Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геолого-технологические исследования в процессе бурения

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геолого-технологические исследования в процессе бурения"

CJ<-

Государственный Комитет СССР по народному образованию

Московский ордена ОктябрьсксЗ Револкшя г. ордена Трудового Красного Знамени Институт нефти к газа имени акаа.

K.M.Губкина

На правах рукопись'

ЛУКЬЯНОВ

Эдуард Евгеньевич

УДК 550 '

ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОПЯЕСКИЕ КССЛЕЛОЕШИ Б ПРОЦЕССЕ БГРЕКИЯ

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы поисков 2

разведки месторождений полезных .ископаемых

Автореферат

шассерталиЕ на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1939

Работа выполнена в Западно-Сибирском геофизическом Управлении (Запсибнефтегесфззика) Главк ефтегеофизщщ Министерства нефтяной промышленности и зо ВНИГЖ НПО "Союзпромгеофизика". Мкнгео СССР.

Официальные оппоненты:

- Еоктор технических наук, профессор Молчанов A.A.

- доктор технических наук, профессор Резваноз P.A..

- доктор технических наук Псмэранц Л.И.

Ззсуаэя организация Научно-исслосевательский институт гзсфпзячэскгх исследований глубоких скзажая (НйИГИ)..

Защита писсертации состоится "______19 " -г.

з ' час. на засекании специализированного совета

Д.053.27.08 при Москсзском институте нзфги.и газа шэнп акад. И.М.Губкина (ауд. ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЫИНГ имени П.М.Губкина.

Автореферат разослан " " :: . 1Э__ г.

Ответы на автореферат, заверенные печатью организации, з двух экземплярах, просим присылать по адресу: II79I7-, г. Москва, Ленинский проспект, дом 65; ученому-секретари.

Ученый секретарь специализированного созета, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Решениями ХШГ съезда КПСС определены задания по значительно му увеличению запасоз и добыта нефти к газа. Лля этого необходим существенный рост темпов разведки новых нефтяных и газовых месторождений,'Повышение эффективности геологоразведочных работ, ускоренное разбуривание вводимых в разработку месторождений при резком повышении т ехккк о-эк он сглич е сних и качественных показателей бурозых работ.

Важнейшим резервом в реализации этой задачи является развитие и внедрение в практику геологоразведочных работ нового направления промысловой геофизики - геолого-технологических исследований (ГТК) в процессе бурения.

Геолого-технологкческие исследования з процессе бурения, в отличие от других методов ГИС, проводятся непосредственно з процессе бурения скважины, без простоя буровой бригады и бурового оборудования. Они способны рёнатъ комплекс геологических и технологических задач, направленных на оперативное выделение з разрезе бурящейся сквэлины перспективных на нефть и газ пластов-коллекторов, изучение их фильтрационно-емкост-ных характеристик и характера насыщения,' в том числе с целью оптимизации отбора керна, экспрессного опробования и азучегшя •метопами ГИС выделенных.объектов; обеспечение безаварийной проводки сквазия.и оптимизацию'режима бурения с целью достижения оптимальных технжо-эксно;,шческих показателей процесса бурения. Зти особенности ГЕИ делают их весьма перспективным направлением промысловой геофизики, способны?.? существенно

улучшить геологическую и экономическую эффективность буровых, работ на нефть г газ.

Комплексное изучение влияния процесса разбуривания горных пород на создание в околоскважинном пространстве искусственных физических полей (виброакустжческих, гидродинамических , геохимических и др.) дозволяет по новшу подойти к буровой скважине, как объекту исследований ж управления, используя наборы (комплексы) параметров, изучаемых в процессе бурения для зондарования исследуемого разреза, а полученную икфоршша - для оптимального управления процессом углубления скв2д2ны.

Дяя созпэеия и развития ГГИ было необходимо решить важную научно-техническую проблему - разработать основы теории получения информации при ГГИ, провести совершенствование тех-яякя и методики исследований применительно к решаемым задачам.

Актуальность ланкой проблемы подтверждается заданиями постановления СМ СССР "О мерах по, усилению геологоразведочных работ на нефть и газ"; общесоюзной целевой научно-технической программой ПШТ СССР 0.50.03 "Разработать, высокоэффективные геофизические метопы и аппаратуру для поис-коз и разведки глубокозалегашзх месторождений важней-сих полезных ископаемых,-, включая нефть и таз" 'задание 03.02.02-1); ■ приказом Шшнефтепрош № 349 от II.05.84 "Сп проведении эксперимента по непрерывному прсшслозо-гео-фнзлческому обеспечению скоростного строительства скзанины"; приказом Главнефтегеофизики Ж й 35 от 21.03.85 г. "О-создании системы "Сибирь"; приказом Иазнефтепроиа & 476 от 09.03.55 г. "О развитии геофизических работ в Западной

Сибири в XII пятилетке"; совместны?,ж приказами Г/янприбора и Миннефтепрома - 538/773 от 24.12.85 г. "Об ускорении развития автоматизации производства в нефтяной промышленности в 1986-1990 гг." и рядом других документов.

Таким образом, эта проблема вхошт в число основных научных направлений промыслово-геофизических исследований на вефть и газ.

Цель работы - повышение эффективности геолого-техноло-гпческих исследований в процессе бурения поисково-разведочных и эксплуатационных скваязн на нефть и газ путей развития теоретических основ информационной базы ПК, системного анализа получения информации при проведении исследований, разработки новых технических средств ПИ, обоснования региональных комплексов исследований и. методики применения получаемо;': информации для различных горно-геологических и технологических условий, выработки оптимальной структуры построения компьютеризованных. И5Е ГГК с учетом - получения максимально;! информативности измерительных комплексов, наиболее полного ц гибкого использования бортовых вычислктельшл: мощностей и систем отображения информации (СОИ)

Основные задачи исследований:

1. Разработка теоретических основ информационной базы ГГИ с пельз получения математических моделей изучаемого процесса.

2. Системный анализ Получения информации при проведе-■нзи ПИ для определения необходимых параметров, разработка методики оценки информативности параметров ПК и обоснование рациональных комплексов исследования, имеющих повышенную информативность.

- 6 -

3. Разработка новых технических средств ГТИ.

4. Разработка методики применения получаемой информации для решения различных задач ГТИ.

5. Обоснование оптимальной структуры построения компьютеризованных ИИС ГТИ с целью получения от ограниченного количества тгарзичных преобразователей максимума информации, рационального использования бортовых вычислительных мощностей и систем отображения ищхрглации (СОИ).

6. Реализация разработанных теоретических положений, методических приемоз и технических средств пдя ресения конкретно засач ГТИ при практическом опробовании и внедрении.

/отояэта исследований.

Поставленные задачи реЕались путем теоретических исследований , полученные модели проверялись путем•скзаяияных экспериментов, обобщения и анализа обсирного .сквззинеого материала, предложенные первичные преобразователи и системы получения информации проходили этапы макетирования, широкого промыслового опробования, опытно-конструкторской разработки. Больное число разработанных матеглатических моделей и алгоритмов •программно обрабатывалась на микро-Э"Ш бортового УВК. Достоверность результатов, выводов и рекомендаций, оптимальность измерительных комплексов проверялись широкими■промысловыми исследованиями при сспостазлекии с результатами бурения и данными ГИС.

Научная новизна.

Автором исследовано и всесторонне обосновано новое направление промысловой геофизики - геолого-технологические исследования в процессе бурения, широкое внедрение которых в Западной Сибири и других районах страны позволило существен-

но повысить геологические и технико-экономические показатели буровых работ на нефть и газ. При этом получены следующие новые результаты:

Г. Разработаны теоретические основы информационной базы ГГй. На оснозе метопа размерностей сформулированы правота получения комплексных производных физических величин, являющихся математическими моделями изучаемого процесса. Предложенный системный подход к проблеме получения информации при проведении ГТИ позволяет целенаправленно получать физически обоснованную информацию о процессах разрушения горных пород и их физических свойствах.

2. Показала целесообразность, обоснован принцип нормирования и проведено построение услоянявдкхся рядов нормируемых комплексных величин, отраяашкх особенности технологического процесса бурения и физических свойств горных пород, являющихся своеобразным'"набором зондов" для различных гсрно-геологкческкх и технологических условий. Это .является теоретической базой для ресения широкого круга.задач ГГй на ново»,«. научно обоснованном уровне.

3. Обоснована методика опенки информативности как отдельных измерявши параметров, таге к измерительных' ксипек-сов с учетом объема репаеинх задач.

4.-.Обоснованы рациональные хсгшгексы ГШ, реализация которых с учетом теоретических основ информационной базы ГГИ •позволяет -получить максимальную информативность ИИС Ш.

5. Впервые обоснован и разработан ряд новых высокоэффективные методов исследования скваяин в процессе бурения:

- виброакустический каротак (Е4К) в двух частотных диапазонах, возводящий оперативно проводить литологическое рас-

членение разреза скважин и определять частоту взаимодействия долота с горной породой, а в комплексе с детальным механическим каротажем (ДМК) - оперативно выделять пласты-коллекторы; .

- модификация газового каротаяа по ГШ, основанная на эвакуации выделившегося свободного газа из ПЖ.на контакте: с дневной поверхностью с последующим количественны?.? определением газссодеряанпя НЕ;

- модификация газового каротаяа по ГШ, основанная на не-' посредственно:.! одре делении газоссдерзсаяяя 1Е по данным хздша-та'"ла-длотнсметри2 НЕ, а таклее по измене кию давления в столбе ГЕЕ, поднжапцейся к дневной поверхности с послепутащм определением характера насыщения пласта по величине газокасыщенности флюида пласта; '

- методы' получения геологической информации по ТИ.

6. Разработаны теоретические основы метода термометрии ГЕ.

7. Уточнены критерии определения фазового состояния залежи утлезодородов по составу углеводородной части газа, извлеченного из ГШ, отобранного'опробователем на_каб8ле, испытателем на трубах и предложен обобщенный показатель углеводородного состава (ОПУС), идентифицирующий фазовое состояние углеводородов в затеи:.

8. Предложены и разработаны на уровне изобретений более ТО устройств и способов, включаемых в состав ИИС ГГИ. .

9.На основе технико-экономического анализа обоснована новая.форма промкслово-геофизкческого обеспечения скоростного эксплуатационного бурения в условиях Западной Сибири - создание комплексных каротажно-технологических партий, постоянно закрепляемых за буровыми бригадами, имеющими выработку более 60-80 тыс.метров в год.

10. Обоснована оптимальная структура построения 1шфроЕых и компьютеризованных каротажно-технологических станций с учетом получения максимальной информативности измерительных комплексов, наиболее рационального и гибкого использования бортовых вычислительных мощностей и систем отображения информации (СОЮ.

Основные защищаемые научные результаты:

1. Теоретические основы информационной базы ГШ, сформулированные на основе метопа размерностей, позволяющие получить необходимый и достаточный набор математических моделей процесса бурения и комплексов, описыващих физические свойства горных пород.

2. Методические приемы повышения информативности измеряемых параметров ГШ при ограниченном комплексе измерительных преобразователей.

' 3. Принцип построения усложнявшихся рядов нормируемых комплексных величин, отражающих особенности технологического процесса бурения и физических свойств горных пород и-являющихся своеобразным "наборам зондов" для различных горно-геологических и технологических условий.

4. Новые метопы исследования скважин в процессе бурения:

- виброакустический каротаж (ВАК) в двух частотных диапазонах;

- модификация газового каротажа по EES, основанная ка прямом физическом определении газосодергания 1Ш споследующим определением характера насыщения пласта по величине газонасыщек-ности флюида пласта; .

- методы получения геологической информации по ТИ;

- обобщенный показатель углеводородного состава (ОПУС) как критерий определения фазового состояния углеводородов ё залежи.

5. Теоретические основы термометрии по ПЖ.

6. Структура построения компьютеризованных каротажно-технологических .станций и рациональные комплексы исследования, позволяющие получить максимальную информативность системы.

7. Социально-экономическая и техническая целесообразность перехода на новую организационно-технологическую форму промыс- ■ лово-гесфизического обеспечения скоростного эксплуатационного

и псисксзо-раззедочного бурения. .

-Реализация результатов исследований и практическая неу.у.остъ раб оты.

результаты исследований автора послужили основой для создания в Западной Сибири нового направления промысловой геофизики - геолого-технологических исследований в процессе бурения. 3 настоящее время в Западной Сибири функционируют более 60 партий ГШ, , годовой объем исследований постиг 2,5 млн.метров бурения (около 1200 скважин).

За 17 лет ГТИ в Западной Сибири охвачено более 9 тыс. скзатлн с общим метражом бурения более 20 млн.метров, что позволило существенно улучшив показатели буровых работ, вести их оптимизацию, предотвращать ослогнэния и аварии, улучшить геологическую изученность разреза. За это время собственными силами пзготозлено около 100 станций АСПЕ-1, 2, 3 с набором первичных преобразователей информации, сформирована служба. ГТИ. Подготовлены методические рекомендации и стандарт объединения

(СТО) для операторов службы ГГИ и технологов УЕР, методическое руководство по испытанию скважин ИПТ с применением средств контроля и управления процессом испытания.

Технико-методические разработки автора были переданы в тресты Коминефтегеофизика, Пермнефтегеофизика, Томскнефтегео-■ физика, Саратовнефтегеофизика, Зябанефтегеофизика, Таткефте-геофизика, Куйбшпевнефтегеофизика, институт ВНИШефтепром-геофизика (Главнефтегеофизика ;.ИП) , объединение Крымморгео, Казахскую опытно-методическую экспедицию, экспедиции треста Ттаенъпромгеофлзика Главтшеньгеологии, Томское геологическое управление, институты ВНИИГеофизнка, Адрелевское отделение ВНИГНИ, ВШПЖ (Мингео СССР), СКТБ ГШ (Ыинприбор) и другие организации, что способствовало началу работ по геолого-технологическим исследованиям в процессе бурения в других'районах страны. Этому же способствовало создание методических руководств поТТЙ в-условиях роторного бурения (ЦГЭ, Москва, 1979 г.) и турбинно-роторного бурения (ВНИИНПГ, Уфа, 1980 г., 1986 г.), написанных с.участием автора и внедренных в геофизических организациях Главнефтегеофизики МШ и !.!икгео СССР.

С 1984 года организован широкий; промышленный эксперимент по опробованию новой организационно-технологической формы про-мыслово-геофизического обеспечения скоростного бурения - закрепление за передовыми буровыми бригадами комплексных каротажно-технологическихпартий, оснащенных комплексными каротажно-технологическими лабораториями ЖТ-4 "Тшенъ". За Згода , проведения эксперимента организовано 24 КТП, под контролем * которых пробурено более 2-х млн.м горных пород, разработана и выпускается на заводе "Сейсмоаппарат" ЖТ-4 "Тюмень".

Е соответствии с результатами исследований освоен вы- ■ .пуск■ .гамма-плотномера ПЖ, инпикатора работы полота (ИРД), высокоточного глубиномера, блока, технологических параметров.

Экономический эффект только от сокращения времени строительства скватан с применением ГГИ заключается в снижении стоимости'метра прохопки на 3,5-6 руб/м, а с применением КТП - в среднем на 8,0 руб/м прохопки.

Аггообащ'Я работы.

Технико-методические разработки по ГГИ прошли апробацию при ресении практических задач службы ГГИ в производственных трестах управления Запсибнефтегеофизика, трестах Главнефте-гесфизики Г-.ТгШ и геофизических организация Мингео СССР.

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуядалзсь на Ш-У1 областных конференциях молодых ученых и специалистов (1968-1971 гг., Тюмень); на ученых советах ЗККИБТи ЗНИИНГГГ (1974 г., Москва, Уфа); на объединенном выездном заседании секций геологии, нефтепромысловой геофизики, бурения нефтяных и газовых сква-япн НТС МНП и НТО "Горное" (1975 г.,. Грозный); на секции ав- . томатизации и АСУ НТС (1978 г., Полтава); на семинаре кафедры промысловой геофизики• МИНХ и ГП (1979 г., Москва); на выездном заседании секши бурения нефтяных и газовых скзатан НТС ШП и ЦП КТО им. И.М.Губкина (1980 г., Тюлень); на выездном расширенном заседании нефтепромысловой и полевой геофизики КТО ЫНП (1980 г., Волгоград); на Всесоюзной научно-технической геофизической конференции (1.960 г., Красноярск); на ШТ1 Международном геофизическом симпозиуме (1982 г., Бра-, тислава, ЧССР); на юбилейной научно-практической конференции

"1С лет научно-технического сотрудничества стран - членов С "Г ио проблеме автоматизированной обработки геофизической информации" (КОЦ "йнтернефтегеофизика", 1864 г., 1а::у); кс советско-американском геофизическом симпозиуме (1334 г., ; на юбилейной научно-практической конференции "20 лет управления Запсибнефтегеофизика. Итоги и перспективы развития" (1984 г., Тюмень); на семинаре "Состояние и проблемы геолс-го-технологического контроля и исследований в процессе бурения .скважин на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири" (1934 г., Нижневартовск); ка юбилейной научно-практпческсй конференций "10 лет научно-технического сотрудничества стран-членов СЭВ по проблеме проведения спетхиальнкх прсмкслсво-ге физических и прострелочно-взрызкых работ в глубоких и сверхглубоких скважинах (КОЦ "йнтерпромгеофизика", 1985, Чсиак, ВНР); на XXX Международном геофизическом симпозиуме (1?с5 т., Москва); ка Всесоюзном семинаре "Изучение керна, слала и гес-лого-технологическке исследования при бурении нефтегазовое скважин" (1986 г., Калинин); на областной научно-практической конференции "Пути повышения эффективности геофизических исследований поисковых и разведочных скважин Главтшеньге слог;:;:" (1986 г., Тюмень), на областной научно-практической конференции "Разработка аппаратуры для промыслозо-геофизическиг и геолого-технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири" (1987 г., Тшень); на областной научно-практической конференции "Состояние и перспективы гс— олого-геофизических и технологических исследований, проводимых в процессе бурения скважин" (1987 г., Нижневартовск); на Всесоюзной школе-семинаре "Состояние и пути развития ГТЛ"

Ir£'S г., йдагн); ка юбилейном семинаре, посвященном 80-летия сс дня рождения профессора 0.Г.Комарова (ISS9 г., Москва-Калинин), а такие в научно-исследовательских и производственных организациях различных районов страны.

Творческие работы автора по теме диссертации неоднократно занимали призовые места на областных конкурсах PITO НТО пл. 'Д Л. Губкина, работа по испытан:® скважин ЖГ с применением средств контроля ж правления процессом исследования удостоена I серебряно;: и 3-х бронзовых медалей ВДНХ СССР, ра-

'по оозданпа .HT "Телонь" - I золотой, 3-х серебряных и 3-х бронзовых медалей ЗДЭС СССР.

Результаты, полученные автором и изложенные в диссертации спубликозаны s кеногра£гк, "îS-и статьях и защищены 12 азтор-j::::/:: езцгательстзама на изобретения.

''~::-:с~;тый материалы и личный зклал в зеиекие. проблемы. Диссертационная-работа целиком базируется ка результатах многолетних теоретических, методических, экспериментальных и производственных промысловых исследований, проводимых, начиная о Г355 года в бывшем управлении Запсибнефтегеофизика (ранее -трест Т"глекьнефтегес-;::пзика) под руководством и при непосредственном участки автора в период его производственной деятельности з качестве старшего инженера отдела, начальника промысле зо-гзсспзической зкспедихши-, начальнзк'а' опытно-методической паттии,- глазного технолога прсшслозо-геофизкческой конторы, . начальника Самотлорской специализированной экспедиции ш. 50-летия Октября, главного инженера Западно-Сибирского геофизкчес ксгс усэаалввия, а с года - в качестве заместителя дирек-Г-'.ГПГЗ по нау-х* - заведующего отделением "Разрез".

Структура и объем работы.

Лкссертапаонная работа состоит из введения, В глав г. заключения. Объем работы 2SS стр. масинописногз текста, кс::~ рый иллюстрируется 89 рисунката, 42 таблпиаги г содор--иг гр;:-лсженка. Список используемой литературы ссяерхи? 18? наименований .

Азтор выражает искренкш признательность профессорам Б.Ю.Венаелътгейну, Z.H.Леонтьеву, Г.С.Кузнецову. П.А.Вронскому, докторам наук З.Г.йягериану, А.С.Казику, кандидата'.; нар; Савостьянову H.A., Лаптеву В.1., Гзртзову 3.3. за пог-доретсу и соБвтк при сбсуздении различных пояснений работы.

Глусскуп благодарность автор варатдет язкзггатаи Барычеву A.B., В.-::ирозу Ä.J., 'Изаясву Ь.!.'., Косгику A.A., Карнаухову AI.Л,, декалину Л.!.'., ПеЙтлпну С.В., кк.т.еН5?йУ l'yxepy A.A., Гсрсгганкнну В.Г., Антрс:::зу Ь.-Г., Влярику Г. А., Осазпему 3."., Дьяконову А.Д., Дкгдсвву Д..'В, Спбагатулли-у Т.В., Спбагатулядну Ф.В., Зубсву Г,В., Воа г.? о-у В.А., а. и кногэа другим спездалкстан-геофнзпкам es ынсгол^ткзо плодотворное сотрудничество, поникание и по:/с::,ь при выполнение работ.

Болылуэ псмохь а становлении и развитии сдузбы ГГИ з Западной Сибири постоянно оказывали руководители и ведущие специалисты Глазгшеньнефтегаза В.В.Ваин, В.'-'.В^нбергер, Н.Б.Павлов, В.И.Грайфер, К.К.Катик, 3.0.Глебов, А.К.Кпкотъ, руководители геофизических предприятий Западной Сибири И.М.Дозгсполек, ?.С.Рафиков, Г.Х.Шагаов, З.В.!.!арков, Е.Н.Зу-шлин. В.С.Березовский, за что автор зыраяаот ж глубокую признательность.

ХДЕРНАК12 РАБОТЫ

?о введении -обоснована актуальность темы, показаны цель

- задачи исследования, изложено научное .и практическое значение работы, результаты апробации и внедрения, рассмотрен крат-•■:;;: псторцческд!' сбзор развития ГТИ в капгей стране и за ру-

^ пегас:'; гг'ч'; рассматрлзазтся бурящаяся скзанина как сЗхекг исследования и управления.

Лроанализлрозалы математические модели процесса бурения,' -ап^слее полно изложенные з работах советских и американских •:о2Д;-еозателе2: Б.:].1езсроза, Н.И. Панова, З.З.Симоноза, :.Г.Г;:нг:с£:1а, П.З.Ралпцкого, Л.А.1::ра2кэра, З.С.г.!аурера, ,:.''.Алзксандроза, .".?Л-1о.анкосяна, Р.:.!.Э::гзлеса, А.Х.Мдрзад-•-а^задо, Л.Е.Сяаоалнца и др. .

Ир:: анализе бурящейся сквазспнн как объекта управления зы-:.- и детально рассмотрены два основных контура управления: :) бу?сзгя - оператор - бурезая; 2) буровая — УЕР (Экспещщпя)-

- -зарезал. Несмотря на объединение контуров управления одной общей целке (достижение проектной глубины скважины при соблга-

определеннее значений геологических, технологических и ггхнпкс-эгсяожяозк-.гх показателей) задачи, рзщаемнз в них, различны.

Задачи, рэсаемдз з 1-е:; контура управления, являются ; дета? из ними, и г$.|ентпзнссть их решения зависит от таких "акторов, как правильно' составленный геолого-технологический Д132Е (ГТН), профессиональные качества бурильщика, полнота и достоверность опесатдзяо;5. И;-:1 г-рмациз о процессе, поступающей " Зурильщпку.

Выбор рациональных режимов бурения с польз повх-^ен::: фсктизкости проводки скважин необходимо производить с мгнных кибернетических позипи::, так как зыбраяныГ., соглас:::-ПН, рациональны:! ре.т.;~л бурена монет не соответствовать т?*-буемому э настоящий момент, а, следовательно, голяен корректироваться в процессе бурения, для чего необходимо изменять упразляошие воздействия (нагрузку на долото, обороты дел:та. расход премывочне:: жидкости) с цельэ обеспечения цел-знадрд:— ленного приспособления их к изменявшимся забойным условия:.: (возм;~:а:зе:::м воздействием''.

В своя очередь, для этого на бурого:! необходима автоматизированная гафермациенко-измерительная система для сбор:., первично:; обработки, хранения и передач:: статдстическс;: мадии о параметрах процесса бурения, а тенге для гтс-:::.::-'Н-г:-г:г-т целого ряда оперативных решении на основе алгоритмов. реализуемых- непосредственно на бурезо:';. Введение г теорию :: практику бурения вероятностных моделей, методов исследова;:::;: операций, прогнозирования, теории игр усиливает роль наметившееся в последнее время тенденции применение средств вычислительно;: техники в дренессо строительства сквагдн.

Особенно велика рель статистических методов в решении зашач во 2-ом контуре управления.

Статистические оценки параметров процесса бурения, полученные соответстзущеЗ' обработкой результатов измерен:::-: по • пробуренным ранее скважинам, используются при техническом .проектировании строительства разведочных и зкеплуаталионных екзалия, составлении ГТН на бурение последующих скват.ин, выборе рационального сочетания "долото-турбобур" и .для .решения других задач плакирования н управления.

Таким образом, на количественном уровне процесс бурения мсзет быть описан упорядоченным множеством детерминированных . л зероятностных моделей.

Провепено описание буровой скзаашны на уровне количественных, логических и структурных свойств и отношений, которое наиболее полно определяет модель бурящейся сквазсаны как объекта управления; т.к. поззоляет формализовать одну из основных /ИГ - фунхшпо автоматического распознавания ж определения продолжительности операций, проводимых на буровой.

"стоки информации, получаемые с покощь» ШС геолого-тех-нолсгичзсксго контроле, поляна быть соответствующим образом распределены по целевому назначению между участниками техно-лсг::чос:-:ого процесса строительства, скза^яш.

.2.1я конкретно;: бурозой информация о пели управления молах поступать не только в эидо ГТН я других руководя-дих. документов, но п з зппз распоряжений и команд от представителей • ".г? п РПТС на местах (геолог, технолог) о необходимости.не-нропусмотрзннсго отбора керна, испытании объекта в процессе бурения, дополнительных геофизических работах, изменении ре-гзиоз бурения и сзойстз промызочной яшасости и т..ц., если тактическое 'состояние объекта резко отличается от предусмотренного ГТН. Поэтому з случае применения, на бурозой геолого-технологнчэского контроля, последняя подана брать на себя ряд' задач верхнего грози «г управления, перенося их на нижний уровень управления.

Анализ дзи-тэнил информационных потоков на бурозей позволяет построить информационную модель процесса бурения, которая представляет собой модификации математической модели, т.е. опгокназт объект логико-математическими средствами.

- 19 -

Модель позволяет выделить КИС геолого-технологическсго контроля как подсистему более высокого иерархического. уровня. В этом случае описание 1210 и структуры обобщенного показателя качества необходимо производить с учетом внешних связей и целей функционирования всей системы в селом, в которую данная ЙИО входит. Вопросы синтеза ИКС тесно связаны с развитием методов измерения статистических характеристик случайны?: процессов. Это обусловлено тем, что объект управления характеризуется параметрами, случайна изменяющимися во времени вследствие чего случайный (в общем случае многомерный) процесс сказывается более адекзатной-моделью'объекта, чем детерминированный. Это обстоятельство требует включения в информационную модель ¡ЕС оператора спенкк текущих статистических характеристик объекта.

Особенностью 1П-!С является тот факт, что часть кй&сркзлпг з&'лыкается на операторе, другая выходит за пределы ее структуры. Обратная связь (верхний уровень управления) осуществляется на основе не -текущих, оперативных, а накопленных данных. В этом случае обработка и анализ результатов измерения производится не в реальном масштабе времени, а выполняется лиигь после процесса измерения к регистрации с помощью набора различных средств обработки и'представления информации. При этом другой важной -особенностью ПИС являются большие потоки-информации, затрудняющие ее восприятие, анализ человеком и обработку средствами вычислительной техники. Следовательно,:одной из функций ШС должно стать сокращение.избыточной информации'с сохранением ее достоверности. •

..Информационная и.структурная модели позволяют выделить основные составные части'КИС, установить характер их взакмо-

дейсг-лдя и взаимосвязи. При stcm измерительная система яс./зна обладать цел!2л ряде:.; сдесйичесхих признаков, основные из которых: многофункциональность, многз'лакаг\>зость, елс su:• характер ззаимодейстзд- составных частей, представление;ин-рср:д:-.-д:;: гак в фунндлл времени, так и а функции глубин, на-ллч:::.- ;ло:-:од, обладг.?ггдх зеемд .признаками салгостоятзльного измеритзльнзго устройства.

: стлнозлз-гпе ззадмосздзд измерительных систем IUIC, нали-чдз ::н"ср::а:::тс:п;о'' медали, построенном на оснозе анализа дн-лос:л::.:д:о:-л"_-: пзтекоз, обеспечивает возможность создания слздиа-.глзпгсзаннс:; ¡LrCi геолого-технолсгическин исследовании и управлении ддздлзосм строительства на базе с-ормэлдзсБанкого ирод^глдлонил исходных данных, у::::™:д::роза:;н;~: технически peno:-:::.- и дорзичннх пзмерпдельных преозразезателэ::.

второй глазе проведена классификация. сонозннх задач PTII до классам (гоологичесмиз, тзхпелсгнче-скиз, диагностические ила:;;:, э-зуснемпдзсиие, гкелердмэнталдьикз) ;: типам < сператгзнкэ, статистические), дродг теле катзгорпрезакпз глубоких екзаядн .-по ст-пони слслнсотп и на сто:; основе предложен перечень задач ГП1 для екзаазн сазднчнзй ./гздэни слозснссти, оптимизирующей как гем-длэко зад?.", так :: иедпдзодзо измерительной информации, необходимой для :::: •зелени." ~ т: грллзс-гзологическпх и технологи-

"олзз классификации задач ТТ. тзляется з конечном очзте лдзлмнза:л:я не'зздопи-'зл —v;^ ;r-"t-c:.':ainn: :: шгСЬда лздни-Ч£с:-:д:с ссздстд для :.:ул. збработ:": ••• драненхл. -Jos 'с;?с '-:эз~з:лг~:-:з -"р.лзл :::::. :г. м-ддрезание ГГ." о. ;;чзт~м с ~зор.■■•проза:-;: ; :: зг-гл::.^;:::.:" и: ■■"и^з.дьнз.'С везмомпозтеб при ;/ззлпгтек;д"'

Системный попхоп к 'проблемам ГТИ позволил оптимизировать как

состаз технических средств Ш1С ГШ, так и пути постижения поставленной цели.

. Этому способствовало выявление уровней функционирования спс-• теш, оптимизация комплекса исследований в соответствии с принятым' ■категорирозанием глубоких скважин по степени сложности и постижением необходимой информативности системы для конкретны:: горно-геологических условий.

Рассмотрение ГТК как системы позволило выделить ТИ ур ее функционирования, последовательно рассмотреть метод;; :: спо-^обы решения всех задач, рационализировать комплекс исследован::;: с целью постижения максимальной информативности, оптимизировать состав технических средств,. необхошзлых для постижения поставленной' цели.

Третья глава посвящена обоснованию информационной основы :т комплекса параметров ГТ"Л.

' Как следует из информационной'модели процесса бурения, информационной основой. ГШ является сам процесс углубления скзаяикк, изучавши с помощью наборов (комплексов) первичных преобразователей (датчиков), сзязачных с источникам: информации, непрерывно ■циркулирующей-в элементах буровой установки при реализации процесса строительства скезжибы.

В этой связи важное значение, приобретает вопрос- о местах установки.первичных преобразователей информации, т.е. о точках-съема информации.

Многолетний отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации КИС ГТИ, современные.'требования'к обработке информации с помощью средств микропроцессорной техники и задача оптимально- ■ го группирования преобразователей .информации с целью получения на иг основе максимума комплексной -производной информации позволяет

разбить современный арсенал первичных преобразователей ТТН на следующие группы:

1. Преобразователи измерения длины - Ь , времени - I , скорости - V , веса (нагрузки) - £г , давления - Р , расхода - С< , на основе которых строится обязательный комплекс исследований (ОХ).

2. Преобразователи- плотности - Р , кинематической вязкости -л) , а также - пиншлкческой зязкости ПЕ образуют 1-й пополнительный комплекс (ДК1) исследований. .

- -3. Преобразователи частоты - 5 и амплитуды зиброускорения - А вибрации верха бурильной колонны представляют 2-й дополнительный комплекс (Дд2) исследований.

I о

4. Преобразозатели ■ температуры' И;! - -I- а также кошгчес-тза и состава газов, извлеченных-из ГН - I с образуют 3-й до- ■ полнительный комшвкс исследований (ДСЗ).

Разделение групп преобразователей свойств 1Ш на ДК1 и ДКЗ неслучайно: оно обосновано тем, что параметры ДКЗ ни в системе СИ, ни з другой системе' единиц.не образуют с.параметрами остальных трех групп никаких производных параметров, что, как будет показано далее, имеет принципиальное значение. Производные параметры ранжированы на два уровня. Производный параметр 1-го уровня - это параметр, получаемый из основного без привлечения дополнительных основных параметров (как правило, с помощью логических операций), а производный-параметр П-го уровня - это параметр, получаемый с использованием 2-х и более основных параметров. .

Те из производных параметров 1-го и П-го уровней, которые невозможно определить непосредственным измерением, будем называть комплексными производными.параметрами.--

- 23 -

Значительное количество первичных преобразователей информации пае? основание на получение кратно бсльзогс количества производных параметров, имениях размерность физических величин, либо безразмерных, тающих определенный физический смысл.

Основой для получения производных параметров является теория размерности, изложенная в фундаментальных работах Л.И.Седова, Л.Г.Лойцянского, А.А.Гухмана, В.Дслежалика, £.Камхе, К.Кре-кера и пр.

Сформулированные на'основе теории размерности правила получения производных размерных и безразмерных величин открывают большие зозкоанозти определении усложнявшихся рядов физических величин, язлящпхся ма-те.магически?,ш моделями процесса бурения.

Безусловно нее они не могут быть использованы в процессе ГТК, так как, во-первых, таксе количество информации явно избыточно, а, эо-зтерых, У¥х2 ГТИ с .-собой степенью компьютеризации будут клеть конечные вычислительные возможности, однако из очень большого количества физических величин достаточно' просто построить усложняющиеся математические модели, отргкащие особенности пропесса и свойств горных пород,■■наиболее подходящие.для описания конкретных' случаев реального разнообразиягорно-геологических и технологических .'условий'бурения глубоких поисково-разведочных и эксплуатационных сквагин.

Оптдгкзащв производных физических величин следует проводить на основе принципов механического подобия с учетом критериев подобия.

■ Для безразмерных величин", з структуру- которых не входит параметр скорости ( \1 ), можно найти другое физическое истолкование. На их базе можно построить параметр нотаали зеванной скорости бурения ( \/ ^ ) , равный произведению механической

скорости-бурения ( \/м ) на безразмерную величину, не содержащую з своей структуре параметр скорости. Безразмерная величина получает при этом название коэйФидиента нормализации ( Кл/ ) и выражает собой степень, влияния -входящих в ее структуру параметров на скорость бурения ( Ум ). .

Нормализованная скорость бурения, определяемая по предло-зонному принципу, - является унифицированным средством оперативного выделения пластов-коллекторов я зек А31Щ в различных по сложности: горно-геалогических и технологических -условиях.

'.".пложенные выюе принципы позволяют построить усложняющиеся матоматнчеекпе модели практически для всех физических величин, что открывает перед методами ГТИ- со'зерпенно новые информационные возможности, вполне реализуемые в' новом,- поколении' разраба- ' •онваем-^с ксмльятзрпзсваякь'х Ш.0 ТТЛ типа "Сибирь" и "Разрез".

Полученные наборы нормализованных величин язляатся своеоб- . разными "наборами зондов переменной информативности", зависящей от забранной мотели- (козф^нкзята) -норьализаЕ'л, г.а. от количества и ззаимоовлз;: вй.гпчин, здпятапс на нормализуемы:; параметр.

Такой подход позволяет э зависимости от набора первичных преобразэзателеЗ в нимарительнсм комплекса и конкретных горно-"слогичэоких и техполсгпчэскпх. условий выбирать наиболее опти-

"зонд", иаетгл ^аллучлое приближение к нужной модели -•улюсог. " "роллл ил,: ло/;ае:.ллс Флзнчзскпх свойств горных порол.

Оо'^луе? л-.дд»-.-,-. ;тсятельство, что появление разж:-

■ у":.:;-::: по слоггности :оо:т:~П;огпи мололо.: процесса разрушения "о:::. ;:: породы поззо..-о:;ог ло-н-о'-сму проблеме автоматп-

.зашги углубления скза-^:ны, которая пока находится за пределами 'уллпой ГТЛ, являясь од"о:1 ::з задач .'-."У ТП-Е/'РШКЕ.

Появление новых критериев управления технологически:,! процессом, а также разработка бортовых УЕК на современной микропроцессорной технике дает как теоретическое, так и практическое обоснование включения задач автоматизации углубления скважины в функции ГТИ.

Обоснована .оптимальная структура ИИС ГТИ, позволяющая минимизировать- набор технических средств, оптимизировать процесс вычисления производной информации, рационально распределив его по вычислительны?.! контурам по параллельно-последовательному принципу, иметь "горячее резервирование" вычислительных мощностей, обеспечить сквозную циркуляцию получаемой информации и возможность- ее представления на любых средствах отображения ■информации. Реализация предлагаемой структуры Ш'С ГГИ позволяет повысить информативность первичных преобразователей ГТИ по 'крайней мере на порядок.

3 четвертой главе рассмотрены вопросы повышения геологической информативности методов исследования скважин по промывочной жидкости. Новые методики проведения газового нар.отаэса. в процессе бурения в значительной мере базируются на предыдущих исследованиях автора и результатах опробования и совершенствования технических средств ГТИ.

Хорошие результаты дает методика исключения ложных аномалий путем сдвига кризой суммарных газопоказаний на величину времени полного цикла обращения промывочной жидкости (Лукьянов Э.Е. , 1981), при реализации которой периодически позторущиеся помехи локализуются и рассмотрению не подлежат.

Предложена новая методика проведения газового каротажа >:•:

v

основе естественной дегазации ЕЕ на устье скважины при контакте

ПЕ с атмосферой. Отбор ГЗС и воздуха из специально оборудованного устья скважины позволяет непрерывно определять газонаскщен-ность ПЕ по выражению:

п Г; • К|

где f 1 - содержание СН4 по ШАМ-5М, %;

Kj - % г&с ~ он - козййициент, опоеделящий соотно-

! Or, у

шение расходов ГЗС и 1Ш;

л ¡.! .

К. -—'—L- - коэффициент, огое делящий соотко-

£ игл.

шение СН4 и суммы углеводородов в

ГВС;

К j - коэффициент извлечения газа из'IH С коэффициент негазации) в условиях естественной дегазации и вн. мывания воздухом. Коэффициент должен периодически определяться путем сравнения суммы углеводородов, полученной на хроматографе или на ЛИП (с учетом К^ ) с суммой углеводородов, полученной по результатам термовакуушой дегазации проб HZ, отобранных до контакта с атмосферой.

Методика проведения газового каротажа на основе естест- . венкой дегазации ЕЕ с дополнительным принудительным вытеснением свободного газа воздухом позволяет непрерывно определя^^ газонасыщенность Ш по метану и по суше углеводородов через вычислитель, а также создает безопасные условия труда на площадке буровой, отводя весь выделившийся свободный газ в безопасное место. Это особенно, важно при наличии в ГЗС токсичных газов (особенно сероводорода). В случае возможного наличия в ГВС сероводорода на выходе центробежного воздушного насоса необходимо установить детектор сероводорода.

Сочетание естественной дегазации с принупи ельным вытеснением свободного газа воздухом и быстрый обмен газосборной камеры создает благоприятные условия для повышения степени извлечения газа из Щ и создания высокой дифференциации газонасыщенности ПН по разрезу при высоких скоростях бурения.

Оценка погрешности определения газонасыщенности ПЖ по углеводородным газам показывает, что-относительная погрешность определения газонасыщенности ПЖ лежит в пределах 0,2-0,25, что приемлемо для последующих определений состояния флюида.в пластовых условиях и лучше, чем у применяемых сегодня методик.

Для экспрессного определения общей газонасыщенности ПЖ предпочтительней прямое определение газосодержания ЕЕ физическими методам. С этой целью для системы "Сибирь" Тшенским СКТБ была разработана радиоизотопная аппаратура контроля плотности раствора (АКПР). С учетом влияния плотности плача общая газонасыщеннос.ть ПЖ против пластов-коллекторов определяется по выражению ■ .

П 1 ( ) -Рл ~ А Яша ^

О п ! г>2)

Уф - Л ^щср /

где Ра. - плотность ПЖ на аномалийных участках против пластов-

коллекторов; Р^р - фоновая плотность Ш (плотность на входе);др№1г_,лра1£р- поправка плотности за счет обогащения ПЖ шламом против аномалийных и фоновых участков соответственно, определяемая по номограмме з зависимости от скорости проходки.конкретного интервала.

Погрешность определения с помощью АКПР лелзт в пределах 0,05-0,15, что существенно низе погрешности определения газонасыщенности ПЖ дегазационными методами.

Еще меньшую погрешность лает метод определения газосодержания ПЕ по трем датчикам давления, установленным в верхней части устья скважины над превентором. Этот метод основан на учете расширения реального газа в 1Ш при снижении давления за счет подъема Ш к дневной поверхности. При базе между датчиками I м погрешность определения газосодержания не превышает 0,02-0,03.

Данные по газонасыщенности ПЕ, определённые физическими метопами,--приведенные к истинным глубинам являются основой для количественной интерпретации данных.-газового каротажа.' Учитывая возможность определения характера насыщения пласта по величине газонасыщенности флюида пласта (ШП/, предложенную во ВНИИШГ (Езерский Ю.Г., Никонов А.Д., 1977) и расчитан-нув на использование материалов газового каротажа (Г^) и ГИС '(Кп) предлагается остаточную газонасыщенность флюида пласта определять по выражению ■ .

Кп -о7о19Гпр ? . (3) .

-Я С

где |пр =10 ¿С|/с: - газосодержание, приведенное к -*ъему выбуренной породы (м3/м3), определенное физическим методам:; Д^ - приращение газонасыщенности ПЕ (смэД) по данным 'АКПР, по трем датчикам'.давления, или другим физическим методам;

Е. - коэффициент разбавления (м3/м3).

Методика количественной интерпретации результатов газового каротажа управления Запсибнефтегеофизика однозначно разделяет продуктивные газонефтенасыщенные пласты от водонасшценных с растворенным газом и повышает точность определения конечной величины - остаточной газонасыщенности флюида пласта &срс -в среднем более чем в 6 раз, , а для пластов с низким газовым :

¿акторг" нефти - на порядок по сравнению с применяемо;': методикой -и •.:'.;. :зе чем з 3 раза по сравнению с методикой ГГП (вариант

:. ыш-лг).

.'ополнительнкм преимуществом этой методики .является то, чт- она выгодно отличается от методики ГШ БЖШШГ л тем более от методики яНЖГэофизики принципиально икон разрушающей сгтсс ясностью конечных: результатов по глубине.

Непрерывнее определение физическими м-этодамл.

положенное з ссяозу методики количественно.; интерпретации данных газового каротажа управления Запснбкзфтегэофпзика, лп-лэло нззостаткоз плохой дифференциации газснас£.~знности из разрезу ::з-за вредного влияния обьема- дзгазатср-j и лоззоллзт уверенно э£дзллть газонефтенасыщзннке разности о небольшими л::р?-мьгчк5:-ли при высоких скоростях бурения.

"•то преимущество позволяет проводить раостн с высокой гео-• логической эффективностью в тонкослоистом разрезе, яри вшдз-лении премктзе зон з оценочный скважинах па поздней стадии разработки месторождений, при дифференциации газе—-и ns-x-те-нзекщенных участков з слсжнолострсеяннх газонёфтэкасызэнзых коллекторах ("рябчик"- пластов Самотлорского мастоссжде-

:г.:~; и в других сложных случаях.

Различными исследователя:!:: (Коротаэз й.л., Стопаноза г.*., •'рптская а.г., Панче нк с а. п., Могиле некий г.а., Соколова

;/ , И. :: Д?.- прззпрпг-пдлалпсь поппгк:: ■-:--

■ ляле:-;:':я язозогс осот Я1н::л углеводородов (УЗ) в залэжя :я

, я горя-- ■я.-s поставлена задача - на-,::: един обо '•чзоз1д: лОО;'.'--;:1д:ент, с ::ог.'сяяя которого \:ожно бь*л.; "я "я.яяя .

вероятностью определять характер насыщения залежи.

, Для этой цели был предложен обобщенный показатель углеводородного состава (ОПУС), свободный от большинства недостатков, отмечаемых в предлагаемых ранее критериях.

•<»> '■ и;

где Ст, ...С5 - значения компонентов в относительных процентах.

Для исключения влияния добавок нефти в НЕ предлагается значение ОПУС определить по 3 или 4 первым компонентам.

Проверка ОПУС на многочисленных литературных и промысловых данных показата высокую эффективность определения характера насыщения пласта по этому параметру. Так эффективность разделения. нефтенасыщенньэ: (73 объекта) и водонасыщенных (49 объектов) горизонтов по результатам газового каротажа по тресту Пермнефтегеофизика составила 0,91 против 0,85 по методике фир-•мк "Геосерьис"

Таким образом при применении методики количественной интерпретации данных газового каротажа управления Бапскб-нефтеге©физика данные хроматографии используются только для определения характера насыщения продуктивного пласта. • . Температура ПЕ на выходе из скважины, довольно широко используемая как за рубежом, так и у нас в стране.для выделения зон АБДД, не имеет теоретического обоснования ее геологической информативности. .

Автором совместно с А.И.Филшшовым (Башгосуниверситет) сделана попытка восполнить: этот пробел.

При ряде допущений, основным из которых является отсутствие поглощения или притока з бурящейся скважине, получено решение системы дифференциальных уравнений, показывающее основной вклад в изменение температуры па на выходе из сква-.нины геотермического градиента, и скорости проходки:

а V <*+ = Г Ум • (5)

В случае перенесения кривой о(ТЛ/ сЦ на ось.глубин путем привязки ее к "истинным" глубинам выражение цреобразу-

етсл в ' '-Т Г

а \л/ а г. -1 . (з1

■ Отклонения от этой закономерности по причине поглощения или притока .являются важной дополнительной информацией о про-' геканая.технологического процесса и геологических -особенностях вскрываемого разреза, например, величина отрицательной гра-акент-гермограммы определенным образом связана с фильтрационными свойствами вскрытого дласта-коллзктора.

Газогидоатныэ затени требуют определенного подхода к пх первичному безаварийному вскрытии стволом бурящейся сквазсизы.

Автором теоретически обоснована необходимость принятия специальных мер для безаварийного перззчного вскрытия зате-. .-гей гидратов природных газов,' предложена методическая основа технологии безаварийного вскрытия газоги.дратных залежей.

На основе использования двух типов детекторов - оптико-акустического (по поглощению-ПК-излучения) для определения . СН ^ и 'пламенно-ионизационного (на сумму углеводородов) теоретически обоснована и опробована методика пошлого непрерывного определения молекулярной массы УВГ з ГЭС как основы

оперативного определения фазового состояния УВ в залеги. По двум детекторам определяется относительный параметр

b-U - Га. V?;

изменяюеийся от 0 до I и тесно связанный с молекулярной

массой УхзГ зависимостью, апроксиглирут -еися уравнением

М=Л5(-г*:Гс< (8)

• \t ' -где ¡ £ - показания плаызнно-ионизац^онного детектора;

Го, - показания газоанализатора на СН4 (ЕИАМ-5М).

CID'С также имеет хорошую корреляционную связь с М:

-у опусГ7^ fo , (9)

которая справедлива для диапазона М от 2G до 39 и ОПУС от 3 до. 1203, т.е. во веек практическом диапазоне изменения состава попутных нефтяных газов.

Предложена номограмма для определения по М фазового состояния углеводородов в залеяи.

Пятая глава посвязека вопросам использования ПИ

для повышения информативности комплекса исследования скважин, i

Расширение комплекса первичных преобразователей ГТИ-с одновременным применением метода размерностей :.пля повышения информативности измерительных комплексов ГШ по правилам, изложенным в главе 3, позволяет получать ценную геологи-

TTd "г-ггг-» ttu^rktne#rjtttres tto • ттл^т^тггттт/ЧЛ тттт^г>т\в r«3ttttyt »npvpn 7гг\тнг_

l^v-xv. j BJ xi» uwawao ii.c^fuu'íiswju к > íuuí^waíi*

ческих исследований (ТЮ.

Геологическая информация, получаемая по результатам ТИ, предназначена прежде всего .для оперативного использования непосредственно на буровой для оптимизации цроцесса углубления поисково-разведочных скважин (оперативное выделение

пласта-коллектора, определение характера его насыщения, принятия решения об испытании объекта и т.п.), однако з сланных случаях может оказаться ценной и для комплексной интерпретации всей геолого-геофизической информации на этапе подсчета запасов.

Возможности получения геологической информации по результатам технологических исследований резко возросли с введением в комплекс исследований зиброакустичэского каротата (ВАК) с помощью прибора ЯРД.

Предварительно обработанная (осреднение, фильтрация) технологическая информация (нагрузка на долото, механическая скорость бурения, давление насосов, амплитуда и частота виброускорений верха бурильной колонны, плотность и расход промывочной жидкости) подается на информационно-управл~с:::::.; комплекс (КНУ), где определяется производные 'параметры, щие петрофизичэскую основу: углубление за один оборот делота, жесткость разрушения, твердость породы, энергоемкость разрушения, забойная прочность, плотность породы, "буреза.?" пористость и проницаемость и др., а также такие параметры как относительный коэффициент бурлмссти, коэффициент, износа долота, индекс породы и т.п. Например, заражение для одр*деления плотности горных пород по технологическим данные выглядит следующим образом:

где Кд- коэффициент типа долота (пля полот типа М , МСКо - Ргт* ~ Ела'гкостъ ЕЕ е г/см3;

(3 - нагрузка на полото £ ТС ; ¿> » - площадь забоя в- смл; п - об/шн; - м/ч;

К и - коэффициент износа полота.

"Буровая пористость" через О л аия условий•ЗапапзоЕ Сибири определяется по выракению:

с ^.ьР - бп

Основываясь на рассцрешшх возможностях ПК оперативно репать целый ряд геологических задач гр-длонена овгачдза-зптонно-гехрощоггческая система опткикзгдг,:.„процессов кссл^ пования скважин и испытания пластов, позволявшая резко сократить объемы бурения с отбором керна"при использовании буровых растворов на водной основе. При серьезном сокращении времени строительства поисково-разведочной сквгшяш полнота полученной геолэго-геофизической информации будет высе за сч». закрепления за буровой бригадой по аналоги: с КТП комплексной партии исследования разведочных скваккв (ПЕРС), которая помимо ГКО проводит - полный комплекс . ГШ, испытание и опробование пластов з открытом стволе, а также отбор керна сверлящие керноотборнпком для петрофизической "калибровки" РИС.

Показаны примеры получения новой информации, подтверждающее расщирение геолого-технологических возможностей.. ГШ и условность разделения информации ГТИ на технологическую к

геологическую.

1естая глава посвящена вопроса« использования ГГЛ тя совершенствования технология буровых работ, оптимизации и .автоматизации процесса бурения. Оперативное использо ание ГГЛ для совершенствования технологии буровых работ оптимизации процесса бурения регламентирует "Методика прозепения технологических исследований процесса бурения скваклн в условиях Запалнон Сибири (стандарт объединения!", созданна5 Управлением Запсибнефтегеофазика и институтом СНЫПТсШ э 1Э87 г. и .являющаяся обязательной для геофизических :: буревых предприятий региона.

ИспользозаЕпе накопленной информации ГП! ши проекеггро-зания режслов бурения по месторождению пезпгаэт дсстсзер-ностъ проектных рэпений, сокращает.сроки адаптзшп: бугез:*:; бригад к специфическим горнс-геологэтэскпм условиям месторождений, что з конечном счете также позг^азг т-лсниго-йк-:,-зошческне показатели всех буровых бригад, з г см числе :: тех, которые услугами партий ГТП и КТП непоерг дстзенно используются.

Разработана и проела промысловые испытания система автоматического управления подачей инструмента при бураки:: (система автоматического управления поддержания ссзвой нагрузки на долото), использование которой" позволяет познсг." механическую скорость бурения и прохо.дку на долото на 20-35 % и существенно облегчит труд бурильщика. Планируй; включение системы в ссстаз ИЗС ГГЛ, что значительно повышает их функциональные возможности.

5 седьмой глазе рассмотрены результаты .промышленного эксперимента по опробованию технологии комплексного применения ПИ и 1Й0. в скважинах эксплуатационного бурения.

Автором была предложена и с 1984 года реализована ъ проглыцленном масштабе новая организационно-технологическая форма информационного промыслово-геофизического обеспечения скоростного эксплуатационного бурения в Западной Сибири на основе закрепления за буровыми бригадами комплексных каротажно-технологических партий (КТП). КТП оснащены комплексными каротажно-технологическими лабораториями (ЛКТ), с помощью которых производится круглосуточный технологический контроль процесса бурения, технологическая инклинометрия и все виды ГКО.

Объем.цромыЕненного эксперимента превысил 2 млнметров эксплуатационного бурения, снижение стоимости метра проходки составило в среднем 8 рублей/метр при пашой компенсации затрат на проведение ГГИ.

Б рамках создания новой организационно-технологической фора промыслово-геофизического обеспечения буровых работ разработан целый ряд принципиально-нозых способов и устройств для совершенствования ГТК, организован выпуск микропроцессорных каротажно-технологических лабораторий "Тюмень", ведется разработка компьвтизирозанной каротажно-технологической лаборатории "Сибирь".

Производительность трупа линейных работников КТП выросла на 150 серьезно улучшились условия трупа работников партий, упорядочился режим их работы и отдыха.

В восьмой главе показаны перспективы и пути развития геолого-технологических исследований скважин за счет введения в комплекс исследований телеметрических забойных систем (ТЗС), развития новых физико-химических методов исследований; (13К-спектроскопия, пиролитический анализ',, селективная нонометрня ■и др.).

Показаны иерархические связи партий ГТК, ХТП, ПИРС с системой "Подсчет" и АСУ-БУРЕШЕ, являющихся системами более высокого иерархического уровня.

Попробно. изложены принципы построения системы геофизических аппаратурно-методкческпх автоматизированных комплексов (ГАМАК), рассмотрены структурные ■ схемы отдельных поп-систем системы ГАМАК, а также вопросы синения удельной стоимости геофизических аппаратурно-ыетодяческст автоматизированных • комдлексоз нового поколения, технологии ::;с применения и сервисного обслуживания.

Вся информация по системе ГАМАК вынесена в приложение I, в приложение 2 приведены справки об экономической эффектов- ■ кости.

3 А КЛЮЧЕНЕЕ

Рассмотрение геолого-технологических исследований в процессе бурения как системы позволило впервые научно обоснованно перейти от отдельных разрозненных видов исследований и способов получения геолого-технологической информации к комплексному-изучению проблемы ГТИ и как нового направления промысловой геофизики, и как нового диалектического развития промыслово-геофизических исследований бурящихся скважин. Подтверждением.этого является внедрение в. практику работ новых организационно-технологических форм геофизического информационного обеспечения буровых работ:, появление комплексных .. каротажно-технологических партий (КТП) и партий по исследований разведочных скважин (ПИРС), оснащенных соответствующими техническими средствами. Сохраняя в своем арсенале применяемый ранее комплекс ГКС новая организационно-технологическая форма геофизического информационного обеспечения буровых работ коренным образом меняет свое внутреннее смысловое содержание.

Если ранее проведениё ГИС. было единственной задачей каротажной, партии (отряда), то для КТП или ПИРС эта задача, несмотря на всю ее важность и значимость, является лишь необходимым фрагментом их деятельности, т.к.-функциональные задачи этих партий значительно расширяются, их конечной целью становится полное информационное обеспечение процесса строительства скважины.

Переход от пассивного сбора информации к убавлению процессом углубления скважины (управлению процессом разведки на уровне скважины), в том числе и с применением локальных

контуров автоуправления, также коренным образом меняет внутреннюю сущность новой организационно-технологической формы информационного обеспечения буровых работ, подготавливая организационно-методическую и техническую основу автоматизированной системы управления процессом разведки на уровне скважины (АСУ "Геотехнология"), которая в то же время является низовым (первичным) звеном более широких АСУ-ЕУРЕЕЕ и системы "Подсчет".

Подобная "трансформация" как ГШ, так и ГИС при системном подходе является вполне закономерным явлением, судествен-но расширяющим потенциальные возможности промысловой геофизики как основного поставщика всей необходимой для отрасли информации при проведении буровых работ, ее экспрессной обработки непосредственно на скважине и выработки необходимых и достаточных .управляющих решений для оптимального управления как . процессом разведки на урозне скважины, так и' отдельными технологическими процессами (углубление скважины, оперативное испытание выделенных объектов, проведение ГИС и т.п.). При зтом, естественно, необходимо соответствующее изменение организационно-правовых функций промыслово-геофизической службы, закрепленных соответствующими отраслевыми документами.

Все изложенное выше является следствием решения авторе:.: и под его руководством целого ряда теоретических, методических, технических и организационных задач, реализованных на практике в процессе проведения исследований. При этом получены еле .дующие основные выводы и результаты:

I. Разработаны теоретические основы информационной базн ГГИ. На основе теории размерности сформулированы правила

получения комплексных производных физических величин, являющихся математическими моделями изучаемого процесса и отражающих физические свойства горных пород.

Разработан системный подход к проблеме получения информации при проведении ГГИ, позволяющий целенаправлено получать любую физически обоснованную информацию о процессе разрушения горных пород и их физических свойствах.

Разработана методика оценки: информативности как отдельных измеряемых параметров, так и измерительных комплексов с учетом решаемых задач, обоснованы методические приемы повышения информативности измеряемых параметров ИИ. Показаны пути повышения информативности первичных преобразователей ГГИ по крайней мере на порядок.

2. Обоснованы рациональные комплексы ГГИ и оптимальная структура построения компьютеризованных ИИС ГШ с учетом получения максимальной информативности измерительных комплексов, наиболее рационального и гибкого использования сотовых вычислительных мощностей и систем отображения информации»

3. С целью расширения комплекса исследований, дальнейшего совершенствования технического уровня ПИ и расширения функциональных возможностей информационно-измерительных систем ПИ, в частности, реализации мегодшш комплексного применения ГШ и ШС для обеспечения скоростного эксплуатационного бурения - разработал, освоен выпуском и внедрен в производство целый ряд сложных технических устройств, не имеющих аналогов в СССР и за рубежом, большинство из которых защищено авторскими свидетельствами. Разработка этих устройств велась при не посредственнш участии X под руководством автора.

Такие устройства, как гамма-гамма-плотномер ЕЕ (АКГТ?), измеритель глубины скважины на базе .двух преобразователей перемещения бурового инструмента (ДОЛ и ДОРК), индикатор работы долота ИРД, технологически!! блок компьютеризованной системы "Сибирь", микропроцессорная каротажно-технологическая лаборатория "Тюмень" является не только технической основой нового поколения ИИС ГЕИ, но и позволяют реализовать принцдпиаль-но новые методические возможности проведения исследований.

4. Расширение комплекса первичных преобразователей ТТЛ, а также применение метопа размерностей позволило предложить и опробовать в условиях Западной Сибири целый ряд алгоритмов, направленных на получение геологической информации по технологическим параметрам ГТИ, такой как физико-механические свойства пород, "буровая пористость", "буровая проницаемость", остаточный газовый фактор и целый ряд других геологических параметров, позволявших оперативно решать непосредственно

на скважине целый ряд важных - задач, связанных как с оптимизацией процесса углубления скважины, так и с оптимизацией.процесса разведки на новом уровне, существенно дополняя - информативность комплекса исследования скважин и еще раз подтверждая неразрывность информации ГТИ для решения всего комплекса задач, стоящих перед'поисково-разведочным бурением.

5. Реализация разработанных автором новых теоретических и технико-м&то'пических разработок коренным образом меняет геологическую информативность газового каротатл, превращал его из индикационного качественного метопа в количественный прямой физико-геохимический метод оперативного изучения разреза поисково-разведочных и эксплуатационных скзазсия з -процессе бурения. . ■

Реализацию предложенных разработок необходимо вести с применением бортовых-микропроцессорных средств.

6. Параллельно с разработкой, опробованием и организацией выпуска-технических'средств велась большая работа по организации в трестах управленияЗапсибнефтегеофизика каротажно-технологический партий (КТП), постоянно закрепляемых за буровыми бригадами. КТП являются основным звеном новой организационно-технологической формы геофизического обеспечения скоростного строительства скважин в Западной Сибири.

На конец 1983 года организовано 30 КШ, в последующие годы планируется. организация 10-ти ■ комплексны:!: каротажно-технологических партий.ежегодно.

7. Подробно рассмотрены вопросы создания системы геофизических аппаратурноч,методических автоматизированных комплексов различной степени сложности <ГА1,1АК), применение которых возможно в различных горно-геологических условиях. Парадлель-но о этим намечено создание ряда поверочно-метролоптческих лабораторий и програгагао-управляемкх тренажеров для подготовки и переподготовки кадров, рассмотрены вопросы технологии применения различных технических средств и их комплексирование в зависимости от очередности оперативных задач строительства

-скважин, Намечен слан создания, и.выпуска технических средств системы ГАМАК на перспективу по 2000 года.

Б. Экономическая эффективность ГТК, а затем и новой организационно-технологической форш прсмыслово-геофкзического обеспечения скоростного строительства-скважин б условиях ■ Западной Сибири просчитывалась за период 1972-1988 гг. неоднократно (справки об экономической эффективности).

В целом se- объем исследований, проведенный в Западной Сибири с помощью партий ГГИ и КТП за период 1972-1958 гг. превысил 20 млн.метров, а суммарный экономический эффект от их применения превысил 70 млн.рублей.

Оценки показывают, что применение комплексов ряда ГАМАК з попскозо-разведочнсм бурении позволит снизить стоимость метра проходки на 20-25 сведет к минимуму зерсят-ность пропуска перспективных на нефть и.газ объектов ::■существенно поднимает уровень геолого-гаофизической информативности исследования скважин.

Содержание диссертации изложено более чем в 50.опубликованных работах, основные из которых перечисляются ниже:

Монография

1. Исследование скважин з процессе бурения. 1,1., Недра, 12-7Э, 248 с.

- Научные статьи

2. 0 характере насыщения пластов по данным геохимических исследований. КТС "Нефть и газ Измени", г. Тюмень, вып. 5, 1970.

3. 0 природе газопроявлений сеношнского яруса СамсглсгексД площади. КТС "Нефть и газ Тюмени", вып. Ю, 1Э71 (3 соавторстве с Сибагатуллиным Т.Ф.).

4. Изучение геологического разреза скважин в процессе бурения.. РНТС "Бурение", вып.-Т., М., ЗйИИСЭНГ, ТЭ74 (3 соавторстве с Саулеем В.И., Толстолыткиным И.П.).

5. Использование данных промыслово-гесфизических метопов для оптимизации процесса бурения. РЕТС "Бурение", вып. 7, М., ВШйОЗНГ, 1974 (Б соавторстве с Толстолыткиным И.П., Довгополюком И.М., Цыглеевым Л.Я.).

6. Способ идентификации горных пород в процессе бурения. Трупы СибНИИШ, вып. 10, г. Тюмень, 1978 (В соавторстве с Барычевым A.B.).

7. Электромагнитный расходомер для контроля процесса бурения. НТС "Проблемы нефти и газа Тюмени", вып. 42, 1979 (В со- .. авторстве с Мелик-Шахназаровым A.M., Абрамовым P.C., Винштейвом PI.И.).'

8. Система измерения расхонов кидкости в процессе бурения сквакин. РНТС "Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности", еып. 2, М., ЕНИИОЭНГ, 1979 (Б соавторстве с Мелик-Шахназаровым A.M., Абрамовым Г.С., Сухору-козым В.Н.).

9. Особенности технологии геофизического обеспеченг "ктен-сизного ввода в разработку нефтяных месторокдений Западной Сибири. Труды БашНШШнефгь, ВНИИНПГ, вып. 13, Уфа, 1983 (Соавтор - Довгополюк K.M.).

10. Обоснование информативности и необходимого комплекса первичных преобразователей для систем ГГК турбинного бурения. Труды БапШШнефть, ВНИИНПГ, вкл. 13, Уса, 1983.

11. Обнаружение жидких углеводородов в промывочной жидкости бурящихся скваяин методом инфракрасной спектроскопии. Изв. ВУЗов, Геология и разведка. II 7, 1984, деп. з ВИНИТИ, 14.03.84, 1376-84 (Соавторы - Моисеенко A.C., Киселев С.Б.

Е Др.).

12.. Геофизическое обеспечение скоростного строительства скзаяин эксплуатационного бурения.' Трупы- БашШШЛнофть, ЗНИИНПГ, вып. .15, Уха, 1985 (Соавторы - Гарипов В.З., Лаптев З.В. а пр.)-.

13. Технология геофизических исследований при скоростном бурении скваяян. Трупы XXX "Леядукар.гесф.симпоз., ГЛ., 1285, А, часть 2 (Соавторы - Савостьянов Н.А., Лаптев В.З.). -

14. Геолого-технологическая программа изучения разрезоз пспс-хозо-раззедсчных сквзяпн. - "Нефтяное хозяйство", у- '2, 1955, (Соавтор -.Карнаухов ГЛ.Л.). ■

15.' Повышение эффективности испытания скзаяин трубными испытателями. "Нефтяное хозяйство"-, I, 1933 (Соавторы - Карнаухов ГЛ.Л., Ссаячпй В.Н., Антропоз З.2.).

То. Применение новых методов и аппаратуры при геофизических исследованиях скважин Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. ЗСНТО, Тюмзнск.обл.Совет НТО, Тглень, Т'ТГМ, ьС с. (Соавторы - Белкин Я..".,' Кнгерман З.Г. и др.).

17. Система "Сибирь" для непрерывного информационного обеспечения скоростного строительства скважин. 3 сб.докладов ГЛеядук .научно-практ.конференции стран-члзяов С3-3, ГЛ., Секретариат СЗЗ, 1956, (Соавторы - Гарппоз 3.3., Сад-рин Г.А.,-Лаптев 3.3.).'

18. Геологическая информативность технологических последований снзаззн в процессе бурения. "Геология нофти и.газа", г- 7, тэаэ.

■ Тезисг-г

19. Особенности методики я технических средств каре:::-:-.::, ::-•:'-меняемых з условиях Западной Сибири. 3 сб.тзз.докл.Г.:«.т.г.у'->:-. розяоЗ научнс-пракгпч.конференции стран-члзнов СЗ, ЕНТ,

г. Човак, 1933 (Соавтор. - Шадрин Г.-..;..

20. Устьевая аппаратура гамма-г&чма-плотнометрии промывочной жидкости-(Соавторы - Обухов Ю.Г., Иванов В.М., Коров-клн А.М.).

21. Построение каротажно-технолотичеокой станции "Тюмень" и технологического блока ЛКТ-4К "Сибирь" (Соавторы - Трифонов В.Г. , Горожанкин-В.Г. и др.).

22. Аппаратура контроля■вибрации-бурового-инструмента в процессе бурения (Соавторы - Горожанккн В.Г.,■-Тимченко В.Т., Барычев A.B.) Лит. 20-22 - 3 сб.тезисов докладоз обл.науч-но-практическ.конф. "Разработка аппаратуры для промыслово-геофизжческих и геолого-технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири", Тюмень, 1987.

23. Обобщающий показатель углеводородного состава как геохимический критерий определения характера насыщения пластов-коллекторов.

24. Информационная основа и комплекс■параметров ГГЙ.

25. Геологическая эффективность виброакустического к-. ..тажа (ВАК) в терригенном разрезе.

26. Оптимальная структура КИС ГГИ.

27. Управление процессом испытания пластов в процессе буре- • кия на основе регистрации и анализа изменения нагрузки

и давления на устье скважины, (Соавторы - Карнаухов М.Л., Осадчий В.М.., Антропов В.Ф.).

28. Компьютизированная каротажно-технологическая лаборатория "Сибирь" (Соавторы - Лаптев В.В., Лернер М.Б., Томус Ю.Б., Порожняков K.M.) Лит. 23-28 - В сб.тез.докл.обл.научкс-практич.конференции "Состояние и перспективы геолого-гео-

физических и технологических исследований, проворимых з процессе бурения, скваззга", Тюлень, 1987.

Изобретения

29. A.C. В 697992 (СССР). Устройство для регистрации информации (Соавторы - Барычев A.B., Томус Ю.Б. и др.). Опубл. Ш, 1979, >? 42.

30. A.C. $ 829892 (СССР). Способ зыделендд проницаемых пластов

з процессе бурения скважины (Соавтор - Кузьмин В.М.). Опубл. з EI, 1981. 1 18.

31. A.C. ,'ё 832076 (СССР). Устройство для контроля забойных параметров (Соавторы - Калылов B.S., Гуреев И.Л., Шлык Ю.Х.) Опубл. в БИ 1981, №. 19.

32. A.C. № 866151 (СССР). Способ приема информации по гидравлической линии связи (Соавторы - Шяык Ю.К., Ракша P.A.) Опубл. в БИ, 198Г, Jf 35.

33. A.C. 3 903565 (СССР). Глубинное устройство .для цифровой записи параметров траектории скважины (Соавторы - Исаченко В.Х., Шумилов Л.П. и .пр.) Опубл. в БИ, Г982, Я 5.

34. A.C. ,'е II999I3 (СССР). Бесконтактный импульсный .датчик передачи бурового инструмента (Соавторы - Банных В.Б., Горожанкин В.Г. и пр.) Опубл. в ЕЙ, IS85, Л 47.

35. A.C. £ 1278718 (СССР). Датчик углового положения и скорости вращения вала. (Соавторы - Горожанкин В.Г., Смышляев Ю.П.) Опубл. в БИ,, 1986, № 47.

36. A.C. Jf 1420470 (СССР). Способ измерения вязкости электропроводных жидкостей (Соавторы - Горожднкин В.Г., Гринев Б.В. и др.) Опубл. в БИ, 1988, * 32.

ЛУКЬЯНОВ

__„•>

ГЕОЛОГО-ТЕШОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИН

Эдуард Евгеньевич Лукьянов

Подписано в печать 4.11.89 г. ЕА05581

Формат 60x90 1/16. Печать офсетная.

Уч.-изд.л.3,0. Тираж 150 экз. Заказ 1389оф-89.

Типография BKA ПВО имени Маршала Советского Союза Жукова Г.К.