе из скважины 1-иа выходе из скважины 1- на входе в насос 2- на выходе из скважины 2-на мани — фольде 4-при цемен­тировании Определяе­мые пара­метры <2 на входе 0 при цемен­тировании <2 на входе <2 цементного раствора 0 на входе <2 на выходе 0 на выходе на выходе (? шлама 0 на входе <2 на выходе 0 на входе <2 цементно­го раствора

няющихся по буровым трубам к дневной поверхности со ско­ростью 5000 м/с.

Причинами возникновения упругих колебаний на забое сква­жины являются колебания колонны, возникающие вследствие волнообразной поверхности забоя: вращение долота; перекаты­вание шарошек по забою скважины; колебания давления про­мывочной жидкости; собственные колебания буровой колонны; скачкообразный характер разрушения горной породы; удары до­лота о забой и т. п.

Характеристики возникающих на забое упругих колебаний оп­ределяются многими факторами — типом долота, частотой враще­ния бурильной колонны или вала турбобура, осевой нагрузкой, из­носом долота, физико-механическими свойствами разрушаемой по­роды и, следовательно, несут полезную информацию как о режим­ных параметрах, так и литологических особенностях разреза.

Частоты колебаний верха бурильной колонны лежат в широ­ком диапазоне от 1 Гц до 5 кГц (преобладающие значения от 1 Гц до 500 Гц), а значения виброускорений вписываются в диа­пазон 0,05g— 5^ (0,5 — 50 м/с2).

Упругие колебания в системе долото—горная порода можно разделить на следующие группы:

1) колебания инфранизких частот 0—5 Гц, генерируемые пуль­сациями давления промывочной жидкости, подаваемой насоса­ми в бурильные трубы; осадкой изогнутой или винтообразной колонны бурильных труб при подаче инструмента; колебаниями талевой системы и буровой вышки под действием ветровой на­грузки и работы бурового оборудования и т. д.;

2) низкочастотные колебания 5—50 Гц, возникающие при движе­нии шарошек по неровному забою, основная часть которых (/„) определяется скоростью вращения долота п (об/мин) по формуле:

/„ = Гц, (9.24)

где / — передаточное число;

N — число шарошек, находящихся в силовом контакте с забоем; *

3) колебания средних частот 100—500 Гц, вызываемые ударами зубьев долота о забой скважины (зубцовые колебания). Эти час­тоты рассчитываются по формуле:

К „И г

л — — ум Гч. (9.25)

где И — диаметр долота; с/ — диаметр шарошек;

г — число ударных зубьев;

К — коэффициент скольжения, определяемый для ка­ждого типа долота применительно к конкретно­му геологическому разрезу;

4) высокочастотные колебания 500—5000 Гц, обусловливаемые ка­витационными и турбулентными процессами в гидравлической системе скважины.

При некоторой условности деления колебаний на вышепере­численные группы практический интерес представляют колеба­ния второй и третьей группы, лежащие в диапазоне 50—500 Гц. Во-первых, по причине их физической обусловленности режим­но-технологическими параметрами процесса бурения и, во-вто­рых, по причине их наименьшего искажения при передаче по бурильной колонне, как по каналу связи забой—устье.

В связи с этим параметры сигналов продольных и попереч­ных колебаний, регистрируемых в этом частотном диапазоне в верхней части бурильной колонны (на вертлюге), наилучшим образом соответствуют характеристикам упругих колебаний, воз­никающих на забое.

Аппаратура виброакустического каротажа с радиоканалом (в дальнейшем АВАК-РК) предназначена для проведения виб — роакустических исследований в процессе бурения с целью:

— оперативного литологического расчленения разреза буря­щейся скважины;

— оперативного выбора параметров режима бурения;

— определения скорости вращения турбобура (динамики взаи­модействия долота с горной породой);

— определения состояния (износа) долота.

АВАК-РК является усовершенствованным вариантом аппа­ратуры ИРД, выпускаемой ранее, причем основным измене­нием является замена кабельной линии связи на радиоканал ограниченной дальности, размещение приемной части непо­средственно на буровой и выдаче унифицированного выход­ного сигнала.

Основные технические характеристики

TOC o "1-5" h z Количество виброакустических датчиков, шт………………………… 2

Полоса пропускания капала, Гц……………………………….. 4—1 ООО

Первый диапазон измеряемого сигнала, д……………………… 0—1

Второй диапазон измеряемого сигнала, q………………………….. 0—5

Диапазон выходных сигналов, мА…………………………………… 4—20

Выходные сигналы гальванически связаны, общая точка занулена:

выходной сигнал при отсутствии вибрации, мА……………. 12

выходной, сигнал при неработоспособности

радиоканала, мА…………………………………………………………………… 0

Сигнализация при разряде батарей:

импульсы выходного сигнала…………………………………….. 0 мА

длительность………………………………………………………………… 0,5 с

период следования……………………………………………………………. 4 с

Выходная мощность передатчика радиоканала,

не более, мВт…………………………………………………………………………… 10

Дальность связи по радиоканалу, не менее, м……………………… 10

Частота несущая, МГц……………………………………………………….. 40,68

Ширина полосы частот радиоканала, кГц……………………………. 30

Продолжительность непрерывной работы передатчика от одного комплекта батарей,

не менее, мес……………………………………………………………………………….. 6

Напряжение питания приемника, В……………………………………….. 24

Ток, потребляемый приемником, не более, мА…………………….. 10

Полный ток, потребляемый от источника

напряжения, не более, мА……………………………………………………….. 50

Рабочий температурный диапазон, °С…………………….. -40 + +50

Габарит, мм:

автономного источника питания……………………….. 209x80x80

измерительно-передающего устройства…………… 47x87x154

приемного устройства……………………………………….. 220x185x57

Масса, кг:

TOC o "1-5" h z автономного источника питания……………………………………… 3,5

измерительно-передающего устройства………………………… 1,6

приемного устройства…………………………………………………….. 0,95

Алгоритмы обработки сигналов аппаратуры виброакустического каротажа

Так как в качестве измерителей виброакустических колебаний слу­жат акселерометры типа МВ-04-2 с частотным диапазоном 2—5000 Гц и коэффициентом преобразования = 6,9 (69) пКлс2/м (пКл/#), сори­ентированные вдоль продольной и поперечной осей бурового ин­струмента, то их сигналы обрабатываются раздельно.

]. Определяется среднестатистическая амплитуда продольных виб­роускорений в диапазоне частот 4—1000 Гц. Этот параметр обо­значается Ах.

2. Определяется среднестатистическая амплитуда поперечных виб­роускорений (в м/с2) с усреднением 4 с в диапазоне частот 4—1000 Гц. Этот параметр обозначается А2.

3. Определяется отношение интенсивностей амплитуд продоль­ных и поперечных виброускорений:

А

* " (9-26)

4. Определяются среднестатистические (за 4 с) амплитуды (в м/с2) по продольным виброускорениям в частотных поддиапазонах:

4-30 Гц, 4-150 Гц, 150-1000 Гц,

обозначаемые как А3, Л5, /17.

5. Определяются среднестатистические (за 4 с) амплитуды в (в м/с2) по поперечным виброускорениям в частотных поддиапазонах:

4-30 Гц, 4-150 Гц, 150-1000 Гц, обозначаемые как А4, А6, Ан.

6. Определяются относительные частотно-зависимые коэффици­енты по продольным виброускорениям в поддиапазонах:

7. Определяются относительные частотно-зависимые коэффици­енты по продольным виброускорениям в поддиапазонах:

40—1000 Гц (/"”); 40—30 Гц (/,пр);

4-150 Гц (/Зпр); 150-1000 Гц (/4"Р).

8. Определяются относительные частотно-зависимые коэффици­енты по поперечным виброускорениям в поддиапазонах:

4-1000 Гц (/,поп); 40-30 Гц (/2"оп);

4-150 Гц (/3П0П); 150-1000 Гц (/4П0П).

9. Определяются отношения преобладающих частот в различных частотных поддиапазонах по продольным виброускорениям:

Лпр	а; =	/зпр	р —	/7
/г		у;1"’		/г>
Лпр	Р — —	/з"Р	Ъ —	Лпр	(9.27)
17′		17′		/з"Р

10. Определяются отношения преобладающих частот в различных частотных поддиапазонах по поперечным виброускорениям:

^*ПОП	/’ПОП к /3 ,	/* ПОП ^ ,
У* пои ’ У1	^ /’ПОП ’ У|	•з /’поп ’ У1
г поп У 2	Г ПОП /г’ __ ■/ з	/" ПОП /7’ 2	(9.28)
/’ПОП ’ У4	7 с. 3 Г ПОП — У4	6 /’ПОП Уз

11.

Я

Определяются отношения преобладающих частот в соответ­ствующих частотных поддиапазонах по продольным и попереч­ным виброускорениям:

/Г	/•пр /Г" •/ 2
/’ПОП ’ У]	2 /’поп ’ У 2
/з"Р	/*пр Г” У 4	(9.29)
/’ПОП ’ Уз	Л л • 4 /’ПОП У 4

Ъ =

12. Определяются относительные частотно-зависимые коэффи­циенты затухания продольных колебаний:

аг = -7^; 07 = а7 =

(9.30)

А3_. „пр _ ^5 . _пр _ ^3 . „пр _ ^5

Л7 ’ 2 V 3 Л ’ 4 _ А,

13. Определяются относительные частотно-зависимые коэффи­циенты затухания поперечных колебаний: <

Параметры по п. 1—13 определяются во времени (за каждые 4 с) и могут быть зарегистрированы в виде кривых в функции времени. В то же время эти параметры могут быть усреднены за шаг квантования по глубинам (Д/г = 0,2; 0,4; 0,5; 1,0 м) и пред­ставлены в виде кривых в функции глубин.

Кроме того, в функции глубин определяются следующие па­раметры:

— относительное волновое сопротивление разбуриваемых по­род в различных частотных диапазонах:

1 АМ +1) 1 АМ +1)

Ар. = — 1 п — Ч — Ар, = — VIп ^

TOC o "1-5" h z А/г Л,(/) Д/г А2(/)

1 А}(/ + 1) 1 Л4(г +1)

АРь = 771« Р4 — тг —77л~;

Д/г Л3(г) Д/г Л4(0

л 1 , Л5(/ +1) 1 Л6(г +1)

= ^ — м1,г~А(0“; . (9’32)

Ар 1 н^(/ + 1). Ар 1 ПА^ + 1У

ЛР1~ Д/г1,1 Л7(г) ’ Д/г1/1 Л8(0 ’

— относительная величина частотно-зависимых коэффици­ентов затухания:

Определенные таким образом параметры используются в даль­нейшем для комплексной интерпретации материала по данным виброакустического каротажа по соответствующим интерпрета­ционным алгоритмам.

Новая модель аппаратуры виброакустического каротажа от­личается от описанной выше наличием трехкомпонентного ак­селерометра, регистрирующего продольные, поперечные и кру­тильные колебания; наличием встроенного в систему датчика сигнального процессора для Фурье-преобразования сигналов в реальном времени; выделением в частотном диапазоне 1—4000 Гц десяти частотных диапазонов и более сложными алгоритмами обработки виброакустических сигналов.

Информация с приемного устройства подается на вход персо­нального компьютера, предназначенного специально для обра­ботки данных виброакустики, туда же поступает информация о глубине, скорости бурения, нагрузке на долото и давлении про­мывочной жидкости.

Таким образом, современная аппаратура виброакустического каротажа представляет собой довольно сложную самостоятель­ную компьютеризированную подсистему ИИС ГТИ.

Комментарии запрещены.