Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка термобаростойкого скважинного индукционного определителя металла и методики интерпретации регистрируемых им данных

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

Автореферат диссертации по теме "Разработка термобаростойкого скважинного индукционного определителя металла и методики интерпретации регистрируемых им данных"

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР Научно-производственное объединение "Союзпромгеофизиха"

На правах рукописи

МОРОЗОВ СЕРГЕЯ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА Т2РМОЕАРОСТОЯКОГО СКВАЖИННОГО ИНДУКЦИОННОГО 0ПЕ5ДЕЖГЕЛЯ МЕТАЛЛА И МЕТОДИКИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕГИСТРИРУЕШЬ ИМ ДАННЫХ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь-1990

Работа выполнена во Всесоюзно« научно-исследовательской и ■проектно-конструкторскоы институте геофизических методов исследований, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин (ВНИГЖ) НПО "Союзпромгеофизика" Министерства геологии СССР

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

- доктор технических наук,

профессор Щлпснин Михаил Иванович], ' кандидат технических наук, Чаадаев Евгений Викторович

доктор технических наук, Векслер Владимир Ильич, -кандидат геолого-минералогических наук Фоыенхо Владимир Григорьевич ДГО "Недра"

Защита состоится 28 ноября 1990г. в 12 часов на заседании специализированного совета К 071.18.01 НПО "Совзпроигеофизика" по адресу: 170000, г.Тверь, уд.Правды, д.12 Б.

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке НПО "Совзпромгеофизика".

Автореферат разослан "¿6* октября 1990г.

Ученый секретарь Специализированного совета, д.г.-к.н.

В.Я. Соколов

"ЯЩ

- 3 -

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ информационных данных буровых шизаций Миннефтегаэпрома и Минего СССР показывав?,что с ро-I глубины разведочного и промыслового бурения несмотря на ?оянное совершенствование техники и технологии бурения все >вые организации сталкиваются с серьезными техническими пробили ликвидации аварий, приводящих нередко к перебуризанию или 1 списанию скважин. Одной из наиболее частых причин аварий яв-гся поломка оборудования или бурильного инструмента,сопровож-}аяся оставлением в скважинах различных по габаритам и физиче-I свойствам металлических предметов (Ш). Ъти предметы либо >у препятствуют проведению технологических процессов,либо ыо-способствовать возникновению других аварий и поэто;.у являют-збьектами поиска и извлечения из скважины или уничтожаются пу-взрывных работ или разбуривания. Для целенаправленного и эф-гивного проведения поисковых, профилактических или аварийно-:тановительных работ, связанных с ликвидацией последствий ос-1ения металла в скважинах,необходимы специальные геофизические

Учитывая это и отсутствие специальной геофизической аппара-I, используемой для повышения эффективности поисковых.профи-?ических и аварийно-восстановительных работ, разработка аппара-

гетрическим параметрам, способной работать в условиях сверх-юких скважин (до Т«250°С и М70 МПа), является актуальной

1чей» ...................

Цельа работы является: обоснование параметров и разработка тер-фостойкой сква.жинной аппаратуры и методики интерпретации полу-ак ею данных для определения местоположения,размеров и магнит-

ше.

I для поиска,обнаружения и идентификации МП по . физическим и

ных свойств металлических предметов (МП) в скважине.

0сновнда_задачи_иссле5двани|5:

- обоснование возможности применения индукционного метода я мерснил для определения местоположения, физических и геометричес ких параметров металлических предметов в скважине;

- обоснование параметров зонда и основных технических требе ваний к термобаростойкой схсважинной аппаратуре для определения местоположения и идентификации металлических предметов;

- разработка термобаростойкой аппаратуры -скважинного инду* циоиного определителя металлов (СИОМ);

- изучение влияния местоположения, физических и геометрических параметров МП на форму кривых, регистрируемых аппаратурой

СИОМ;

- разработка методики определения местоположения размеров 1 магнитных свойств МП по данным СИОН.

Методы.исследования. Работа выполнялась на основе математического и физического моделирования вторичных магнитных полей, создаваемых металлическими предметами различной конфигурации,регистрируемых измерительными катушками зонда, макетирования и эк< периментального опробования отдельных узлов и аппаратуры в цело! анализа скважинных материалов.

Научная новизна состоит в следующем:

- Епервые показана принципиальная возможность решения практических задач определения местоположения физических и геометри. чееккх параметров металлических предметов в скважине низкочасто1 ным зондом индукционного каротажа;

- впервые обоснованы и оптимизированы параметра низкочасто1 ного зонда ИК и его конструкции и разработана структура термоба< рсстойхоЯ аппаратуры СИСИ, в которой в отличие от традиционных структур аппаратуры ИК ток рабочей частоты на излучающую катушк;

онда подается с поверхности по жилам кабеля, а из схемы прибо-а исключены или перенесены в наземный блок предварительный уеи-итель, генератор и детектирующие схемы, что позволяет обеспе-ить работоспособность скважинного прибора в экстремальных усло-иях ( Т = 250°С, Р = 170 МПа) в течение десятков часов.

- впервые получены количественные оценки влияния размеров, асположения и магнитных свойств металлических предметов на форму Риеых активной и реактивной компонент сигнала низкочастотного онда ИК, на основании которых разработана методика определения естоположения и идентификации металлических предметов в скважц-ах по их физически;.: и геометрическим параметрам.

Практичеекзк ценность работы заключается в разработке аппгра-уры CMOü и методики интерпретации, обеспечивающих,в созонупно-ти, определение местоположения, магнитных свойсте и размеров МП глубоких и сверхглубоких скважинах, достигаемое за одну спуско-одъёмлуто операцию, способствующие правильной оценке ситуации в кваяине, выбору оптимальной технологии ликвидации последствий ос-авления МП. ^

Внедрение результатов работы. Организован выпуск разработан-ой аппаратуры СИОМ 0М-200М на Киевском опытно-экслериментальнсм азоде геофизического приборостроения. В 1990 и в 1991 году будут ипущены разозые партии данной модификации СИОМ. Аппаратура ис-ользуется на Кольской и Криворожской скважинах, а также в ПГО Зедра".

Расчетная величина годового экономического эффекта от изго-звления и внедрения одного образца аппаратуры и методики на сзерх-пубокой скважине составляет 38,9 тыс.руб.

Основные защищаете положения:

- низкочастотный трехкатуиечный зонд индукционного каротажа беспечивает определение местоположения, физических и геометриче-

ских параметров металлических предметов в скважинах;

- разработанная конструкция'низкочастотного зонда ИК.обес чивающая повышение ета осевой чувствительности и идентификацию таллических предметов по магнитным свойствам, разработка чувст тельного преобразователя-модулятора со стабилизацией термоухо; средней частоты позволяют, перенеся в наземный блок генератор тания зснда и детектирующие схемы, обеспечить работоспособное! скважинного прибора в экстремальных условиях (Т =250°С и Р=17( в течение десятков часов;

- сопоставление формы кривых активной и реактивной компот сигнала в трехкатушечном зонде ИК обеспечивает определение мес положения и идентификацию металлических предметов в скважинах их физическим и геометрическим параметрам.

Апробация и публикации работы. Основные положения диссерч ционной работы докладывались на научно-производственных конфет циях и совещаниях, з г.Тверь (1987, 1988 г.г.),в г.Киев (1990: По теме диссертации.опубликовано 6 лечатных работ,в том числе авторское свадетельство на изобретение. Разработанные модификг ции аппаратуры СИОМ ОМ-200 и 0М-200 М экспонировались на разл1 них выставках ВДНХ в 1987-1988 г.г. и удостоены в общей сложнс трех серебряных и двух бронзовых медалей.

Объем заботы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и г лючения, содержит ш страницу текста, I таблицу, 35 рисункс Библиография включает 86 наименований.

В диссертации изложены результаты исследований, выполнена автором под руководством К.Л.Санто.

Диссертационная работа выполнена под. руководством.докто! технических наук, профессора М.И.Плюснина (1987-1989г.г.) и кг дидата технических наук Е.В.Чаадаева (1989-1990 г.г).

При подготовке диссертации автор пользовался помощью и сс

гамц к.ф.-ы.н. В.В.Веркбицкого, Г.Я.Хаган, к.ф.-м.н.Пантвхина, {.ф.-м.н. Б.В.Рудяка; к.г.-м.н.И.П.Бриченко, к.т.н.Е.М.Пятецкого.

Выполнению работы з значительной мере способствовало сотруд-пгчество с коллективами ПГО "Недра", Кольской ОМГП и др..которым втор выражает благодарность за оказанное содействие.

СОДЕРВДИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, показана ее ак-улльность, сформулированы цель исследований и защищаемые положения.

В первой главе да.г ггратк.чй анализ геолого-техническкх условий основных задач геофизических исследований при проведении профилактических осмотров или аварийно восстановительных работ в сзерх-яубоких скважинах, связанных с необходимостью обнаружения,определена местоположения и идентификации в них металлических предметов, ратко проанализированы информационные возможности электромагнитных гтодов полевой и скважинной геофизики, определены основные напраз-5ния работы, обоснованы и сформулированы основные задачи исследова-тй.

Наиболее часто в ходе технологических операций в скважинах ос-1ются элементы киза колонны или части породоразрушаю'дего янструмен-1, геофизические приборы, предметы ремонтной оснастки я даже целые рильные колонны, которые могут быть либо полностью стальными (маг-тными),либо состоять из немагнитных легкосплавных бурильных труб ЕТ), соединенных стальными замками. Местоположение Ж в скважине дат быть самым различным. Например, мелкие предметы могут находить-ка забое ("в основном под слоем алама), в кавеонах или на уступах вола скзажины. Части бурильной колонзи, точнее их верхний торец с о л о за"),могут находиться практически на лзбой глубчие и в любой «се сечения скважины.

Предъявляя требования к достижении минимально зсг,?сжного\с тсч-

ки зрения технической реализации) диаметра скважинного прибора г учитывая указанные выше возможные положения МП в скважине, можно ожидать следующие варианты расположения или прохождения прибора относительно искомого МП:

- вследствие нарушения проходимости скважины прибор приближается к МП сверху и останавливается на некотором расстоянии им касается его (осевой контакт);

- прибор перемещается вдоль ствола мимо МП, расположенного каверне или на уступе скважины;

- прибор перемещается в зазоре между стенкой скважины и осп ленной бурильной колонной;

- прибор перемещается внутри оставленной бурильной колонны (очень редкая, но возможная ситуация).

Во всех указанных выше случаях прибор должен обеспечить ощ деление: местоположения по глубине, размеров, удаленности и магнитных свойств МП. Учитывая,что самая эффективная технология лга дации последствий оставления бурильных колонн - это фрезеровалы и ловильные работы или использование их сочетания,прибор должзн обеспечивать определение длины интервала фрезерования и контрой зе ходом фрезеровальных работ.

Учитывая условия на забое сверхглубоких скважин (Т=200-230с Р £ 150 МПа), время спуска прибора до забоя; время проявления фс томатериалов, оценки их качества и проведения, при необходимое^ повторных исследований - работоспособность скважинного прибора i Т ° 250сС и P-I70 МПа должна быть обеспечена в течение десятко! часов,что исключает возможность использования термостатирующих сосудов при реализации аппаратуры.

В настоящее Еремя для определения местоположения стальных I/ е скважинах используются локаторы магнитного металла,магнитоле^ Для определения немагнитных Ш соответствующей аппаратуры нет.хс

тя з отдельных случаях эту задачу удается решить методом ПС. Указанные методы,равно,как и известный метод "печати",не всегда з состоянии обеспечить решение сформулированных задач з требуемсм объеме.

Анализ отечественных и зарубежных источников, характеризующих современное состояние методов поиска, обнаружения и идентификации '.Я показал,что основным типтж металлоискателя является прибор типа излучатель-приемник электромагнитного поля, работающий з диапазоне зизких (звуковых) частот. Для селекции МП по электропроводящим я лагнитным свойствам используются закономерности фазовых и амплитудных изменений измеряемых сигналов.

Промышленные и военные металлоискатели по целому ряду тзхниче-:ких решений могут служить аналогами при разработке скзажинной ап-таратуры подобного назначения, однако используемые в них геометрии юисковых индукционных систем (конфигурация и взаимное расположение излучающей и измерительной катушек) неприемлимы в ск^ажинных условное.

Аналогичные задачи поиска, обнаружения и определения физиче-:ких и геометрических параметров высокопроводящих и магнитных тел успешно решаются методами полевой и скзажинной геофизики. Наиболее 5лизким по назначению и принципу работы аналогом в электроразведке гвляется метод ДИП.

Благодаря работам В.Х.Захароза, Ф.М.Каменецкого, А.А.Кауфга-1а, Б.С. Светова, Ю.В. Якубовского и др. (полевая индукционная •лектроразведка) и работам В.И.Векслера, Л.З.Лебедкина я др. скважинная индукционная электроразведка ) теория и методика интерпретации данного метода развиты относительно хорошо. Однако спе:гл->ика задач, решаемых при определении местоположения, размеров и [агнитных свойств МП, а также технические требования, предъявляемые : аппаратуре для сверхглубоких скважин, не позволяют з полной :,:е::е-юспсльзоваться методическими и техническими достижениями гг-езукця-х-

ных методов электроразведки.

Анализ известных модификаций электрического и электромагнитного каротажа применительно к поиску и идентификации МП в скважине позволил установить перспективность использования в укззаншх целях зондов Ж. Однако разработанная теория Ш, значительный вклад в развитие которой внесли такие ученые, как Ю.Н. Антонов, С.М.Аксельрод, Г.Г.Долль, Е.В.Захаров, А.А.Кауфман, К.С.Кунц, Д.Г.Моран и др.,в основном посвящена вопросам определения электрических и магнитных параметров околоскважинной среды и наиболее хорошо развита для осесимметрнчных моделей сред.

Применительно к задаче поиска и идентификации МП в скважинах появляется необходимость в рассмотрении неосесимметричных задач, причем проводящие участки среды (МП) очень часто имеют весьма ограниченные размеры. Теория же Ж для этих ситуаций практ чески отсутствует.

Несмотря на повышенную чувствительность к высокопроводяцим телам зондов серийной аппаратуры ГШК-1М, АМК-М, АЖ-4, АИК-5,их использованию для решения вышеуказанных задач препятствуют следующие причины:

- зависимость показаний зондов от электрических характеристик разреза, обусловленная их еысокой рабочей частотой;

- недостаточный динамический диапазон регистрируемых без иск. жения сигналов;

- недостаточная чувствительность в осевом направлении;

- недостаточная баростойкость и большие габариты скважинных приборов;

- наличие режима короткого замыкания у генератора зонда при работе не только внутри бурильных труб,но и снаружи при приближении прибора вплотную к бурильной трубе.

Это в определенной мере подтвердили работы со скважинными ин

Аукционными индикаторами немагнитного металла 0.М-200 и ОМ-250, разработанными и изготовленными специально для условий Кольской СГ-3 под руководством Г.Я.Каган (0М-200, 1981г.) и К.Л.Санто ( 0М-250, 1982г.)при участии автора в экспериментальных исследованиях, изготовлении, внедрении и разработке методических рекомендаций по проведению работ в скважинах и интерпретации данных, регистрируемых 0М-200 и 0М-250. В ходе этих работ выяЕлены технические и методические недостатки 0М-200 к 0М-250, заключающиеся: в больших габаритах скважинного прибора 0М-200,(длина 3500 ьщ диаметр 90 мм),в возникновении перегрузки генератора зонда при расположении прибора вплотную к бурильной колонне (0М-200), в недостаточной информативности при разделении магнитного и немагнитного металла при боковом и особенно при осевом расположении МП ( 0И-200 , 0М-250), в низкой чувствительности (0М-250),в сложности привязки верхних торцов обнаруживаемых МП по глубине (ОМ-250). Опыт работы с низкочастотными индукционными приборам и результаты их доработок, проведенных (при участии автора) уже в ходе эксплуатации показали,что для успешного решения указанных выше задач в условиях глубоких и сверхглубоких скважин этим методом необходима разработка аппаратуры специального применения с повышенными информашонньгми возможностями и не имеющий аналогов за рубежом.

В целом проведенный анализ возможностей применения известных методов полевой и скважинной геофизики для обнаружения и идентификации МП в скважинах показал:

- наиболее перспективным методом для обнаружения на фоне вы-сокопроводящих или магнитных сред, определения местоположения, размеров и магнитных свойств у МП является низкочастотный индукционный каротаж;

- несмотря на некоторую общность задач,решаемых известными модификациями аппаратуры ИК для определения электрических и маг-

нитных характеристик горных пород ни одна из них не может быт использована для поиска и идентификации МП в скважинах.

- экземпляры аппаратуры 01.1-200 и 0М-250, изготовленные с. циально для условий Кольской СГ-3, недостаточно информативны;

- необходима разработка аппаратуры и методики специально, применения, не имеющих аналогов среди серийной аппаратуры ни СССР, ни за рубежом.

Во второй главе излагаются результаты выбора и обоснован: параметров зонда СИОМ, результаты теоретического и экспериментального решения прямых задач ИК. Представлена разработанная ] реализованная модельная установка, на которой получены зависит сти, позволяющие по показаниям зонда СИОМ определять местопож кие, размеры и магнитные свойства обнаруживаемых Ш.

В ходе изучения информационных возможностей двух-, трех-четырехкатушечных зондов ИК с различной ориентацией катушек щ менительно к специфике решаемых аппаратурой СИОМ задач устано! но,что наиболее приемлимым является трехкатутпечный зонд с продольной ориентацией катушек и компенсацией прямого поля комлей цпонной измерительной катушкой с относительным моментом Мк*-0, и расстоянием между основными катушками зонда: 1,5 м.

С целью оценки рабочего диапазона частот зонда СИОМ и ощ деления влияния на показания активной и реактивной компонент б сигнала параметров вмещающей среды и самого МП автором была оС нована,сформулирована,решена и совместно с Е.В.Чаадаевым и В.Е Вержбицким реализована в виде программы прямая задача ИК для з да с продольны:.! расположением катушек «расположенного в однород ной, проводящей среде вблизи кругового металлического цилиндра ( ;г::ггиру:сщего размерами бурильную колонну) бесконечной длины,о л сдающею магнитными свойствами и параллельного зонду.

На основе расчета показаний зонда СИОМ по программе,реали .\?Л решение - указанной выше задачи,определен рабочий диапазон :

Ж)М по частоте и показано,что при работе в Это« диапазоне(1 кГц 4 ^ ^ 2,5 кГц) зонда 3141,5 практически нечувствителен к пара-<етраы окружающей его среды и существует возможность моделирова-1ия его показаний вблизи МП различной формы и размеров в лабораторных условиях (в воздухе).

Ввиду сложности теоретических расчетов моделей поисковых ои-гуаций СИОМ и высокой достоверности моделирования в воздушной :реде дальнейшие исследования решаемых задач проводились автором, | основном,с помощью физического и натурного моделирования.С этой (елью была разработана и реализована конструкция модельной уста-гавки для изучения зависимостей показаний зонда СИОМ от местопо-:ожения,размеров и магнитных свойсте МП. Анализ реальных объектов оиска показал,что большинство из них имеет форму цилиндров ( бу-ильные трубы,замки,корпуса скважинных приборов) различного диаме-ра.Исключение составляют шарошки,которые лучше всего мог-ут быть моделированы МП шарообразной формы.Основная номенклатура приме-яемых в бурильном инструменте металлов-сталь и алюминий (СЬТ.ЛЬТ). оэтому для проведения модельных работ в качестве моделей МП ис-ользовались стальные и алюминиевые кольца различного диаметра и ирины.диски различного диаметра и ширины, диски различного диаме-ра,цилиндры различного диаметра и длины. Для моделирования пароа-и (или немагнитного МП шарообразной формы) использовались квази-ары,составленные из трех взаимоперпендикулярных колец одинакового иаметра.

На основе изучения, полученных на модельной установке, экспе-иментальных кривых профилирования активной и реактивной компонент .Д.С..регистрируемых аппаратурой СИОМ,против тонких колец,квазиаров, коротких и длинных цилиндров,изготовленных из алюминия и

гали установлено,что магнитные свойства металлических предметов эгут быть однозначно определены по соотношению абсолютных в-э.иг-да-: стивной - £а и реактивной ¿^компонент З.Д.С. ,в экстремальных то-:--ас: если /б?! ^ ¡€а1 ,то металл магнитный -сталь, если//•?'>>/<£''',

то металл не магнитный - алюминий. Показано,что анализ взаимног положения характерных (нулевых и экстремальных) точек на кривьо профилирования позволяет определять положение верхнего торца ме таллического цилиндра(трубы),а если длина последнего превыше базу зонда СИОМ, т.е. при £>30 сы, то и его длину. Указано на С лее высокую информативность реактивной компоненты Э.Д.С.при рас те с алюминиевыми предметами и активной-при работе со стальным» предметами.

С цельо выяснения принципиальной возможности определения размеров и радиальной удаленности МП от зонда исследовались зав симости направления и величины смещения по оси 2 характерных ч чек на кривой профилирования против алюминиевых и стальных коле различного диаметра от их радиальной удаленности (при неизме^ ной ширине колец) в одном случае и от длины цилиндров(при их не мен!Ьм диаметре и радиальной удаленности)- в другом.Ввиду отс ствия множества цилиндров различной длины для исследования выше казанной зависимости, автором было сделано предложение о возмол сти замены кривых профилирования против отсутствующих цилиндрог необходимой длины синтезированными кривыми,полученными путем аг проксимации зависимостей и £°(г) для тонких стальных и £

миниевнх колец выбранного диаметра (бурильной трубы) на участке оси 2 .равному выбранной длине цилиндра и рассматриваемому вдс всей длины зонда и зг его пределами. Расчёт синтезированных щ» проведенный совместно с В.А.Пантюхиным, показал на практически полное совпадение расположения по оси 2 их характерных точек с аналогичными на кривых, полученных экспериментальным путем.

Рассмотрение полученных зависимостей положений, характернь точек аномалий на кривых профилирования 8а(1)ъч длинь

ди-мстра, а также расстояния Ш от зонда позволило установит! яринц-.глизгьную возможность использования координат этих точек ;

определения данных параметров.

Взиду того, что абсолютные значения амплитуд Э.Д.С.в экстремальных точках кривых профилирования Зависят не только от геометрических параметров £ (длина,диаметр и радиальная удаленность МП).¡:о и от элементного состава МП,были детально рассмотрены зависимости амплитуд от указанных параметров. На основе анализа зависимостей экстремальных значений активной ■л реактивной компонент Э.Д.С. кривых профилирования против стальных и алюминиевых колец различных диаметра и ширины установлено, что максимальные значения изменения ер(г) и €'Ь) практически линейно увеличиваются с ростом кгадрата диаметра колец причем это возрастание происходит тем быстрее,чем меньше расстояние между прибором и кольцом ,т.е. и в этом случае существует принципиальная возможность определения по экстремальным значениям реактивной и активной компонент Э.Д.С., либо диаметра коротких металлических предметов, либо расстояния до них.

Наиболее сложной поисковой ситуацией на практике является ситуация, когда МП препятствует прохождения прибора мимо него в скважине. Другими словами прибор может приближаться к МП сверху или удаляться от него в противоположном направлении.В Этом случае зонды серийной аппаратуры Ж практически не информативны. Поэтому в зонде СИО.М приняты специальные технические меры (указанные ниже) по усилению осевой чувствительности и повышению его информативности в рамках решаемых задач. На оснозе анализа зависимостей величин активной и реактивной компонент Э.Д.С.зонда СНОМ от расстояния до соосного ему алюминиевого или стального предмета (кольца,цилиндра и трубы) установлено,что зонд СИОМ обладает более высокой чувствительностью к алюминиевым предметам, которые он может обнаруживать на расстояниях до 95 см,и меньшей к стальным, которые могут быть обнаружены при расстояниях до

. - 16 -

них не превышающих .75 см. Установлено,что по.соотношению зеличи активной и реактивной компонент З.Д.С. можно однозначно разделят металлические предметы на сталы;ые и алюминиевые. Необходимо отметить, что эти зависимости снимались,когда зонд располагался внутри корпуса скважинного прибора и между измерительными катушками йонда и МП находилась нияняя металлическая законцовка.В ске хинных условиях достигнутые показатели осевой чувствительности к гут снижаться за счет электропроводности раствора и горных пород (особенно на забое), но и могут улучшаться яа счет снижения элей рических, электростатических и радиоволновых помех и за счет бол высокой чувствительности гальванометров регистратора.

Учитывая ограниченную информативность зондов Ж при их соос ном расположении с МП и сильное влияние на их показания электро проводности среды, в нижней концевой детали корпуса скважинного прибора устанозлен постоянный магнит, который позволяет регистри ровать измерительными катушками зонда изменение магнитного поля от стальных МП при движении зонда относительно них. Реализация локатора магнитного металла расширяет возможности идентификации по магнитным свойствам МП, расположенных соосно или шгае скважин ноге прибора.

В целом полученные в настоящей главе результаты подтвердил:; целесообразность использования е качестве зэкда СИОМ ^рехкатушеч ного зонда.ИК ЗИ1,5 с рабочей частотой 2 кГц п регистрациэй акти ней и реактивной компонент сигнала, показали его достаточно высо ку«з Эффективность при определении местоположения,магнитных свойс и размеров металлических предметов в скважине и создали основу д разработки методики интерпретации материалов СИОМ.

В третьей главе изложены результаты разработки термобаро-стойкой аппаратуры СЖ)М, включающие:выбор и обоснование функциональной структуры аппаратуры в целом и разработку отдельных ее

^ков, позволяющих обеспечить работу скважданого прибора з экстре-альнгэс условиях длительное ьремя, формулировку задач по реализа-1И разработанной схемы и их техническое воплощение, описание ори-■гаальной конструкции зонда, функциональных и принципиальных схем.

Наиболее существенной трудностью при разработке аппаратуры !0М является требование обеспечения термостойкости скваяинного зибора (до 250°С). Длительное время прзбызания прибора а услови-: таких рабочих тенператур исключает возможность использования 'рцсстатируюаих сосудов или устройств с принудительным охлаждением.

'Лучение я анализ имеющейся м;:формации о разработке и гтримене-1И новых термостойких радиохо:.тонентов и материалов, информации возможностях серийных полупроводниковых приборов, используемых негарантированных режимах и,наконец, проведение собственных ис-:едонаний в этом направлении - позволило определить пути разработ-: зонда и электрической схемы скважинного прибора термостойкостью 250°С с продолжительностью непрерывной работы з таких условиях течение десяткоз часов.

Исходя из технических и методических требований была разрабона функциональная схема аппаратуры,в основа которой лежит прян-п минимизации числа и упрощения функциональных узлов скважинного •лбора и передача основных функций пс обработке сигнзла назсмно-блоку. При этом достигается минимальный объем электрической схе-прибора как по числу комплектующих,так и по занимаемому ттрост-тству.

Согласно разработанной схеме,из скважинного прибора з назем-й блок перенесены генератор рабочая частоты зснда я детехт:1руо-; схемы. В с гс в а глинном приборе оставлены чузстзтггельный амплп-1но-частотный ггреобразоЕатель^лэдулдтор,работающий непосредст-■2-го от сигнала зонда, и усилитель мощности, согласованный с ка-хем. Однако при такой функциональной схеме возникают трудности,

связанные с потерями амплитуды и фазы тока питания зонда на кабеле и необходимостью .компенсации этих потерь и отсутствия предварительного усилителя повышением чувствительности зонда.

Повышение общей чувствительности зонда достигнуто повышением абсолютного момента излучающей катулки зонда (за счет увеличения ее длины) и увеличением числа витков измерительных катушек щ испсльзовании во всех катушках зонда сердечников,набранных из фер-ритовых колец повышенной термостойкости. Повышение осевой чувствительности зонда достигнуто за счет параллельного смещения всех катушек зонда вниз до нижней металлической законцоЕкк корпуса прибора с полной компенсацией сигнала зонда от токов, наводжляс в этой детали.

Повышение достоверности идентификации магнитных и немагнитны МП достигнуто введением в структуру зонда термостойкого постоянно' го магнита, расположенного в шгшей законцовке корпуса прибора.Из< менение магнитного поля магнита через магнитопровод передается на измерительные катушки. Сигнал реализованного таким образом лок тора магнитного металла (ЛММ) выделяется при частотном детектиров ник в наземное блоке.

С цельо стабилизации средней частоты преобразователя-модулят ра е его схему введен автоматический терморегулятор тока.позволяю щкй сохранять высокий динамический диапазон регистрируемых сигна лов до температур 250°С.

Перенесение генератора в наземньЛ блок позволило обеспечить ботоспособность прибора не только вплотную снаружи, но и внутри садных, бурильных и прочих труб с внутренним диаметром не менее 80 мм и получение дополнительной информации о их целостности, глу не выхода прибора в открытый ствол, выделение МП в открытом ство; за счет регистрации изменений амплитуды или фазы тока питания из; чающей катушки зонда.

Индукционный зонд и электрическая схема скважпнного прибора 1ещены в полкП термобаропрочный рэдиопрозрачный корпус разра-'ки ИНИГЖ.

В наземном блок" частотинлодулированный сигнал демодулирует-частотным детектором,дополнительно стабилизирующим среднюэ :тэту,с выхода которого снимается илфрэнизкочастотный сигнал 1 и сигнал зондт, последний из которых подается на вход ко:щу-1срз фазочувствительного детектора (ФЧД1. Опорный сигнал ФЧД мируетьл от дополнительного генератора.управлявшего кошлутатс-: и синхронизируемого генератором рабочей частоты зонда через фазовой автоподстройки частоты. На выходе ФЧД выделяются ивная и реактивная компоненты сигнала зонда, регистрируемые каналам I и П аппаратуры соответственно. Канал Ш регистрирует нал ЛШ, а канал 1У - изменение амплитуды или фазы тока пита-зонда. Канал У регистрирует результаты математической обра-ки сигналов по канала;,: I и П. Для одновременного наблюдения литуды полного зектора сигнала зонда,а также его ортогональных гавляющих и сигнала ЖИ организован какал с выходом на одно-эвой осциллограф,входящий з комплект станции,что позволяет оце-ать одновременно работу четырех из пяти каналов в процессе из-зний. Для организации звуковой инД1псации достаточно подключение гсму выходу бытозого • магнитофона.

В результате разработки конструкции и электронной схемы алпа-,фы выполнены все требования,сформулированные выше.предьявляе-к аппаратуре СИОМ и достигнуты следующие основные технические жтеристики:

- количество информационных каналов 4

- количество регистрирующих каналов 5

- расстояние,на котором обнаруживается ЛЕГ длиной 100 см при >адиальном (осевом) расположении относительно оси зонда (торца

прибора) при Тс, др^ ^ С'-1/" не менее,мм 800

- рабочая частота зонда, кГц

- максимальная длина используемого кабеля,м

- максимальная рабочая температура скважин-

2±0,1 12000

ного прибора,

- максимальное рабочее давление, МПа

- габаритные размеры скважинного прибора,мм:

длина

диаметр,не более

0М-200М 0М-250М

200 250 170

2900 75

Результаты испытаний разработанной аппаратуры подтвердил! правильность выбранных решений при разработке ее структуры,^ струкции и отдельных функциональных узлов.

В четвертой,заключительной главе приведены результаты т тодического обеспечения аппаратуры СИ0М,в котором подчеркнута специфика настройки и работы с аппаратурой, приведены разрабо1 тые автором палетки для определения по данным СИОМ радиальной осевой удаленности Ш, их диаметра и длины, приведены примеры ределения этих параметров у ЫП сложной формы на моделях и на скважинном материале.

Методическое обеспечение аппаратуры СИОМ включает методик настройки и калибровки аппаратуры, методику проведения работ е скваклне и методику интерпретации регистр!фуемых данных.

Методика общей настройки и калибровки аппаратуры СИ0М,реа лизуется с помощью тест-катушки с реактивной и активной вставк ^предназначенными для проверки настройки каналов I и П аппар аура на регистрацию соотвэтствуюцкх компонент Э.Д.С. сигнала з да, а также алюминиевого я стального тест-кслец. Информация, р гкстгмгруемая зсндом СЛОМ по Ш, 1У и У каналам носят вопсмога-те."»ьныК характер. При кнт-^рпретации пслученных по этим канала!.!

фотажньгх кривых анализируется только форта аномалий и прежде ;его привязка экстремумов по глубине, а амплитуды аномалий при зработке материалов не используются. Поэтому настройка и калиб-звка по этим каналам сводится к регулировке чувствительности 5льванометров, регистрирующих эти кривые.

Рекомендации по проведению работ в скважинах включают в ;бя описание всех ситуаций,в которых с помощью СИОМ можно полу-»ть полезную информацию. Это прежде всего:работа внутри обсад-хх, бурильных и прочих труб с внутренним диаметром, превышающим гаметр прибора, работа в открытом стволе при боковом гли.осевом ^положении ббьекта поиска. Даны указания ей использовании рзжя-! номинальной и пониженной мощности (1/3 номинальной) при рабо-1 с тепи или иними объектами поиска. Отмечена целесообразность сложных ситуациях, проведения регистрации как при спуске прибо-

Тяк

¡^и" при подъеме. Обращено внимание на то,что изменен:« сигналов, ¡блэдаемых на экране электронно-лучевого осциллографа,поззолят гератору уверенно обнаруживать МП, а по предварительной калиб->Еке амплитуды и фазы (снятие амплитудно-фазового портрета МП, ¡ляющегося объектом поиска, по его копии,практически всегда имеются на поверхности) и идентифицировать его без проявления фото-(териалов. Возможно подключение для этих целей звукового анали-[тора в виде бытового магнитофона.

Методика интерпретации данных СИОМ включает: описание харак-:рных кривых, регистрируемых по основным каналам I и П аппарату-[, т.е. реактизной и активной (соответственно) компонент Э.Д.С. [гнала зонда, правила снятия существенных значений с указанных 1иеых, определенна положения верхнего торца Ш и магнитных юйств, палетки для определения длины и площади поперечного сече-и, радиальной или осевой удаленности.

Рассмотренные в главе примеры интерпретации эксперименталь-к кривых реактивной и активной компонент Э.Д.С. з целом подтвер-

дили правильность сформулированных методических приемов по обра ботке данных СИОМ применительно даже к таким сложил Ж, как от резок легкосплавной бурильной трубы (ЛЕГ) со стальной соедините ной муфтой. В то же время отмечено,что из-за сложности конфигус

ных значений аномалий и, соответственно, их обработка в ряде м чаев могут оказаться затруднительными. Поэтому при наличии инфс мации о том,что находящийся в скважине искомый МП имеет сложную конфигурация или состоит из нескольких разнородных частей, целе сообразно перед началом скважинных работ провести модельные рас ты на поверхности с МП с аналогичной искомому геометрией и пос: роить соответствующие кривые реактивной и активной компонент Э.Д.С. Подробный анализ этих кривых позволит уточнить разрабо1: ные методические приёмы применительно к конкретному объекту и конечном итоге повысит эффективность использования аппаратуры ( при проведении аварийных или профилактических работ на скважин;

В итоге теоретических и экспериментальных исследований,от но-кскструкторских и опытно-методических работ разработана апп. тура скважинного индукционного определителя металла СИОМ в дв, модификациях ОМ—200I.Í и 0''-25ОМ, обеспечивающая регистрацию pea и активной компонент Э.Д.С. в измерительной цепи зонда,сигнал локатора магнитного металла и тока излучающей катушки зонда пр давлении на забое до 170 МПа и температуре до 250°С и методиче кое обеспечение,включающее: методику настройки и калибровки ап ратуры, г.еттдику проведения работ в скважине и методику интерп тации регистрируемых данных с соответствующим комплектом палет В х^де выполнения настоящей работы решены следующие задач _ решена и реали_ лзана в виде алгоритма и програмш задач

таких объектов снятие существе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

поле верттгкального низкочастотного магнитного диполя, расположенного вблизи бесконечного кругового цилиндра высокой проводимости и параллельного его оси в однородней изотропной проводящей среде;

- выбраны и обоснованы тип,структура и рабочая частота зонда, для которого на теоретической модели установлено,что показания ор-тооональных компонент его сигнала в однородной среде с См/м не зависят от параметров проводящей среды и тем самым доказана возможность физического моделирования специфических задач СИОМ в лабораторных условиях с высокой достоверностью;

- разработана и реализована модельная установка,с помощью которой изучена форма аномалий на кривых реактивной и активной компонент Э.Д.С. в измерительной цепи зонда протиз МП из алюминия и стали различных размеров и геометрии, определены характерные точки аномалий, сформулированы правила снятия существенных значений параметров аномалий, изучены зависимости этих параметров от местоположения, .магнитных свойств, длины, сечения и удаленнозая металлических предметов;

- разработан способ компенсации влияния на прямое поле индукционного зонда металлических деталей охранного корпуса.позволявший довести дальность обнаружения металлических предметов,расположенных соосно с прибором (торцевую чувствительность), до 70 см путем расположения измерительной катушки зонда непосредственно у металлического конца прибора;

- разработан чувствительный амплитудно-частотный преобразователь екзажинного прибора с компенсацией температурной нестабильности путем сброса лишнего тока, позволивший минимизировать электронную схему и в итоге обеспечить работоспособность сквалыжного прибора до температуры 250°С без ограничения вреиени работы;

- разработана методика интерпретация данных СИОМ, которая обеспечивает определение иестойолсжения верхнего торца металлического

предмета, чёткое разделение металлических предметов или их частей на магнитные(сталь) и немагнитные(алюминий).определение длины металлических предметов,площади их поперечного сечения и удаленности от скважинного прибора:радиальной -до 80 см.осевой-до 70 см;

- рассчитанная величина годового экономического эффекта от изготовления и внедрения одного образца аппаратуры и методики составит 38,9 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Определение геофизическими методами местоположения в скважине немагнитных металлических предметов "Совершенствование методов, аппаратуры и технологии геофизических исследований,испытаний и контроля нефтегазоразведочных скважин":Сб.НПО "Союз-промгеофизика".-М.:Недра, 1987.- 4 с(совместно с Каган Г.Я., Санто К.Л.).

2. Математическое моделирование прямых задач для определения металлических предметов в скважине. "Автоматизированная обработка данных геофизических и геолого-технических исследований нефтегазоразведочных скважин и подсчёт запасов нефти и газа с применением ЭЗМ:Сб. НПО "Союзпромгеофизика".-Калинин,1989,-4 I (совместно с Вержбицким В.В., Комельковой Л.А.).

3. Использование градуировки определителя металла для оцен ки радиальной удаленности металлических предметов в скважине."Н вые компьютизированные аппаратурно-ыетодические комплексы и апп ратура для исследования нефтегазоразведочных скважин":Сб. НПО "Союзпромгеофизика"- г.Тверь, 1990 г.-4 с(совместно с Санто К.Л Комельковой Л.А.).

4. Определение геофизическими методами интервалов фрезеров; ния бурильного инструмента,состоящего из немагнитных бурильных 15 соединенных стальными муфтами."Новые компьютизированные аппарат-

э-методическив комплексы и аппаратура для исследования нефтега-Э'оразведочных скважин": Сб.,ст.НПО "Союзпромгеофизика".-г.Тверь, Э90г.- 4 с (совместно с Каган Г.Я., Санто К.Л.).

5. К вопросу об определении местонахождения металлических эедметов в скважине. Тезисы доклада на конференции молодых ученых

специалистов НПО "Союзпромгеофизика",г.Калинин, 1987г.- 2 с совместно с Комельковой Л.А.).

6. A.C. I3I3200 СССР. Скважинный.определитель металлов совместно с Санто K.JI., Каган Г.Я., Исмагилов Д.Ф.). Заявл.27.06. эг., не подлежит опубликовании.