Курсовая работа: Применение модулей геофизических исследований скважин и методика обработки данных в процессе бурения
Проблемой создания телеметрических систем для контроля забойных параметров начали заниматься в мире в середине 1940-х гг. В основном эти работы проводились в США на уровне выполнения поисковых работ. Уже в начале 1950-х гг. были созданы опытные образцы телесистем с гидравлическим каналом связи забой - устье для измерения кажущегося удельного сопротивления проходимых горных пород. В дальнейшем проводились поисковые работы по разработке телесистем с проводным и электромагнитным (беспроводным) каналами связи, однако наибольшее распространение за рубежом в практике бурения получили телесистемы с гидравлическим каналом связи, хотя они имеют существенные недостатки по отношению к качеству бурового раствора, а так же к работе бурового насоса и бурового оборудования. В отечественной практике бурения получили телесистемы с электромагнитным каналом связи, хотя и телесистемы с электромагнитным каналом имеют свои недостатки, на передачу сигнала сильно влияют и высокоомные, и низкоомные пласты.
2.2.2 Акустический канал связи
Системы с акустическим каналом связи используют звуковые колебания, распространяющиеся в скважине по промывочной жидкости, колонне бурильных труб или окружающей породе. Соответственно этому они подразделяются на три вида: гидроакустические, акустомеханические и сейсмические.
Из трех видов ЗТС с акустическим каналом связи сейсмические системы применяются пока только для пассивного контроля координат забоя. Из-за недостаточной точности определения положения забоя (десятки метров) они еще находятся на стадии научных и экспериментальных исследований.
Сложность и многообразие свойств гидроакустического канала в скважине обусловили его слабую изученность. До настоящего времени ЗТС с гидроакустическим каналом связи на практике не использовались. Одной из центральных проблем в создании гидроакустического канала является разработка низкочастотного (до 100…200 Гц) излучателя, способного эффективно возбуждать колебания внутри колонны бурильных труб в скважине.
В 1993 гг. в Акустическом институте им. акад. Н. Н. Андреева по заданию ЗАО НПК "Геоэлектроника сервис" в рамках НИР "Скважина-ЗТС" и НИР "Горизонталь" была разработана экспериментальная аппаратура передачи информации (АПИ) по гидроакустическому каналу в скважине для забойной телеметрической системы ЗТС - ГАК (Научный руководитель - Д. П. Фролов). Система ЗТС - ГАК предназначалась для нахождения параметров ориентации ствола наклонно направленной или горизонтальной скважины, а также сервисных параметров, отражающих условия ее работы непосредственно в процессе бурения.
В 1998 г. по предложению НПК «Геоэлектроника сервис» экспериментальный образец аппаратуры для передачи информации по гидроакустическому каналу связи АПИ был модернизирован. Проведены скважинные испытания АПИ совместно с филиалом «Оренбурггаз» на одной из бурящихся скважин Оренбургского месторождения. Акустические сигналы принимались без прокачки раствора с глубины 1000 м, с прокачкой – с глубины 200 м. Предварительно установлено, что каналом передачи информации, помимо промывочной жидкости, могла быть и сама бурильная колонна. В целом результаты разработки и испытаний экспериментального образца аппаратуры АПИ показали, что гидроакустический канал может быть использован как высоконадежное и недорогое средство связи, в частности, в ЗТС с комбинированным каналом.
Среди зарубежных телесистем практически не встречаются телесистемы с акустическим каналом связи, однако в настоящее время фирма Schlumberger предложила передачу акустических сигналов в процессе бурения скважин (заявка Великобритании № 2357527). Характерной особенностью предлагаемой телесистемы является ее независимость от параметров бурового раствора, так как акустический сигнал распространяется по трубам и только на дневной поверхности он трансформируется в электромагнитные колебания. Устройство включает в себя полую штангу, на которой располагаются датчики, помещенную в буровую трубу и связанную с ней с помощью механических и электрических контактов.
2.2.3 Телесистемы с гидравлическим каналом связи
Широкое распространение гидравлического канала связи для передачи информации вызвано следующими его преимуществами:
- гидравлический канал связи является естественным каналом связи, так как в нем в качестве канала связи используется столб бурового раствора в бурильной колонне, а следовательно, не требуется дополнительных затрат на организацию канала связи;
- гидравлический канал связи обладает большой дальностью действия.
Первые телеметрические системы, разработанные в начале 1960-х гг. во ВНИИБТ, представляли собой механические устройства, привод которых был конструктивно связан с валом турбобура. К таким телеметрическим системам относятся гидротурботахометры ГТН-2, ГТН-3, ГТН-4, ГТН-ПН, ИЧТ, которые в то время являлись единственными телеметрическими приборами, обеспечивающими непрерывный телеконтроль режима работы турбобура. Гидротурботахометры успешно использовались как при бурении опорно-технологических скважин и обычных скважин, так и при бурении сверхглубоких скважин (Кольская сверхглубокая СГ-3 и Саатлинская СГ-1).
Первая в нашей стране более совершенная телеметрическая система с гидравлическим каналом связи для наклонно направленного бурения под названием СНБ (сигнализатор направления бурения), а затем ГИТ (гидравлическая инклинометрическая телесистема), позволяла осуществлять контроль за азимутом, зенитным углом и направлением действия отклонителя.
С 1982 г. началось широкое внедрение усовершенствованного варианта телесистемы под шифром «Индикатор частоты вращения вала турбобура ИЧТ» в производственных объединениях Белоруснефть, Ноябрьскнефтегаз, Укрнефть Сургутнефтегаз, Каспморнефтегазпром. При применении «Телесистемы ИЧТ» были получены высокие показатели бурения: достигнуто увеличение механической скорости и проходки на долото по Западной Сибири.
В настоящее время разработкой телесистем с передачей информации по гидравлическому каналу связи занимается НИИ ТС «Пилот» (г. Уфа), которому удалось создать экспериментальный образец телесистемы, осуществляющей контроль процесса бурения.
За рубежом в области каротажа в процессе бурения наиболее успешно работают фирмы Schlumberger, Halliburton (США), Sperry-Sun (Великобритания), Baker Hughes, Teleco, Eastman Cristensen (США), Эти фирмы в конце восьмидесятых годов разработали и используют телесистемы MWD с гидравлическим каналом связи, позволяющие осуществлять оперативный контроль за траекторией скважин путем измерения инклинометрических параметров, некоторых технологических и в ряде случаев ГК и КС
В настоящее время зарубежные фирмы разрабатывают и предлагают системы LWD с гидравлическим каналом связи с набором методов, не уступающим системам каротажа на кабеле. Как правило, эти системы состоят из отдельных модулей, каждый из которых имеет ЗУ в скважинном приборе, позволяющее запоминать скважинные данные во время работы прибора. Кроме того, информация о пластах передается в реальном времени по каналу связи на поверхность. В настоящее время разработаны и широко используются системы с так называемыми «положительными» и «отрицательными» импульсами. Их отличиями является то, что при «положительных» импульсах (рис.2.2) происходит перекрытие внутритрубного пространства клапаном, что приводит к повышению внутритрубного давления, этот всплеск (на 0,7сек) давления и является импульсом основного сигнала, который фиксируется датчиком давления, установленным в манифольд, а далее наземной аппаратурой входящей в комплект телесистемы. В случае с «отрицательными» импульсами (рис.2.3), клапан открывается и выпускает буровой раствор в затрубное пространство, и при этом происходит падение (на 0,7сек) давления. Регистрация импульса происходит таким же образом.
Актуальным и перспективным направлением деятельности зарубежных фирм стала разработка систем «геонаправления», при которых выбор и корректировка траектории скважины производится на основе геологических данных о пласте, полученных в реальном времени. В таких системах измерительные датчики располагаются вблизи от долота, в отличие от систем предшествующего поколения, где датчики отстоят от долота на 9…30 м.
Примером таких телесистем является новый прибор MWD фирмы Halliburton Strata Tracher (ТМ), первый в промышленности малогабаритный прибор, измеряющий гамма-излучение с азимутальным сканированием и отклонение на долоте, динамическую и статическую инклинометрию и измерение скорости вращения долота. Измерения датчика обрабатываются до передачи через “короткую линию” на отдельный модуль, расположенный в КНБК над двигателем. Передача производится по электромагнитному каналу связи. Верхний модуль соединяется с высокоскоростным инклинометром PathFinder™ для передачи данных на поверхность в реальном масштабе времени по гидравлическому каналу связи.
Фирма Baker Hughes INTEQ также обладает более чем пятнадцатилетним опытом в проведении MWD в любых буровых условиях на месторождениях по всему земному шару, имеет в своем распоряжении полную серию систем MWD как для контроля направления, так и для оценки пласта, рассчитанных на температуру 125…150°С и давление 140 МПа: навигационные приборы MWD малого диаметра Teleco Navigamma и Teleco Navitrac, навигационные приборы MWD большого диаметра - Navigator, Teleco DDG и DG, приборы для проведения каротажа в процессе бурения Teleco MDL, MNP и DPR, образующие комбинированный прибор Triple Combo, а также прибор, сочетающий навигационную систему Navitrac с измерением сопротивления - NaviMPR и прибор Teleco RGDä для измерения удельного электрического сопротивления в комбинации с измерением инклинометрических параметров и ГК.
Фирма Schlumberger также рекламирует новый прибор Slim Access, транспортируемый на трубах в повторно разбуриваемую скважину диаметром 95 мм с резкими изменениями направления ствола величиной 40 град. 30 м. применение этого прибора сэкономило фирме Albert Energy Co. суточное время при каротаже трудного участка скважины ниже колонны бурильных труб с открытыми концами.
Одним из примеров технических решений по совершенствованию гидравлического канала связи является заявленный фирмой Schlumberger помехоустойчивый генератор интенсивных импульсов давления для системы MWD. В системе обеспечивается максимизация интенсивности сигналов при минимальной вероятности искажений сигналов, обусловленных частицами, взвешенными в буровом растворе. В системе используется модулятор, содержащий статор с отверстиями, через которые протекает