2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ
Геофизические исследования ГС в процессе бурения подразделяются на:
- инклинометрические (измерение траектории ствола ГС);
- геолого-технологические исследования (ГТИ);
- геофизические (выполнение комплекса ГИС).
К их проведению предъявляется целый ряд специфических требований, отсутствующих при проведении геофизических исследований в вертикальных и наклонно-направленных скважинах [42].
Измерения траектории ствола ГС могут проводиться как в процессе бурения скважины с помощью телеизмерительных систем, встраиваемых в буровой став, так и доставляемых на забой при очередной остановке бурения автономными или кабельными инклинометрами [47, 39, 79, 30, 70,72].
Бурение горизонтального и наклонно-направленного участка скважины «вслепую» приводит к необходимости эпизодического или постоянного исправления траектории, а порой и перебуриванию уже пройденных участков ствола.
Поэтому измерения в процессе направленного бурения с помощью телесистем, являющихся частью бурового инструмента, является экономически целесообразным.
Точность измерений такими системами должна быть такой, чтобы обеспечить попадание в технологический круг или войти в продуктивный пласт на необходимой глубине и пройти по пласту на проектную протяженность. При этом необходимо исключить попадание ствола в водонасыщенную часть продуктивного пласта, что сведет на нет эффект от горизонтальной скважины, а также исключить выход из продуктивной части пласта.
С одной стороны, это может быть обеспечено системами с точностью измерений зенитного угла не хуже 0,25, а лучше 0,1. Требования к измерению азимутального угла могут быть ослаблены при проводке горизонтальных скважин и должны быть не хуже 0,25 при бурении разветвленно-горизонтальных скважин.
Если мощность (толщина) однородного продуктивного пласта составляет 4-5 м, необходимо проводку горизонтального участка скважины сопровождать пеленгаторами границ пласта, возможно применение ГТИ.
Например, к инклинометрическим исследованиям при бурении ГС в маломощных пластах предъявляются повышенные требования обеспечения точности проводки скважины, особенно ее горизонтального участка в пределах 0,5 - 1,0 м.
Как правило, наряду с управлением траекторией и привязкой текущих координат к геологическим реперам ствола бурящейся скважины, необходимо контролировать технологические параметры режима бурения не только по данным измерений наземными измерительными приборами (механическая скорость бурения, давление на стояке, параметры бурового раствора на входе и выходе из скважины и др.), но и по показаниям забойных измерительных устройств.
К геолого-технологическим исследованиям ГС каких-либо особых требований, как правило, не предъявляется, однако весьма желателен непрерывный контроль за движением по продуктивному пласту, для чего могут быть применены системы раннего обнаружения газопроявления с помощью гидроакустических методов [11, 12].
Геофизические исследования в процессе бурения ГС должны проводится без искажения геофизических полей, т.е. в методическом отношении геофизические измерения в ГС должны быть адекватны аналогичным измерениям в вертикальных и наклонно-направленных скважинах. При этом должны быть учтены особенности конструкций измерительных устройств и технология выполнения исследований.
Еще более усложняются технологии проведения измерений в горизонтальной части ствола работающей скважины, так как при неподвижных НКТ нужны нестандартные средства доставки измерительного комплекса в интервал исследования ГС.
2.1.Забойные телеметрические системы, принципы их построения и классификация
Забойные телеметрические системы (ЗТС) для измерения в процессе бурения начали развиваться для получения данных, без которых вообще невозможно построить горизонтальную скважину. Это данные о траектории ствола такого объекта.
Геофизики в первые годы освоения горизонтального бурения переделывали традиционные инклинометры, и сначала закачивали их потоком ПЖ на забой, после проходки 20-30 метров ствола, потом научились спускать их на кабеле, переводя его в затрубье, а с появлением бескабельных систем с гидравлическими, электромагнитными и другими каналами связи стали включать их в состав бурильной колонны (в диамагнитной трубе) и получать данные в реальном масштабе времени о текущих координатах ствола ГС. По терминологии, существующей за рубежом, их назвали системой MWD (Measurement while drilling — измерения в процессе бурения).
Усложнение задач по проводке ГС, когда кроме инклинометрических параметров в процессе бурения нужно было получать данные о технологических параметрах (нагрузка на долото, число его оборотов„ давление, температуре на забое и др.), системы MWD были оснащены и этими датчиками. В последние годы фирмы-разработчики поняли, что получение только инклинометрической и технологической информации не гарантирует проводку ствола в заданную цель. Для этого были необходимы сведения о геологической ситуации - о реперах-маркерах, способных «привязать» траекторию к конкретной геологической ситуации и провести ствол в наиболее рациональном «коридоре». Так в составе MWD-снстемы появились геофизические зонды, сначала естественного гамма-каротажа (ГК), а затем и зонды для измерения электрического сопротивления горных пород (токовый каротаж, боковой каротаж).
Трудно проследить эти хронологические метаморфозы с MWD-системами, но на этом они не закончились, и появилось сведения [91, 92, 109, 110, 116 и др.] о появлении в их составе, кроме перечисленных, еще и зондов нейтронного, плотностного, акустического электромагнитного каротажа.
Прежде чем классифицировать существующие ныне системы нужно достаточно четко ограничить, где кончаются MWD-системы и начинаются LWD. Однозначно договоримся, что MWD-система - это инклинометр либо в чистом виде, либо с одним (ГК) или двумя геофизическими (ГК+БК) и технологическими датчиками, способными «привязать» ствол к геологической ситуации, а LWD-система - комплекс (инклинометрия + зонды РК, ЭК, АК и др.), способный заменить или сократить до минимума промыслово-геофизические исследования после бурения ГС.
Вышесказанное дает представление о принципах построения MWD и LWD-систем, но здесь необходимо договориться о важности и значимости выбранного для той или иной системы канала связи, которые ограничивают полосу пропускания канала и скорость передачи по сравнению с кабельной телеметрией (около 3 бит/с у большинства систем с гидравлическим каналом связи и 50-100 Кбит/с для кабельных систем). Поэтому у всех систем LWD, наряду с достаточно сложной управляющей электроникой, имеются блоки электронной памяти и блоки питания (как правило, литиевые батареи),
Итак, первым критерием, выбранным для классификации, будет отнесение системы к классу MWD либо LWD (вид) с указанием расстояния от точки записи до породоразрушающего инструмента, что очень важно для своевременного принятия различных решений.
Вторым критерием может быть канал связи (способ получения информации с забоя ГС), ограничивающий либо повышающий информационный потенциал системы (подвид).
Третьим критерием является комплекс решаемых системой геолого-технологических задач (группа). В последней графе названы системы, бывшие и находящиеся в эксплуатации в различное время, что дает представление об истории этого вида техники.
Классификационная схема телесистем приведена в таблице 2.1, а, классификационные критерии — в таблице 2.1, б.
Необходимо отметить, что выбор канала связи играет большое значение как в объеме информации, передаваемой в реальном масштабе времени, так и в надежности и эксплуатационных качествах MWD и LWD систем. Преимущества и недостатки систем с различными каналами связи и автономных систем приведены в табл.2.2.
Таблица 2.1а
Классификация ЗТС
№ п/п
|
Признак классифи-кации
|
Характеристика ЗТС
|
1
|
По каналу связи
|
Электрический проводной
|
Гидравлический
|
Передача по бурильным трубам
|
Передача через горные породы
|
Непрерывный
|
Разъемный
|
Смешанное кабельное соединение
|
Излучатель давления высокой частоты и малой амплитуды
|
Излучатель давления низкой частоты и большой амплитуды
|
Упругие колебания, возникающие при работе бурильного инструмента
|
Электромагнитных колебаний
|
Акустических колебаний встроенных вибраторов
|
Акустических колебаний от спектра упругих колебаний долота
|
Электрического тока низкой частоты
|
Радиоволн
|
2
|
По непре-рывности передачи информа-ции
|
Непрерывная
|
При остановках бурения
|
При остановках циркуляции
|
Комбини-рованная
|
3
|
По целево-му назначе-нию
|
Инк-лино-мет-риче-ская
И
|
Технологическая
Т
|
Геофизическая
Г
|
ИТ
|
ИГ
|
ИТГ
|
4
|
По составу первичных преобразо-вателей информа-ции
|
Инклинометрическая (И)
|
Технологическая (Т)
|
Геофизическая (Г)
|
Угол искривления ( )
Азимут искривления () Угол установки отклонителя ()
|
Обороты турбобура (n); давление в трубах и затрубье (Т,З); разница давлений (); темпера-тура в трубах и затрубье (Т,З); разница температур (); нагруз-ка на долото (W); момент на доло-те (MД); напряжения питания (Un)
|
Сопротивление горных пород (r.n) по 1-2 зондам; гамма-активность горных пород(r.n); виброакустический каротаж (ВАК) в виде амплитуды виброускорения; самопроизвольная поляризация горных пород (Uc.n); КНК; ГГПК
|
5
|
По способу представ-ления ин-формации
|
Выносной пульт бурильщика с циф-ровой индексацией
|
Стойка (пульт) бурильщика (оператора) с индексацией, регистрацией и обработкой
|
Специальный лабора-торный отсек с микро-процессорной обработ-кой информации и выдачей данных
|
В составе комплексных компьютери-зированных систем ГТИ и КТИ
|
6
|
По даль-ности пере-дачи ин-формации
|
Большая ( 4,5 км)
|
Удовлетворительная (до 4,5 км)
|
Средняя (до 3,0 км)
|
Малая (до 1,2 км)
|
7
|
По скорос-ти переда-чи инфор-мации
|
Высокая (10 бит/с)
|
Удовлетворительная (до 10 бит/с)
|
Средняя (до 4 бит/с)
|
Малая (0,5-2 бит/с)
|
|
