Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Обоснование и разработка метрологического обеспечения серийной скважинной аппаратуры нейтронного каротажа нефтегазовых скважин (на примере аппаратуры типа ДРСТ)

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ханипов, Закий Загитович

Введение . ^

1. Состояние метрологического обеспечения нейтронного каротажа до начала работы . Ю

1.1. Метрологическое обеспечение серийных приборов НК, применяемых в отечественной геофизике

1.2. Методика и устройства для метрологического обеспечения приборов НК в США.16 •

Выводы к главе I.

2. Обоснование и разработка методики и технических средств метрологического.'обеспечения аппаратуры нейтронного каротажа

2.1. Зависимость показаний НК от пористости пород и допустимая погрешность измерений

2.2. Поверочная схема аппаратуры НК и обоснование допустимых погрешностей средств поверки

2.3. Требования к стандартности измерительных установок однозондовой аппаратуры НК.

2.4. Требования к базовым средствам поверки

2.5. Разработка имитаторов пористых пластов

2.6. Эквивалентность имитаторов пористых пластов реальным, пластам при контроле стандартности измерительных установок аппаратуры НК

2.7. Разработка методики поверки аппаратуры НК

Выводы к главе 2.

3. Разработка методики калибровки, аппаратуры нейтронного каротажа.^

3.1. Назначение, виды и допустимая погрешность калибровки

3.2. Калибровка с помощью переносных имитаторов пористых пластов

3.3. Калибровка с помощью источника излучения

3.4,. Калибровка с помощью генератора фиксированной частоты.

Выводы к главе 3.

4. Опробование и внедрение методики поверки и калибровки аппаратуры нейтронного каротажа

4.1. Разработка, организация выпуска и аттестация имитаторов пористых-пластов.

2. Результаты опытно-промышленного опробования методики и техники метрологического обеспечения и стандартизации аппаратуры.

4.2.1. Оренбургская СЭГИС

4.2.2. Ишимбайская ПГК:

4.2.3-. Ижевская геофизическая экспедиция . 94:

4.3. Эффективность методики калибровки

4.4,-. Анализ диаграмм НК; полученных производственными организациями до и после внедрения методики поверки и калибровки аппаратуры

Выводы к главе 4.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Обоснование и разработка метрологического обеспечения серийной скважинной аппаратуры нейтронного каротажа нефтегазовых скважин (на примере аппаратуры типа ДРСТ)"

Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1981-1985 г.г., принятыми ХХУ1 съездом КПСС, постановлением; ЦП КПСС и Совета Министров СССР "О мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве" поставлена задача повышения эффективности геологоразведочных работ на нефть и газ. Решение этой задачи предусматривает совершенствование аппаратурного обеспечения геофизических методов исследования скважин, которые являются важной составной частью геологоразведочного процесса.

Методы нейтронного гамма-каротажа (НТК) и нейтрон-нейтронного каротажа (ННК) входят в обязательный комплекс промыслово-геофизических. исследований нефтяных и газовых скважин. Данные НИС (ННК) используются для выделения коллекторов, а при обеспечении достаточной точности - для оценки пористости пород -одного из основных параметров при подсчете запасов нефти и газа.

Актуальность работы. В настоящее время основным видом аппаратуры НЕК и ННК, используемой на производстве, является од-назондовая аппаратура типа ДРСТ 3-90 (двухканальный радиометр скважинный термостойкий), которая выпущена к 1984 г. в количестве более 2 тыс, комплектов. Данные измерений этой и другими, типамк аппаратуры НК* (СП-62, ТРКУ-ЮО) используются для определения коэффициента пористости (Юг). При этом непосредственно измеряемыми параметрами являются: по каналу НТК мощность экспозиционной дозы, а по ННК - плотность потока медленных нейтронов. В соответствии с технической документацией на аппаратуру

ДРСТ 3.90 допустимая погрешность измерения этих параметров составляет +15-30$, в то время как для количественного определения Кп необходимо» чтобы суммарная погрешность не превышала 3-5$. Отсутствие единой системы метрологического обеспечения аппаратуры НК в строгом соответствии с ее назначением не позволяло осуществить стандартизацию и контроль параметров аппаратуры на всех стадиях ее эксплуатации, и в результате не гарантировало проведение измерений с необходимой точностью.

В этой связи актуальной задачей является разработка методики и технических средств поверки и калибровки аппаратуры, обеспечивающих единство и достоверность измерений параметра пористости по данным НК.

Цель диссертационной работы состоит в повышении качества результатов стандартного нейтронного каротажа на основе реализации единства измерений за счет разработки и применения методики и технических средств метрологического обеспечения однозондовой серийной аппаратуры НК, отвечающих требованиям количестаенных измерений пористости нефтегазоносных коллекторов.

Для аппаратуры ДРСТ 3.90 на моделях реальных пластов и расчетным путем получены основные зависимости /I, 2/ , связывающие регистрируемые показания НК с пористостью с учетом ряда влияющих факторов. Используя эти зависимости возможно получение количественных данных о пористости пород применяемой аппаратурой. Для реализации возможностей аппаратуры и применения имеющихся зависимостей необходимо выполнение следующих требований:

- конструкция и основные размеры измерительной установки рабочего прибора должны с допустимой погрешностью соответствовать конструкции и размерам образцового прибора (с которым были получены основные зависимости);

- показания, регистрируемые на скважине рабочим прибором, должны выражаться (с допустимой погрешностью) в тех же единицах, в которых построены основные зависимости»

В связи с этим основными задачами исследований являлись:

- обоснование требований к допустимому значению основной аппаратурной погрешности измерений Кгс по данным НК;'. с однозондо-вой аппаратурой;

- разработка'ведомственной поверочной схемы;

- обоснование и разработка методики: и средств стандартизации и поверки аппаратуры НК в условиях каротажных баз;

- обоснование и разработка системы переноса единицы измерений на скважину;

- промышленное опробование и внедрение разработанной системы метрологического обеспечения однозондовой аппаратуры НК нефтегазовых скважин.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:.

- впервые на количественном уровне дан анализ влияния нестандартности (изменения параметров зонда) серийной аппаратуры и условий калибровки на погрешность определения коэффициента пористости методом НК;

- доказана эквивалентность влияния пористости пласта и воздушного зазора между прибором и водородосодержащим флюидом (вода, дизельное топливо) на показания одноаондового НК при изменении; параметров аонда и достаточность испольаования конструкции! с переменным воздушным зазором между прибором и водородосодер-жащим флюидом в качестве базовой поверочной установки - имитатора пористых пластов;

- обоснованы требования к ведомственной поверочной схеме для скважинных средств измерений коэффициента пористости методом стационарного; каротажа, что является основой для создания техниь ческих средств аттестации, поверки и калибровки этой аппаратуры НК*

Защищаемым положением является;

- единство и достоверность массовых измерений в рамках отрасли параметра нейтронной пористости в нефтегазовых скважинах однозондовыми приборами нейтронного каротажа, которые обеспечиваются на основе базовой поверочной установки НК, являющейся основным элементом Зхуровневой системы метрологического обеспечения в комплексе с одним из вариантов калибровки»

Практическая значимость работы заключается в росте достоверности определения пористости коллекторов в нефтегазовых скважинах за счет создания методической, технической и нормативной базы для осуществления в массовом порядке.в производственных организациях отрасли работ по стандартизации, поверке и калибровке серийной однозондовой аппаратуры НК, что позволяет систематически контролировать качество аппаратуры и результатов измерений исходного;' геофизического параметра - нейтронной пористости. Предложенные технические средства и технология поверочных работ легко реализуются в условиях производственных баз геофизических предприятий.

Методами решения поставленных задач являютея:

- обобщение опыта применения нейтронного каротажа для оценки пористости нефтегазовых коллекторов;

- анализ погрешностей определения пористости, обусловленных влиянием нестандартности серийной аппаратуры НК;

- теоретические и экспериментальные исследования, связанные; с разработкой системы метрологического обеспечения серийной аппаратуры НК;

- разработка методических инструкций и технических средств метрологического обеспечения серийной аппаратуры НК»

Апробация работы, публикации. Апробация разработанных методик и средств поверки и калибровки; однозондовой аппаратуры НК; проводилась путем обработки материалов по скважинам, исследованным до и после их внедрения.

Сравнением примерно; по 200 скважинам трех районов (Оренбург, Ишимбай, Удмуртия) показано, что в результате внедрения качество материалов значительно улучшилось и в большинстве случаев отвечает требованиям, предъявляемым к диаграммам НК при количественной интерпретации.

Материалы диссертации докладывались: на научно-технической конференции молодых геофизиков и геологов Азербайджана "Перспективы развития геолого-разведочных и буровых работ с цель» интенсификации добычи нефти в Азербайджане" (г.Баку, 24-25 мая 1979 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Геофизическое приборостроение и метрологическое обеспечение геофизических работ" (гЛенинград, 18-22 апреля 1982 г.), на 2-ой научно-технической конференции молодых специалистов Тюменского геофизического треста (г.Тюмень, 26-30 апреля 1982 г.), на краевой научно-технической конференции "Пути повышения эффективности геофизических исследований скважин в Красноярском крае" (г.Красноярск, 14-16 декабря 1982 г*), а также на научно-технических советах промыслово-геофи&ических предприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в 5 научных отчетах ВНИИГИС и 6 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения и содержит 86 страниц текста, 25 рисунков, 19 таблиц и список литературы с 54 названиями.

Заключение Диссертация по теме "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых", Ханипов, Закий Загитович

Выводы к главе 4.

1. На основании ранее сформулированных требований (глава 2) была разработана конструкторская документация на поверочную установку для однозондовой аппаратуры НК для баз геофизических предприятий.

2. Основной элемент поверочной установки - имитаторы пористых пластов - изготовлены в опытном производстве ВНИИГИС в количестве 150 комплектов, аттестованы базовой метрологической организацией отрасли - ВНИИЯГГ и переданы в производственные предприятия .

3. Для аттестации ИПП построены и аттестованы Госстандартом СССР Государственные стандартные образцы водонасыщенной пористости.

4. По результатам скважинных измерений, выполненных несколькими геофизическими предприятиями страны, доказано, что разработанная методика поверки и калибровки аппаратуры обеспечивает её стандартизацию.

5. Предложенная методика калибровки аппаратуры обеспечивает единство масштабирования диаграмм нейтронного каротажа.

6. По результатам скважинных измерений подтверждено, что погрешность воспроизводимости диаграмм НГК снижается,примерно в 4 раза.

7. Составлены и утверждены "Методические указания по проведению поверки аппаратуры нейтронного, каротажа", распространяющиеся на все виды однозондовой аппаратуры нейтронного каротажа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге выполненных работ получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально. обоснована, разработана и внедрена на предприятиях Мингео СССР система метрологического обеспечения серийной однозондовой аппаратуры нейтронного каротажа нефтегазовых скважин ДРСТ 3.90, включающая:

- ведомственную поверочную схему с требованиями к допустимым погрешностям измерений на уровнях исходных, образцовых и рабочих средств измерений;

- исходные образцовые средства измерений - Государственные стандартные образцы пористости, обеспечивающие аттестацию образцовых СИ;

- образцовые СИ - имитаторы пористых, пластов (ИПП), обеспечивающие поверку рабочих средств измерений, - серийной аппаратуры ДРСТ 3.90;

- методику калибровки аппаратуры на базах и на скважинах.

2. В процессе проведенных исследований:

- обосновано, что допускаемая погрешность аттестации исходных образцов пористости составляет пористости при Кп?=(1-3)$ и -0,8% пористости при Кп=20#, что вдвое больше, чем считалось ранее. Это значительно упрощает создание исходных образцов;

- создана конструкция базовой поверочной установки, состоящей из емкости с пресной водой диаметром не менее I м и высотой не менее 1,2 м и двух ИПП, устанавливаемых в центре емкости. ИПП должны быть аттестованы в единицах пористости с погрешностью,не превышающей 0,7% и 1,0% при пористости ниже 10% и выше 10% соответственно;

- показано, что соответствие параметров измерительной установки рабочего прибора параметром образцового прибора, с которым снята градуировочная зависимость, может быть проконтролирована путем измерений в ИПП;

- экспериментально доказана эквивалентность ИПП реальным пластам, пересеченным скважиной по влиянию нестандартности элементов измерительной установки прибора на его характеристику, что совместно с перечисленным в п.1 является новизной выполненной работы.

3. Исследованы 3-варианта калибровки-аппаратуры с применением переносных: ИПП, источников гамма-излучения и генератора стандартной частоты панели РК. Для реализации в широком масштабе выбран третий вариант, первый вариант рекомендован для партий и отрядов, удаленных от баз.

4. Используя результаты проведенных исследований, составлены нормативно-технические документы МИ-78 и МУ 41-06-051-84 по поверке аппаратуры на базах каротажных предприятий и калибровки её на скважине.

5. На.опытном производстве ВНИИГЖТ серийно выпущено 150 комплектов ИПП, которые переданы производственным предприятиям. По предварительным расчетам экономический эффект от внедрения составляет 1126,5 тыс.руб. в год.

6. На основании широкого производственного опробования разработанной методики доказано, что её применение позволяет снизить погрешность воспроизведения диаграмм, зарегистрированных разными приборами РК в различное время до 3,7«-4,7#, что удовлетворяет требованиям количественной интерпретации данных НК: при подсчете запасов и указывает на достийёние цели, поставленной перед диссертационной работой.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата технических наук, Ханипов, Закий Загитович, Москва

1. Басин H.H., Тюкаев Ю.В. Методические рекомендации по проведению исследований и интерпретации данных нейтронного каротажа с серийной аппаратурой PK (С комплектом палеток). М., ВНИИЯГГ, 1979.

2. Альбом палеток и номограмм для интерпретации промыслово-гео-физических данных.- М., Недра, 1984.- 200 с.

3. Запорожец В.М., Сулин В.В. Методика эталонирования кривых гамма-каротажа (ГК) и нейтронного гамма-каротажа (НГК). В кн. Разведочная и.промысловая геофизика, вып.17, М., Гостопиздат, 1957, с.73-79. .

4. Кухаренко Н.К., Басин Я.Н. Модернизация аппаратуры радиоактивного каротажа. В кн. Ядерная геофизика, вып. 1961 года, М., Гостопиздат, с.19-26.

5. Басин H.H., Кухаренко Н.К., Тюкаев Ю.В. Методика определения пористости карбонатных пластов по данным нейтронного каротажа с серийной аппаратурой радиоактивного^ каротажа (временное наставление), М., OHIWi ВНИИЯГГ, 1968, НО с.

6. Баембитов Ф.Г. Методика интерпретации диаграмм радиоактивного каротажа в условиях рифогенных массивов. В кн. Ядерная геофизика при поисках полезных ископаемых, вып.1, М., Гостоптехиз-дат, i960, с.76-81.

7. Ларионов В.В. Эталонирование радиометрической аппаратуры по результатам измерений в скважинах. В кн. Петрофизика и промысловая геофизика, вып.89, М., Недра, 1969, с.115-121.

8. Бардовский В.Я., Трофименко ГЛ. Способ стандартизации радиометрической аппаратуры. В кн. Геофизические исследования на Украине, Киев, Техника, 1974, с. 155-158.

9. Заворотько Ю.М., Терещенко Л.Ф. Оборудование эталонных скважин для геофизических исследований. В кн. Разведка и охрана недр, М., Недра, 1971, №9, с. 55-56.

10. A.c. 3I4I80 (СССР) Контрольно-калибровочное устройство нейтронных датчиков. Х.А.Ярвела. Опубл. в Б.И. 1971, Ш7.

11. A.C. 348965 (СССР) Контрольно-калибровочное устройство нейтронных датчиков. Х.А.Ярвела. Опубл. в Б.И. 1972, №25.

12. Нелепченко О.М., Ахияров В.Х. Портативный эталон для стандартизации показаний нейтронных методов. В журн. Нефть и газ Тюмени, вып.5, 1970, с.26-29.

13. Кухаренко Н.К., Галкин Ю.Д. Методика и комплекс исследования сверхглубоких скважин ядерно-геофизическими методами (состояние и перспективы). В кн. Ядерная геофизика, вып.9, Ш.*-Нед-ра, 1971, с.166-169.

14. Шлыков B.C. Расчет эталонировочного устройства, в сб. Новое в ядерной геофизике и геохимии (труды ВНИИЯГГ), М., ОНТИ ВНИИЯГГ, 1971, с.35-47.

15. Блюменцев A.M., Якушева JI.M,. Исследование параметров калибраторов для аппаратуры нейтронного каротажа. 3№ Региональная, разведочная и промысловая геофизика, ВИЭМС, М., 1980, вып.7, с. 22-24.

16. Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика, М,, Недра, 1978, с.114-118.

17. Бахтин B.C., Иванов B.C., Соколов Д.И. Контрольно-эталони-ровочное устройство для нейтронного датчика. В сб. Ядерно-геофизические методы в геологии, Новосибирск, 1975, с.22-26.

18. Приказ Министра Геологии СССР № 372 от 26.07.74 оО создании метрологической службы в Министерстве геологии СССР, М.,1974.

19. Организационная структура метрологической службы геофизической отрасли и требования к техническим средствам метролоп# ческого обеспечения. Жуков Д.И., Лаптев В.В., Калистратов Г.А.и др. В сб. Нефтепромысловая геофизика, вып.8, Уфа,1978, с.57-62. .

20. Калистратов Г.A.,-Joбанков В.М., Котельников Л.Н. Метрологическое обеспечение геофизических средств измерений на стадии эксплуатации. Труды ВНИИНефтепромгеофизики, вып.9, Уфа,1979, с.78-81.

21. Основы метрологического обеспечения рентгенорадиометрической аппаратуры. Фоминых В.И., Юрятин.Е.Н., Герлинг В.Э. и др. Сб. Геофизическая аппаратура, вып.69, Ленинград, Недра, ЛО, 1979, с. 192-196.

22. Основы метрологического обеспечения геофизических измерений в скважинах радиоактивного каротажа. Басин H.H., Блюменцев A.M., Гулин Ю.А. и др. В сб. Ядерная геофизика при подсчете запасов нефти и газа. М., ВНИИЯГГ, 1979, c.III-117.

23. Региональные метрологические центры. Задачи и технические средства. Золотов A.B., Калистратор Г.А., Лобанков В.М. и др. Тезисы докл. Развитие геофизических исследований на нефть и газ в Западной Сибири, Тюмень, 1980, с.154-156.

24. Иванов В.Я. Оценка погрешностей определения влагосоде ржания горных пород с помощью двухзондовой аппаратуры НК. Труды

25. ВНИИНефтепромгеофизика, вып.9, Уфа, 1979, с.43-49.

26. Цирюльников В.П. Сравнительный анализ некоторых способов нормирования диаграмм радиометрии.- Изв.вузов. Нефть и газ, М., 1979, М2, с.3-7.

27. Цирюльников В.П. Оценка влияния погрешностей измерений на величину- ошибки коэффициента пористости, определенного по: данным радиометрии.- Труды БашНИПИнефть, Уфа, 1980, №10, с. 20-23.

28. Цирюльников В.П. Анализ погрешностей определения геофизических параметров по результатам многократных замеров.в скважине,- В сб. Разведочная геофизика, вып.88, М., Недра, 1980, с.143-148.

29. Шварцман М.Д. Погрешность радиометрических исследований скважин.- Труды МИНХ и ГП. Геофизические исследования нефтяных и газовых скважин, Недра, М., 1971, с. 142-147.

30. Цирюльников В.П. Исследование повторяемости диаграмм радиоактивных методов замеров.в скважине.- В кн. Нефть и газ, М., МИНХ и ГП, 1972, с.61-62,

31. Аппаратура ДРСТ. Каналы ННК-Т и НТК. Гулин Ю.А., Головацкая И.В., Ханипов 3.3. и др. Методическая инструкция по поверке, МИ-78, М., ВНИИЯГГ, 1978.

32. Методические указания. Аппаратура нейтрон-нейтронного и нейтронного гамма-каротажа. Методы и средства поверки.

33. МУ 41-06-051-84, М., ВНИИЯГГ, 1984.

34. A.C. I5334I (СССР). Модель пористых пластов. Басин Я.Н., Ку-харенко Н.К., Бальвас Ю.П.," Тюкаев Ю.В. Опубл. в Б.й. 1962 №3.

35. Кухаренко Н.К. и др. Новый тип модели пористого пласта для нейтронного каротажа. В журн. Атомная энергия, 1963, т.15, М, с.338-340.

36. Стандартные образцы объемного влагосодержания для градуировкии поверки аппаратуры НК. Семенов Е.В., Кривоплясов A.M., Сокол Ю.П. и др. Труды ВНИИНефтепромгеофизики, вып.9, Уфа, 1979, -с. 49-56.

37. Дебранд Р. Теория и интерпретация результатов геофизических методов исследования скважин. М., Недра, 1972, 288 с.

38. Свифт Г., Д.Е.Варкалоу. Эталонировка аппаратуры для радиоактивного каротажа. Патент США 2.945.129. Кл.250-83, преор. 1956, публ.I960.

39. Холл Х.Е. Устройство для калибровки прибора для радиоактивного каротажа. Патент США № 3.215.837, кл.250-83, преор.1959, публ.1965.

40. Гленн Е. Фраер. Способ калибровки каротажной аппаратуры и устройство для его осуществления. Пат. США № 3.122.636, кл.250-83, 25.02.64.1. И.В.

41. Гулин Ю.А., Головацкаят Целесообразность использования обратных величин показаний нейтронного каротажа. В кн. Разведочная геофизика, вып.87, М., Недра, 1979, с.151-154.

42. Требования к достоверности определения параметров залежей нефти в процессе разведочных работ. Быков Н.Е., Егоров P.A., Фролов Е.Ф. и др.- В журн. Геология нефти и газа. № 10, М., Недра, 1974, с.18-22.

43. Бурдун Г.Д., Марк ов Б.Н. Основы метрологии. Издательство стандартов, М., 1975, 336 с.

44. ГОСТ 8.061-80. Поверочные схемы. Содержание и построение. Издательство стандартов, М., 1980.

45. Ведомственная поверочная схема для скважинных средств измерений водонасыщенной пористости горных пород.рд 39-4-941 83 Миннефтепрома и Мингео СССР, Уфа, ВНИИНПГ, 1984.

46. Ханипов 3.3. Исследование базовой поверочной установки для серийной аппаратуры нейтронного каротажа. Регион., развед. и промысловая геофизика: Ж/ВИЭМС, 1982, вып.24, с.4-14.

47. Ханипов 3.3. О возможности замены воды дизельным топливом при поверке и калибровке приборов нейтронного каротажа по методике МИ-78. Депонированные рукописи ВИНИТИ, деп.26.10.82, № 5331-82, Деп.7.

48. Гаркотт Р.Е., Хант Краббе Р.Х. Калибровочное устройство снарядов РК. Патент США № 4.085.323, кл.250/252, заяв. 28.10.76.

49. Джеймс А. Ваггонер. Калибровочное устройство для приборов РК. Патент США кл.250/252, № 4.119.847, заявл.28.10.76, опубл. 10.1978.

50. Радиометр для нейтронного каротажа нефтяных скважин РКС-2. Семенов Е.В., Иванов В.Я., Вальштейн В.Ю. и др. Тр. Башкир, н-и и проектный институт нефтяной промышленности, № 8, Уфа, 197В, с,126-133.

51. Притчет Уильям К. Калибровка снарядов для нейтронного гамма-каротажа. Патент США, кл.250-83, № 3435215, заявл. 06.06.67, опубл.25.03.69.

52. Гулин Ю.А., Семенов Е.В. Требования к стабильности элементов электронной схемы скважинных приборов. Геофиз. аппаратура, вып.36, Л., Недра, 1968, с.146-153.

53. Бебкпар 1лГ. В. StarгdaчdL¿aí 1оп апо са£18ч.а-1:1оп о( гшсСеаг Сос^б . . бпда., 31 , ЛГ13 , 1959 .