Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка и внедрение комбинированно-модульной аппаратуры стационарного радиоактивного каротажа

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

Автореферат диссертации по теме "Разработка и внедрение комбинированно-модульной аппаратуры стационарного радиоактивного каротажа"

Научно-производственное государственное предприятие по геофизическим работам в скважинах "ГЕРС" ' (НПГП "ГЕРС")

На правах рукописи

ГЛЕБОВ АНАТОЛИЯ ПЕТРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КОМБИНИРОВАННО-МОДУЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ СТАЦИОНАРНОГО РАДИОАКТИВНОГО КАРОТАЖА

Специальность 04. 00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь -1993

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических методов " исследований, испытания и. контроля нефтегазоразведочных скважин (ВНИГИК) НПГП "ГЕРС"

»

Научный руководитель - доктор технических наук Хаматдинов Р. Т. Официальные оппоненты: доктор технических наук Неретин В. Д. •

Ведущее предприятие - НПГП "ВНИИЯГГ"

Заддата состоится 16 июня 1993 г. в 9.00 часов на заседании Специализированного совета Д 071.18.01 б НПГП "ГЕРС" по адресу: 170034, г. Тверь, пр. Чайковского, 28/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИГИК.

Автореферат разослан 15 мая 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физико-математическиу

кандидат технических наук Митюшин Е. М.

наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Радиоактивный каротаж (РК) является одним из важнейших видов исследования разрезов нефтегазоразведочных скважин. Комплекс методов РК используется для пределения емкостных свойств, литоло-' гии и насыщенности пород - коллекторов углеводородного сырья. Поэтому совершенствованию аппаратуры и методик комплекса методов РК уделяется большое внимание.

Широкие возможности повышения эффективности РК открываются при комплексной одновременной регистрации ядерно-геофизических параметров. Помимо очевидных экономических преимуществ комплекси-, рования основных модификаций РК - гамма-, нейтронного, и гамма-гамма-каротажа (ГК, НК и ГГК) за счет сокращения трудоемких спуско-подъемных операций, времени исследования скважин, времени работы с радиоактивным излучением, реализуется возможность повышения точности многопараметровых измерений и получения геофизической информации, необходимой для оперативного принятия решений непосредственно при проведении измерений, особенно в осложненных условиях исследования горных пород на больших глубинах с повышенными температурой и давлением. Поэтому проблема разработки аппаратуры и методики для проведения одновременных комплексных измерений параметров РК в нефтегазоразведочных скважинах является актуальной, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Целью работы является повышение эффективности использования комплекса стационарных методов радиоактивного каротажа (ГК. НК и ГГК) в общем комплексе ГИС и производительности выполнения работ путем разработки и промышленного освоения комбинированной модуль-

ной аппаратуры, методики и технологии проведения одновременных комплексных измерений.

Основные задачи работы:

1. Исследование методических особенностей и технологии комп-лексирования основных модификаций стационарного РК - ГК, НК и ГГК.

2. Обоснование состава, структуры, конструктивных параметров и технологических требований при промышленном изготовлении комбинированной модульной аппаратуры РК, обеспечивающей одновременное получение геофизических параметров НК, ГГК и ГК при каротаж за одну спуско-подъемную операцию.

3. Разработка и промышленное освоение комбинированной модульной аппаратуры и технологии одновременных комплексных исследований разведочных скважин комплексом стационарных методов РК

Методы исследований:

1. Обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта разработки и эксплуатации комплексной и комбинированной аппаратуры РК.

2. Теоретические и экспериментальные исследования геофизических, конструктивных и эксплуатационных характеристик комбинированной модульной аппаратуры РК.

3. Экспериментальные исследования технологической воспроизводимости метрологических и технике-эксплуатационных характеристик измерительных установок РК при промышленном выпуске.

4. Освоение промышленного выпуска комбинированной модульной аппаратура

5. Опытно-методические работы в скважинах с.целью оценки полученных результатов.

Научная новизна работы:

1. Определены и выработаны количественные критерии к важнейшим конструктивным параметрам измерительных установок для обеспечения единства и воспроизводимости заданных метрологических и технико-эксплуатационных характеристик комбинированной модульной аппаратуры РК при серийном промышленном выпуске.

2. Определены с учетом скважинных условий эксплуатации, активности и взаимного влияния источников радиоактивного излучения, эффективности" используемых в модулях ГК, НК и ГГК детекторов, наведенной радиоактивности породообразующих элементов, скорости каротажа, структура комбинированной модульной аппаратуры, взаимное расположение и расстояния между отдельными модулями, параметры электромеханических соединений,' обеспечивающие необходимую точность измерений и высокую технологичность эксплуатации при проведении одновременных комплексных скважинных измерений основными методами РК.

Основное защищаемое положение.

Структура, конструкция, метрологические и технико-эксплуатационные характеристики комбинированной модульной аппаратуры РК, обеспечивающие высокую эффективность одновременных комплексных скважинных измерений при каротаже основными методами стационарного РК (ГК, НК и ГГК) за одну спуско-подъемную операцию в составе аналоговых, цифровых и программно-управляемых каротажных лабораторий.

Практическая ценность работы заключается в создании аппара-турно-методической базы, позволяющей увеличить производительность проведения каротажа разведочных скважин комплексом стационарных методов РК (ГК,' НК и ГГК) в 2 раза и повысить геологическую эффек-

тивность получаемых данных за счет одновременных измерений в одинаковых условиях с точной взаимной привязкой регистрируемых параметров по глубине.

Реализация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы были использованы при ОКР над комбинированной модульной аппаратурой радиоактивного каротажа РК-П, выпуск которой начат на КОЭЗГП в 1990 г. К моменту завершения работы изготовлено и передано геофизическим предприятиям 43 комплекта аппаратуры. В 1993 г. на КОЭЗГП будет выпущено еще 20 комплектов аппаратуры РК-П Аппаратура РК-П прошла успешное промышленное опробование при исследовании более чем 20 скважин нефтегазоносных местороадений Западной Сибири, Казахстана, Украины, Узбекистана и других районов.

Апробация и публикации работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научно-теоретической конференции "Проблемы и перспективы ядерно-геофизических методов в изучении разрезов скважин" (г. Обнинск, 1989 г.), конференции Ассоциации ядерной геофизики "Перспектива развития комплексной геофизической аппаратуры для иссле-. дования глубоких скважин" (г. Москва, 1992 г.), Всесоюзном совещании Ассоциации ядерной геофизики "Стационарные методы РК" (г. Тверь, 1992 г.). Научно-техническом совете Ассоциации по геофизическим исследованиям (г. Геленджик, 1992 г.).

Основное содержание работы изложено в 6 печатных работах.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит .страниц машинописного текста,

рисунков и i6 таблиц, библиография включает 6/?, наименований.

В основу работы положены исследования, выполненные во ВНИГИК

в процессе разработки комбинированной модульной аппаратуры РК-П в

Г. П. 5 /у/

рамках научно-технических проблем XI-—03. 02. 01 и XI ;■ 08.06 под

Ю/fJ) (I)

научным руководством д. т. н. Хаматдинова Р. Т. Автор являлся ответственным исполнителем указанных тем и принимал непосредственное участие на всех этапах исследований, разработки, опробования и внедрения аппаратуры.

Автор выражает глубокую благодарность д. т. н. Р. Т. Хаматдинову 'за научное руководство и помощь в работе, д. г. н. Ф. X. Бникеевой, к. т.н. А. Ф. Зотову, к. г.-м. н. Г. Б. Варварину,к. т. н. Б. К Журавлеву, к. т. н. В. А. Велижанину, к. т. н. С. Ю. Головацкому за ценные советы и замечания в процессе выполнения и обсуждения диссертационной работы, а также Л.М.. Гольдштейну, Ю.М. Давыдову, И. А. Деминой, А. Г. Кушниру, Н. Б. Лисицыну, И. В. Шину, Е А. Погореловой, 3. Л Ивановой и всем товарищам, принимавшим участие в- разработке аппаратуры и содействовавшим проведению исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель, основные задачи исследований, защищаемое положениея, указаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе рассмотрено состояние аппаратурного обеспечения стационарных методов РК нефтегазовых скважин к моменту постановки исследований по теме и проанализирован отечественный и зарубежный опыт создания аппаратуры для комплексирования основных мо-

дификаций РК - ГК, НК и ГГК.

Анализ публикаций, патентов, каталогов ведущих зарубежных фирм Шлюмберже, Дрессер Атлас, Халибартон, Герхард Оуэн и др. показал, что за рубежом радиоактивный каротаж стационарными методами ГК, НК и ГГК осуществляется, как правило, комбинированной аппаратурой. Все основные сборки комплексов других (нерадиоактивных) методов ГИС включают прибор гамма-каротажа в виде отдельного блока для осуществления корреляции и привязки геофизических данных. Методы РК комплексируются с электрическими и акустическими методами. Используемые приборы ГК, НК и ГГКП изготовлены в виде отдельных модулей, сопрягаемых в определенной последовательности. Компдекси-рование приборов за рубежом было осуществлено быстрыми темпами благодаря-использованию семижильного кабеля, применению современной элементной базы, в том числе микропроцессоров, компьютеризованных каротажных лабораторий, передачи сигналов в цифровой форме.

Теория и методика комплектования методов РК в нашей стране связаны с идеями и разработками ведущих специалистов в области геофизики - Ю А. Гулина, Е. Е Семенова, В. Е Лаптева, Л М. Гольдш-тейна, ЕС. Месропяна, Ф. А-. Куриленко, А. А. Молчанова, Е К Дани-, ленко, О, И Цагаловича, Р. Т. Хаматдинова и др.

Традиционно комплексировались методы ГК и НК в виде отдельных скважинных приборов (СП-62, ДРСТЗ-90, К-7, МНК-2, Р-7, СРК). В некоторых приборах (РКС-3, РКС-ЗМ) дополнительно устанавливался локатор муфт. К началу работ по настоящей теме был накоплен положительный опыт комллексирования методов ГК, НК и ГГК Во ВНИГИК под руководством К1 А. Гулина была создана аппаратура АРКК, реализующая комплекс методов ГК, НТК и ГГКП, во ВНИИНефтепромгеофизики разра-

ботана комплексная аппаратура РКС-1 и РКС-2 для одновременной реализации методов ГК, 2ННКт и ГГКП. Однако, эти приборы не нашли широкого практического применения из-за ряда технических трудностей, обусловленных отсутствием надежных телеметрических линий связи, компьютеризованных каротажных лабораторий и других ограничений. В Киевском ОКБ ГП был проведен ОКР модульной аппаратуры РК типа МА-1. Но на серийное производство аппаратура МА-1 также не была поставлена. Положительным моментом в аппаратуре МА-1 явилось то, что впервые была сделана попытка создания комбинированной модульной аппаратуры с единой цифровой телеметрией, рассчитанной на работу в составе программно-управляемых каротажных лабораторий.

В 1985-1986 г.г. во ВНИГИК и ВНИИНефтепромгеофизике под руководством Р. Т. Хаматдинова и Е. К Семенова была разработана комбинированная модульная аппаратура РК типа МАРК-1. При создании аппаратуры были использованы результаты исследований, выполненных автором настоящей диссертации. Аппаратура МАРК-1 была разработана в двух вариантах - диаметром 73-80 мм для исследования наклонных скважин кустового бурения с доставкой приборов в забой скважины через буровой инструмент и диаметром 90-100 мм для исследования--вертикальных разведочных скважин. Однако, организовать промышленный выпуск аппаратуры МАРК-1 в полной конфигурации не удалось. В настоящее время во ВНИИНефтепромгеофизики в ограниченном объеме выпускается только аппаратура МАРК-1 диаметром 73-80 мм.

Значительные успехи были достигнуты при создании комбинированной модульной аппаратуры типа "Варта" для исследования обсаженных скважин. Аппаратура разработана во ВНИИНефтепромгеофизики под руководством Е В. Лаптева и др., реализует комплекс ГК, НК, гам-

ма-цементометрия, АК, термометрия и рассчитана, в основном, для оценки технического состояния обсадных колонн и качества цементирования. Имеется положительный опыт создания комбинированно-модульной аппаратуры типа АКИПС для исследования рудно-угольных скважин. Разработка выполнена во ВНИИГИС под руководством А.А. Молчанова, О. И. Цагаловича и Е Е Даниленко.

Основными общими недостатками ранее разработанных комплексных приборов РК для исследования нефтегазоразведочных скважин (за исключением аппаратуры МАРК-1) являются: использование технически и морально устаревших зондовых установок, затрудняющих повышение точности измерений и производительности работ; исполнение основных модулей РК (НТК, 2ННК, 2ГГКП), кроме модуля ГК, в концевом виде,^ что не обеспечивало универсальность сборок и затрудняло проведение одновременных измерений.

К началу работ также не были решены или находились в начальной стадии изучения многие принципиальные вопросы, связанные с созданием. комбинированной аппаратуры: ее состав и структура, приемлемые для эксплуатации длина и масса скважинного прибора, механическая прочность, эксплуатационные качества, метрологическое обеспечение, совместимость методов по условиям и режимам измерений; технолология безопасной эксплуатации и т. д. С большей уверенностью была решена одна проблема, имеющая важное методологическое значение - уровень комплексирования разнофизичных методов. Предпочтение по универсальности и технологичности было отдано варианту комбинированной модульной аппаратуры, причем в каждом модуле допускалось, максимальное использование принципа агрегатного комплексирования методов.

Во второй главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований методических особенностей создания комбинированной модульной аппаратуры РК для одновременной реализации методов ГК, НК и ГГК с учетом требований к стационарным методам РК при решении геологических задач на комплексном количественном уровне. При этом соблюдались условия, что допустимая погрешность определения общей пористости пород не должна превышать ± 2 %, а минеральной глинистости - ± 5 X от объема пород. Определяемая по данным РК доломитизация карбонатных отложений должна обеспечить разделение пород минимум на три группы: известняк, доломитизиро-ванный известняк (или известковистый доломит) и доломит. Следует отметить, что к началу разработки аппаратуры РК-П были широко внедрены в производство новые модификации аппаратуры РК типа СРК для нейтронного каротажа и аппаратура плотностного ГГК типа СГП2-АГАТ, оснащенные новыми высокоэффективными и помехоустойчивыми зондовыми установками и имеющие развитые интерпретационные и метрологические обеспечения. В рамках диссертационной работы поставлена задача обеспечения полной преемственности характеристик аппаратуры СРК и СГП2-АГАТ в модулях аппаратуры РК-П.

Из сравнения технико-эксплуатационных и метрологических показателей модулей нейтронного и гамма-каротажа аппаратуры РК-П с показателями широко применяемой однозондовой аппаратуры ДРСТЗ-90, двухзондовой аппаратуры СРК и некоторых зарубежных приборов, следует, что в целом практически по всем показателям модуль 2ННК аппаратуры РК-П (и его аналог СРК) находятся на уровне зарубежных и превосходят отечественные приборы. Чувствительность измеряемого параметра (отношения показаний ближнего к источнику детектора Лмз

к показаниям дальнего -Доз) к изменению объемного водородосодержания породы (пористости Кп) в 1,7-2 раза выше в области-Кп >25 £ по сравнению с показателями аппаратуры ДРСТЗ-90 и ЫНК-2.

Модуль ГК аппаратуры РК-П по своим характеристикам полностью идентичен характеристикам канала ГК аппаратуры СРК,

Технико-эксплуатационные и метрологические показатели модуля ГГК анализируются в сравнении с аппаратурой РГП-2, СГП-2АГАТ и зарубежного аналога аппаратурой са. фирмы Дрессер Атлас. Основные характеристики зондовой установки модуля ГГКП, определяющие ее геофизическую характеристику, установлены экспериментальными исследованиями на стандартных образцах горных пород с имитацией различного вещественного состава промежуточной среды толщиной 0-20 мм. Допустимая для модуля ГГКП абсолютная погрешность измерений плотности породы принималась равной ± 0,03 г/смЗ. Детальные ' эксперименты показали, что в диапазоне плотностей горных пород 1,7-2,9 г/смЗ влияние промежуточной среды толщиной 15-30 мм компенсируется при ее плотности бпс > 1,6 г/смЗ и толщиной 10-25 мм при бпс -1,2-1,6 г/смЗ. Компенсации влияния промежуточной среды, обусловленной локальными кавернами и неровностями рельефа стенки скважины способствует выносная конструкция зонда 2ГГКП.

Детально проанализирован вопрос повышения скорости измерений методами РК. С учетом погрешностей определения мощности экспозиционной дозы (МЭД) ,|гк, пористости Кп и объемной плотности боб пород, статистистических флюктуации регистрируемого излучения, разрешающей способности зондов по толщине пластов показано, что радиоактивный- каротаж аппаратурой РК-П может осуществляться со скоростью до 400-450 м/ч при толщине пластов не менее 1 м.

- и -

Одним из важных вопросов является конструктивная компановка комбинированной модульной аппаратуры. На первый взгляд наиболее просто этот вопрос решается путем создания центрированных приборов, обладающих рядом преимуществ по проходимости в стволе скважины, простоте конструкции и электромеханических соединений. Детальные . исследования возможности центрирования зондовых установок РК показали, что, несмотря на указанные, преимущества, в общем случае ухудшаются геофизические характеристики зондов: уменьшаются дифференциация пород йо измеряемым параметрам и скорости счета и возрастает влияние условий измерений.

Расчетами методом Монте-Карло зависимостей относительных показаний ГК от диаметра скважины (С. КХ Головацкий) показано, что неконтролируемое изменение диаметра скважины на £ 1 см изменяет показания ГК на 1-2 % для прибора, прижатого к стенке скважины. Для центрированного прибора аналогичное изменение диаметра скважины приводит ff изменению показаний до' 4-5 Z. Изменения радиоактивности промывочной жидкости СПЖ) сильнее сказываются на показаниях центрированного прибора при dcKB более 300 мм. Незначительное в скважине диаметром 200 мм относительное изменение показаний ГК на 1 см отклонения прибора от фиксированного положения растет с увеличением dcKB и при dcKB - 300 мм в среднем составляет 1,5 %. Таким образом, центрирование детектора ГК в скважине заметно увеличивает только влияние изменений диаметра скважины. Для всех геологических условий нужно учитывать диаметр скважины с точностью ± (1-1,5) см.

id А. Гулиным экспериментально исследована возможность центрирования в скважине зонда НТК-60 . Полученные данные свидетельству-.

ют, что точность центрирования зонда (смещение оси прибора от оси скважины) НТК-60 должна быть не хуже 0,5-1 см, а точность учета изменений диаметра скважины должна быть примерно в 3 раза выше, чем для прибора, прижатого к стенке. По этим причинам центрирование зонда БГК-бО в скважинах диаметром более 190 мм не может быть рекомендовано. Анализ зависимостей для зондовой установки 2ННКт показывает, что изменение положения прибора за счет перехода от стенки к оси скважины вызывает изменение определяемых значений Кп в скважинах диаметром 200 мм примерно на 4 % в диапазоне Кп 1-37 %. При увеличении диаметра скважины до 300 мм погрешность увеличивается до 8-10 то есть вдвое. Таким образом, центрирование прибора нужно осуществлять с точностью не хуже ± (1-2) см. При центрировании резко возрастает влияние изменения диаметра скважины. Изменение положения скважинього прибора в скважине сильнее отражается на показаниях двухзондовой установки 2ННКнт, чем на показаниях установки 2ННКт. Особенно сильно центрирование влияет на дифференциацию показаний 2ННКнт по пористости, что приводит к увеличению погрешности измерений. Таким образом, центрирование зондовых установок 2ННКт и 2ННКнт нецелесообразно.

Влияние центрирования прибора ГГКП на результаты измерения объемной плотности пород оценено по данным, полученным для аппаратуры КУРА- 3 для угольных скважин (Р. Т. Хаматдинов). Геофизическую характеристику этого прибора можно считать удовлетворительной для скважин диаметром до 130 мм. При увеличении диаметра скважины погрешность измерений плотности пород сильно возрастает. На достигнутом уровне разработки метода ГГК измерительные установки в скважинах -диаметром 190 мм и более центрировать нельзя, они должны при

жиматься к стенке скважины.

Выполнены аналитические оценки влияния наведенной радиоактивности (НА) пород от источника нейтронного излучения модуля НК на показания модулей ГК и ГГК при их различном взаимном расположении с учетом скорости каротажа. Основной вклад в наведенную радиоактивность дает алюминий, входящий в состав глинистых минералов 1! полевых шпатов. Содержание алюминия в глинистых минералах составляет 13-21 %. Поскольку пласты глин в нефтяных скважинах, как правило, размыты, а оценка глинистости песчаников и известняков, например, по ГК ненадежна для определения величины НА алюминия использованы результаты измерений в обсаженной зацементированной скважине (Ю. А. Гулин). Измерения проводились каналом ГК прибора РК (расстояние между источником нейтронов и детектором канала ГК было равно 2 м) при спуске (в этом случае источник перемешался впереди детектора) и при подъеме (детектор впереди источника). Величина НА для описанных условий составляет 30-40 2. от естественной радиоактивности, в среднем близкой к (0,3-0,4) А/кг, то есть около 0,15-■10(-12) А/кг. Из этого однозначно следует, что модуль ГК нельзя распологать ниже источника нейтронов.

При ГГКП указанная величина фона НА при плотности пород б = 2,5 г/смЗ вызывает погрешность, не превышающую 0,02 г/смЗ как при спуске, так и при подъеме прибора. Однако при плотности пород 2,8-2,9 г/смЗ погрешность увеличивается до 0,05 - 0,06 г/смЗ. При высокой скорости измерений (более 300-500 м/ч) величина НА практически не зависит от расстояния в пределах 1-4 м между источником и детектором и рез.л уменьшается при увеличении скорости перемещения прибора. Поэтому модуль ГГК может размешаться ниже источника ней-

тримов при условии повышения скорости измерений до 400-450 м/ч.

Экспериментально определено минимальное расстояние от источника нейтронов до детекторов ГГК (большой зонд) и ГК, которое должно быть не менее 140 см, при этом дополнительная погрешность по каналу ГГКП не превысит 2 % от показаний ГГК, а дополнительная погрешность по каналу ГК будет не более 2-10(-14) А/кг. Минимальное расстояние от источника гамма-излучения до детекторов ГК и НТК должно быть не менее 120 см, а расстояние между источником гамма-излучения до детектора ННК может быть в 2-3 раза меньшим. При расположении детектора ГК и НТК ниже источника гамма-излучения толщина свинцового экрана под источником должна быть не менее 10 см.

Исходя из малой глубины зумпфа для многих нефтяных скважин и необходимости исследования перспективных интервалов, начинающихся на удалении от забоя 3-4 м, определено расстояние от нижней точки скажинного комбинированного прибора до верхнего детектора, которое не должно превышать 4-5 м. В аппаратуре РК-П это расстояние составляет 4,5 м.

С учетом опыта эксплуатации предыдущих вариантов комбинированной аппаратуры, установлено, что для обеспечения лучшего контакта измерительных установок со стенкой скажины необходимо, чтобы башмак измерительной установки ГГК выступал над поверхностью прибора не менее чем на 20 мы. С этой же целью механические узлы сочленения должны допускать свободный наклон осей модулей по отношению к другим модулям на 2-3°.

Третья глава посвящена э^периментальным исследованиям технологической воспроизводимости метрологических характеристик зондо-

вых установок ГК, НК и ГГК. Рассмотрены вопросы обеспечения идентичности приборов серийного выпуска по всей совокупности технических, метрологических и эксплуатационных параметров. Циклом экспериментальных работ и аналитических расчетов установлены значения погрешностей измеряемых геофизических параметров, вызываемых степенью соблюдения технологии производства аппаратуры: соответстием геометрии зондов и используемых материалов, элементов электроники, параметров детекторов и источников радиоактивного излучения и др. В результате анализа погрешностей определены допускаемые значения отклонений основных параметров зондовых установок.

Для зондовой установки ГГКП с заданной относительной погрешностью измерения полотности пород равной + 1,2 % в диапазоне г/смЗ, установлены следующие требования (значения допусков соответствую® дополнительной погрешности не более 0,5 основной относительной погрешности измерения плотности):

- допускаемые изменения длин зондов 1мз и 1бз составляет для малого зонда ± 2 мм, для большого зонда ±6,2 мм;

- допускаемые отклонения углов коллимации источника гамма-излучения, окон большого и малого зондов составляют + 5°;

- допускаемое перемещение блока детектирования в плоскости, перпендикулярной продольной оси скважинного прибора составляет ±0,3 мм;

- допускаемые перемещения детекторов гамма-излучения относительно коллимационных окон зондового устройства з процессе каротажа составляют для детектора малого зонда ±0,6 мм, для детектора большого зонда ± 1,5 мм, при параллельном перемещении детекторов обоих зондов ± 1,2 мм;

- допускаемое изменение толщины свинцового фильтра канала большого зонда составляет ± 0,06 мм.

Для зондовой установки 2ННК с заданной основной относительной погрешностью [4,2 + 2,3-(40/Кп - 1)] % экспериментально определены следующие требования:

- рассогласованное изменение 1мз и 1бз не должно превышать + 1 мм, что соответствует изменению регистрируемого параметра в пределах 0,5 X относительных;

- согласованное изменение 1мз и 1бз, не приводящее к изменению л1 = 1бз - 1мз, не должно превышать ± 5 мм.

Результаты расчетов также показали, что вещественный состав материала и размеры экранов скважинных приборов НК существенно влияют на чувствительность показаний к изменению пористости пород, особенно в области Кп > 25 В качестве материала для экранов зондовой установки НК используется полиамид. В связи с тем, что температура плавления этого материала (220 "С) близка к предельной температуре эксплуатации аппаратуры, были проведены экспериментальные работы с целью определения изменения геометрических параметров экрана при нагреве до Т = 205"С. Результаты экспериментов показали, что полиамид пригоден для использования в качестве экранной защиты зондовой установки НК, но при конструировании установки необходимо предусматривать упругий элемент, компенсирующий линейное и объемное расширение.материала при нагреве.

Результаты выше изложенных исследований были использованы при разработке конструкторской и технологической документации для серийного производства аппаратуры РК-П. Приведем краткую характеристику ушаратуры.

Модульная комбинированная аппаратура радиоактивного каротажа РК-П предназначена для измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) естественного гамма-излучения методом гамма-каротажа, водо-насыщенной пористости (объемного влагосодержания) методом нейтронного каротажа и объемной плотности методом плотксстного гамма-гамма- картажа в разрезах нефтяных и газовых сгаажин диаметром от 145 до 300 мм, заполненных промывочной жидкостью, с толщиной глинистой корки до 20 мм. Аппаратура рассчитана на работу в комплексе с программно-управляемой каротажной лабораторией типа ЛКС-10УУ1-С1 или ее модификациями и каротажной лабораторией с цифровой регистрацией данных.

Модульная комбинированная апаратура радиоактивного каротажа РК-П имеет два варианта исполнения. Первый вариант исполнения рассчитан' на работу в скважинах при верхних значениях температуры окружающей среды 200°С и гидростатического давления 120 МПа. Второй вариант исполнения рассчитан на работу в скважинах при Еерхлкх значениях температуры окружающей среды 120°С и гидростатического давления 80 МПа. В состав каждого варианта исполнения аппа^тури входят: скважинный прибор; пульт управления; полеЕые калибровочные устройства ПКУ-2ШК и 1ШУ-2ГГК. Скважинный прибор исполнения I состоит из блока телеметрии ГМ-Т, модуля ГК+2НПК и модуля 2ГП'. Скважинный прибор исполнения II состоит из модуля ГК+2ННК и модуля 2ГТК. Блок телеметрии ТМ-"ТАНДЭМ" входит в комплект принадлежностей данного варианта аппаратуры и применяется в составе скважинно-го прибора только при работе с программно-управляемой каротажной лабораторией. Конструкция и электрические схемы каждого модуля функционально закончены и обеспечивают их совместную или раздель-

кую работу.

Аппаратура РК-П характеризуется следующими значениями эксплуатационных к метрологических параметров. Диапазон измерений:

(0,14-18)х10(-12) 1-40 1,7 - 3,0

МЭД гамма-излучения, А/кг во;;^насыщенной пористости, % объемной плотности, г/смЗ Пределы допускаемых значений основной относительной погрешности при измерении: МЭД гамма-излучения, % водонасьнценной пористости в зависимости от ее абсолютного значения (Кп, в процентах от объема), % объемной плотности, % Скорость каротажа при одновременных измерениях, м/ч

Габаритные размеры скважинного прибора: длина, м

исполнения I исполнения II Масса скважинного прибора, кг

исполнения I '. 269

исполнения II 199

Оценка воспроизводимости метрологических характеристик аппаратуры РК-П производилась путем сопоставления основных характеристик зондовых устройств 10 комплектов скважинных приборов, взятых

± 15

+ [4,2+2,5 (40/Кп -1)] ± 1.2

400 - 450

8,5 6,5

выборочно из партии, изготовленной на КОЭЗГП в 1992 г. Измерения проводились на образцах плотности и имитаторах пористости горных пород. Полученные данные свидетельствуют о соответствии параметров всех проверенных комплектов требованиям технических условий на аппаратуру. Отклонение показаний модулей ГК, НК и ГГК от стандартных значений имеет случайный характер, погрешности измерений ,]гк, Кп(ННК) и (Зоб(ГГКП) не превышают допустимых значений.

Результаты исследований показали, что несмотря на высокие требования воспроизводимость технических и метрологических характеристик аппаратуры РК с допустимыми для практики отклонениями при серийном заводском выпуске может быть достигнута при.соответствующей подготовке конструкторской и технологической документации, пооперационного контроля параметров узлов и деталей в процессе изготовления и полного выходного метрологического контроля.

Обеспечение единства метрологических характерстик аппаратуры позволяет использовать для всех комплектов аппаратуры РК-П, независимо от конструктивных отличий вариантов исполнения на 120 °С и 200 °С, единых основных интерпретацонных зависимостей и средств метрологического контроля, что в свою очередь создает благоприятную ситуацию для организации компьютеризованной технологии проведения комплексных измерений методами РК

В четвертой главе описаны результаты промышленного опробования и внедрения аппаратуры РК-П и методики измерений и обработки получаемых данных в производственных условиях. Лана краткая характеристика интерпретационного обеспечения аппаратуры РК-П. В процессе опытно- мь годических работ на скважинах проведена отработка технологии измерений комбинированной модульной аппаратурой и испы-

ï'oHbi различные комбинации сборок. Исследованы более 20 скважин на нефтегазовых месторождениях Украины, Узбекистана, Оренбургской области, Западной Сибири (Уренгой, Нижневартовск) и других районах. Результаты исследований показали, что расхождение абсолютных суммарных погрешностей не превышает + 0,03 г/смЗ для боб, ±1 % для Кд( 2НШ) и ±0,7 10(-12) А/кг для JrK как при раздельной эксплуатации модулей, так и при работе со сборками. Воспроизводимость основных и повторных замеров составляет 1-3 % относительных в зависимости от состояния ствола скважины. Воспроизводимость калибровочных данных до и после измерений характеризуется относительной погрешностью не более 1 %. Получены хорошие сопоставления с данными анализа керна пород-коллекторов в интервале изменения боб от 2,34 до 2,64 г/смЗ, Кп - от 20 до 35 %, JrK от 0,3 10(-12) до 0',7. •10( -12) А/кг.

В двух глубоких скважинах пл. Ордовик и пл. Карачаганак Оренбургской области выполнен комплекс сопоставительных исследований с аппаратурой фирмы Шномберже. Разрез скважины пл. Ордовик представлен песчано-алевритовыми породами, скв. 818 пл. Карачаганак, в основном, карбонатными породами. Сопоставления каротажных кривых Кп(ННК), боб(ГГК), JrK показали,что уровень соответствия указанных параметров характеризуется величиной среднеквадратичного отклонения не более 3 %. Это соответствует + 2 Z в абсолютных единицах Кп для 2ННК и + 0,03 г/смЗ для ГШ! Результаты этих исследований подтверждают конкурентоспособность и соответствие аппаратуры РК-П мировым стандартам.

Дальнейшее развитие комбинированной модульной аппаратуры осуществляется по следующим основным направлениям: '

- увеличение степени комплектования путем включения в состав аппаратуры РК модулей новых методов ГИС - спектрометрического

ГК, литолого-плотностного ГГК;

- обеспечение комплектования с другими методами ГИС - ЭК,

БК, АК, КМ;

- ориентация на работу в составе программно-управляемых каротажных лабораторий путем использования унифицированных источников питания и управления скважинными приборами и использования унифицированной цифровой телеметрической линии связи;

- использование в электронных схемах скважинных приборов микропроцессоров, позволяющих создать приборы на качественно новом интеллектуальном уровне.'

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге теоретических, экспериментальных, конструкторских л опытно-методических работ в производственных условиях проведены разработка и промышленное внедрение в производство аппаратурно-ме-тодического комплекса основных стационарных методов РК (ГГ., КК. ГГК) на базе комбинированной модульной аппарратуры типа РК-ТТ, обеспечивающей повышение геологической эффективности использования методов РК в общем комплексе ГИС и повышение производительности РК не менее, чем в 2 раза за счет одновременных комплексных измерений геофизических параметров ГК, НК и ГГК за одну спуско-подъемнул операцию.

Обоснование количественных критериев зажнейших параметров измерительных установок аппаратуры РК-П позволило создать теорети-

ло-экспериментальную базу для конструкторской и технологической отработки аппаратуры с целью достижения единства метрологических и технике-эксплуатационных характеристик, и, как следствие, единства интерпретационного и метрологического обеспечения при промышленном выпуске аппаратуры и ее эксплуатации в производственных условиях.

Достигнутые метрологические и технико-эксплуатационные характеристики, в том числе достигнутая термобаростойкость (до 200°С, 140 МПа) аппаратуры РК-П позволяют сделать вывод о ее конкурентоспособности по сравнению с лучшими отечественными и зарубежными аналогами, что, в частности, подтверждается результатами сопоставительных исследований с аналогичной аппаратурой зарубежных фирм.

Возможность использования аппаратуры РК-П в составе аналоговых, цифровых и программно-управляемых каротажных лабораторий,' а также возможность использования как отдельных модулей, так и их сборок, в том числе с приборами других методов ГИС, различные варианты по термобаростойкости, наличие сменных зондов 2ННКт и 2ННКнт и наличие выносного зондового устройства ГГКП, для исследования разрезов скважин с разрушенной стенкой и кавернозных участков открывают широкие перспективы использования аппаратуры РК-п' в разнообразных геолого-технических условиях.

Высокая геологическая эффективность аппаратуры РК-П достигается за счет наличия широко апробированного на практике полного интерпретационного обеспечения и средств метрологического контроля, а за счет обеспечения преемственности основных геофизических и метрологических характеристик ранее поставленных на производство базовых прибороЕ PK типа СРК и СГП2-АГАТ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рабо-

ч ах:

1. Малогабаритная двухзондовая аппаратура РКМ-10 плотностно-го гамма-гамма-каротажа угольных скатан - з сб. "Геофизическая аппаратура". Вып. 63, Л, "Недра" 1979 г. (совместно с ?. Т. Хамат-диновым, С.Н. Зинченко, Р П. Владимировым).

2. Система плотностного гамма-гамма-каротажа угольных скважин на базе аппаратуры КУРА-3. - Сб. "Геофизическая аппаратура", N78, Л., Недра, 1983 г., с. 117-124 (совместно с Р. Т. Хаматдино-вым, Г. Б. Варвариным и А. Е Клушанцевым).

3. Инструкция по производству работ методом плотностного гамма-гамма-каротажа в угольных скважинах аппаратурой КУРА-3. ВНИГИК, Калинин, 1985 г. * (совместно с Р. Т. Хаматднновым, ¡0. Д. Тулиным и др.).

4.' Термобаростойкая аппаратура плотностного гамма-гамма-каротажа СГП2-АГАТ. - В кн. "Совершенствование методов, аппаратуры и технологии геофизических исследований, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин". - М., Недра, 1987, с. 61-66 (совместно с Р. Т. Хаматдиновым, А. Ф. Зотовым, Г. Б. гарвариным и г;'.).

5. Аппаратурно-методический комплекс стационарных методов радиоактивного каротажа на базе новых модификаций аппаратуры СРК, СГП2-АГАТ, ЫАРК-1 - Тверь, НПО "Созсзпрсмгеофизика", 1590 г. (совместно с Р. Т. Хаматдиновым, Л.М. Гольдштейксм, А..'1\ Зотс^ым и др. )

6. Новые модификации аппаратуры радиоактивного каротагс-.. Сборник статей. "Новые компьютеризованные аппаратурно-методичес-кие комплексы и аппаратура для исследования нефтегазоразведочных скважин". Сборник научных трудов. "Новые разработки в технологии