К оглавлению

С научно-практической конференции "Компьютеризированные технологии ГИС" (г. Тверь, 27-30 мая 1996 г.)

В аппаратурно-методическом комплексе "ГОРИЗОНТ" еще на стадии разработки были предусмотрены меры по обеспечению заданных метрологических показателей.

АМК "ГОРИЗОНТ" состоит из скважинного прибора, глубиномера, датчика нагрузки талевого каната, устройства сопряжения, персонального компьютера (386, 486), матричного принтера и вспомогательного оборудования.

Комплексный скважинный прибор позволяет измерять и регистрировать в автономном блоке памяти параметры КС (три симметричных градиент-зонда), тока зондирования, ПС, ГК, НГК и инклинометрии. Конструктивно измерительные схемы скважинного прибора выполнены в виде семи унифицированных модулей: НГК, ГК, электрического каротажа, инклинометра, центрального процессора, устройства регистрации и батареи питания. Все модули объединены общей шиной питания, управления и обмена данными. Каждый измерительный модуль метрологически аттестован и в процессе эксплуатации аппаратуры может быть заменен на аналогичный запасной модуль.

Методы ГК и НГК имеют одну и ту же аппаратурную реализацию. Высоковольтный преобразователь обеспечивает заданное напряжение на ФЭУ, стабильность которого обеспечивается дополнительным стабилизатором напряжения на входе преобразователя, охваченным отрицательной обратной связью по выходному току через делитель ФЭУ. Порог срабатывания амплитудных дискриминаторов выбирается по энергетическому уровню 50 - 60 кэв. Поскольку модули ГК и НГК имеют отдельные счетчики, в АМК "ГОРИЗОНТ" сведены к минимуму потери импульсов за счет мертвого времени и взаимного влияния каналов. В скважинном приборе установлен постоянный интервал накопления импульсов ГК и НГК, равный 2 с, по истечении которого информация со счетчиков переписывается в блок памяти. Оба канала калибруются с помощью радиевого эталонного источника гамма-квантов активностью 1 мг.-экв. Ra. В результате калибровки устанавливается соответствие данных измерений ГК и НГК в одних и тех же физических единицах измерения гамма-излучения, что позволяет вносить поправки в НГК за влияние естественной радиоактивности. Данные калибровки запоминаются и используются при обработке информации.

Для определения коэффициентов пористости для НГК по методу Монте-Карло рассчитаны палеточные зависимости, которые скорректированы на стандартизированных моделях пористости диаметром 196 мм. К сожалению, из-за больших расстояний между месторождениями не всегда имеется возможность работать с одним и тем же источником нейтронов. Поэтому на каждом конкретном месторождении по известным опорным пластам устанавливается связь между показаниями НГК и значениями пористости, а затем с использованием палетки определяются промежуточные значения пористости по методу двойного разностного параметра. С целью корректировки расчетных зависимостей и периодической калибровки скважинного прибора АМК "ГОРИЗОНТ" разработаны и находятся в стадии изготовления образцы водонасыщенной пористости горных пород. Это чистый известняк со скважиной 216 мм. Для проведения измерений зонд НГК устанавливается в образцах горизонтально на роликах, вход в образцы уплотняется, скважина в мраморе и емкость заполняются водой.

Измерение параметров электрического каротажа (три зонда КС, ПС и ток зондирования) производится с помощью одного и того же усилителя, амплитудного синхронного детектора и АЦП. Для этого генератор зондирующего тока поочередно подключается к соответствующим электродам А и В одного из трех электрических зондов, а вход усилителя - к измерительным электродам М и N. Усиленное входное напряжение с помощью АЦП преобразуется в цифровой код и регистрируется в блоке памяти. АЦП выполнен по схеме двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля и коэффициента преобразования, в связи с чем во всем диапазоне рабочих температур обеспечивается постоянная погрешность измерения, не превышающая 1 - 2 младших разрядов. Цикл измерения всех параметров равен 2 с. Аналогичным образом измеряется и ток зондирования. Благодаря этому значения кажущихся сопротивлений, пропорциональные отношению измеренных напряжений к току зондирования, не зависят от изменения величины тока зондирования, параметров усилителя и температуры окружающей среды. По каждому каналу при метрологической аттестации определяются коэффициенты чувствительности на один разряд, которые запоминаются и затем используются при обработке информации. Для определения удельного электрического сопротивления используются палетки, рассчитанные с учетом реальных зондовых установок с кольцевыми электродами на базе симметричных градиент-зондов А0.85М0.25N0.85В и Al.85M0.25N1.85В. За счет использования таких зондов обеспечивается симметричность кривых КС и высокая разрешающая способность. В благоприятных условиях, когда удельное электрическое сопротивление породы в 50 -100 раз превышает удельное сопротивление промывочной жидкости и отсутствует зона проникновения, определяется диаметр скважины. АМК "ГОРИЗОНТ" позволяет измерять удельное электрическое сопротивление породы от единиц до тысяч Ом•м при удельном сопротивлении промывочной жидкости от 0.03 до 8 Ом•м. Это становится возможным в связи с тем, что диаметр скважинного прибора максимально приближен к диаметру скважины. По характеру кривых, значению удельного сопротивления породы и расчленяющей способности используемые зонды аналогичны зондам ИК в низкоомном терригенном разрезе и зондам БК в высокоомном карбонатном разрезе. С целью количественного определения параметров зоны проникновения прорабатывается возможность включения в скважинный прибор АМК "ГОРИЗОНТ" резистивиметра и каверномера.

С целью повышения точности измерения ПС напряжение постоянного тока вначале преобразуется в напряжение переменного тока, которое поступает на вход усилителя, затем, аналогично КС, с помощью АЦП преобразуется в цифровой код. Благодаря этому устраняется смещение уровня ПС во времени и от температуры, которое неизбежно возникает при использовании усилителей постоянного тока. Следует отметить, что при измерении ПС автономным скважинным прибором отсутствуют электрические помехи, с которыми приходится бороться в стандартной кабельной аппаратуре. Для уменьшения влияния электродных потенциалов на ПС используются свинцовые измерительные электроды. Чувствительность канала ПС определяется при подключении на вход измерительной схемы эталонного источника напряжения. Результаты калибровки запоминаются и используются при обработке информации.

При проводке горизонтальных скважин первостепенное значение имеют точные инклинометрические измерения. Если погрешность измерения зенитного угла составляет 0,5 градуса, то при длине горизонтальной части скважины 300 м ошибка в абсолютной отметке забоя достигает 3 м, что во многих случаях превышает проектный коридор для траектории скважины. Для скважин с отходом 500 -1000 м требования к инклинометрии еще выше. В связи с этим для АМК "ГОРИЗОНТ" был разработан инклинометр, параметры которого соответствуют мировым стандартам (погрешность измерения зенитного угла - не более 6 минут, азимута - 0,5 градуса).

Инклинометрический датчик диаметром 25 мм длиной 400 мм выполнен на базе жестко закрепленных акселерометров и феррозондов, установленных в трех взаимноортогональных плоскостях. Благодаря отсутствию подвижных элементов в инклинометрическом датчике появилась возможность непрерывных инклинометрических измерений в процессе перемещения скважинного прибора. Для исключения инструментальных погрешностей датчика и разброса параметров акселерометров и феррозондов было разработано методическое и программное обеспечение. В результате метрологической аттестации инклинометра определяются углы перекоса установки акселерометров и феррозондов относительно базовых плоскостей, смещение нуля и их коэффициенты чувствительности. Эти параметры для каждого модуля инклинометра регистрируются в компьютере и используются только при обработке информации, в связи с чем существенно упрощается скважинная часть инклинометра. В скважинном приборе регистрируются лишь три компонента вектора силы тяжести и три компонента вектора магнитного поля Земли. В инклинометре используется оригинальный цифровой способ измерения магнитного поля, который существенно превосходит по точности и стабильности характеристик широко распространенные схемы обработки на второй гармонике.

С целью устранения влияния буровой колонны на результаты измерения азимута над скважинным прибором необходимо устанавливать немагнитную бурильную трубу длиной порядка 12 м.

Сравнение данных инклинометрии, полученных с помощью АМК "ГОРИЗОНТ" в горизонтальных скважинах Западной Сибири, Татарии и Оренбургской области, с аналогичными данными, зарегистрированными различными инклинометрами на кабеле и телеметрическими системами, показывает, что наилучшее совпадение наблюдается с зарубежными телесистемами, имеющими аналогичные инклинометрические датчики. Отклонения в измерении зенитного угла в большинстве случаев не превышают 10 - 15 минут.

Геофизические измерения должны быть привязаны к глубине скважины. В автономной аппаратуре, спускаемой на бурильных трубах, из-за отсутствия канала связи невозможно регистрировать информацию в функции глубины. Используется метод двух хронометров, основанный на синхронном измерении в функции времени параметров в скважинном приборе и его перемещений в наземном устройстве регистрации.

В целях экономии источников питания и информационного объема устройства регистрации скважинный прибор включается в режим измерения только после спуска до интервала исследований. Для этого используются электронные таймеры с кварцевой стабилизацией частоты в скважинном приборе и в наземном устройстве сопряжения. Перед спуском скважинного прибора по команде с компьютера синхронно запускаются оба таймера, которые установлены на время, необходимое для спуска скважинного прибора и промывки скважины. По истечении заданного времени дальнейшие измерения параметров в скважинном приборе и его перемещений на поверхности проводятся с дискретностью в 2 с. Все перемещения скважинного прибора измеряются с помощью глубиномера, установленного на успокоителе талевого каната. Для исключения холостых пробегов талевого блока при наращивании бурового инструмента используется датчик нагрузки, установленный на неподвижном конце талевого каната. При перемещении бурового инструмента со скважинным прибором в компьютере с учетом направления движения регистрируются метки глубины, вырабатываемые глубиномером. Участки стоянок автоматически исключаются из диаграмм при дальнейшей обработке.

Для калибровки глубиномера производится контрольный замер интервала глубины в пределах одной свечи (25 м) и числа меток глубиномера. Полученная цена метки глубины используется в дальнейшем для привязки информации к глубине скважины. Разрешающая способность глубиномера - около 3 мм перемещения буровой колонны. Поскольку растяжение стального бурового инструмента длиной 2000 м не превышает 1 м, а калибровка глубиномера производится при реальной нагрузке, то погрешность привязки информации по глубине в интервале исследования оказывается не более 0,1%.

Следует отметить, что в комплексном скважинном приборе все расстояния между измерительными зондами и датчиками строго фиксированы, поэтому получаемые диаграммы всегда увязаны между собой. Благодаря этому при сопоставлении материалов ГИС, зарегистрированных АМК "ГОРИЗОНТ" и стандартной кабельной аппаратурой, выявляется сдвиг по глубине в диаграммах, полученных кабельной аппаратурой, который иногда достигает 10 - 12 м. В ряде случаев при измерениях комплексами "Горизонталь" наблюдаются искажения типа "гармошка", т.е. диаграммы различных методов в разных интервалах глубин имеют разнополярные смещения по глубине.

В настоящее время разрабатываются временные методические указания и инструкции по поверке АМК "ГОРИЗОНТ", которые будут представлены на утверждение в ЕАГО.