Рис 3 Схема прямого ориентирования
Страницы 20-26.
Ориентаторы и способы ориентирование применяемые в кернометрии, можно разделить на предназначенные для прямого, косвенного и комбинированного ориентирования. Первые служат для определения пространственного положения нанесенной на керн метки относительно направления на магнитный или географический полюс, а также любого направления, положение которого по отношению к направлению на полюс известно.
Классификация ориентаторов и способов ориентирования в кернометрии
|
Способ ориентирования |
Базовое направление или плоскость |
Техническое устройство, или принцип ориентирования |
|
Прямой |
Направление на магнитный полюс Земли Направление на географический полюс Земли Любое известное направление на поверхности Земли |
Магнитная система (инклинометр): установленная в керноскопе, спускаемая внутрь бурового инструмента или в скважину на забой Гироскопическая система инклинометр) : установленная в керноскопе, спускаемая внутрь бурового инструмента Ориентированный спуск или подъем бурового инструмента |
|
Косвенный |
Апсидальная плоскость |
Уровень жидкости; шарик на поверхности, перпендикулярной к оси прибора, круглый жидкостный уровень; цилиндрический или стержневой отвес; самоориентирование колонковы под действием собственного веса или в искривленной скважине; самоориентирование средства ориентирования керна под действием собственного веса |
|
Комбинированный |
Направление на магнитный полюс и апсидальная плоскость |
Инклинометры, снабженные указателями апсидальной плоскости |
Третья группа включает устройства, которые имеют датчики апсидальной плоскости, азимута и угла наклона скважины.
Все группы могут быть разделены на подгруппы (табл. 3).
Магнитный компас в качестве ориентирующего устройства может быть встроенным в керноскоп или быть автономным, опускаемым к керноскопу в момент ориентирования через колонну труб.
Рис 3 Схема прямого ориентирования
В первом случае (рис. 3, а) начало отсчета (нуль лимба) 3 располагают на одной образующей с маркирующим узлом 1. Шкала 6 компаса располагается против часовой стрелки. Стрелка 4 компаса, подвешенного на осях 5 в корпусе 2, показывает азимут метки.
Во втором случае (рис. 3, б) компасный узел 5 снабжают специальным хвостовиком 6, сочленяющимся с ориентирующей пластиной 3 или стержнем, размещенным в корпусе 2 керноскопа на одной образующей с маркирующим узлом 1. В момент спуска хвостовик 6 сочленяется с пластиной 3 в положении, при котором последняя входит в ориентирующий паз 4. Нуль лимба компаса 5, который располагается на одной образующей с пазом 4, совпадает таким образом с расположением маркирующего узла 1.
Положение стрелки компаса может фиксироваться фотографированием, механическим стопорением, периодическим прижатием к электрическим датчикам с передачей показаний на поверхность, разовым или периодическим прижатием к специальному бланку с прокалыванием на нем меток или нанесением их другим способом.
Поскольку готовые узлы определения направления имеются в приборах-инклинометрах, последние без изменений или с минимальными изменениями применяют в кернометрии. Например, для использования инклинометра по схемам рис. 3 достаточно закрепить рамку прибора в его корпусе так, чтобы начало отсчета совпадало с плоскостью, в которой находится маркирующий узел.
В зарубежной практике применяют фотоинклинометры (наиболее широко фирмы «Истмен»). Из отечественных инклинометров в кернометрии могут использоваться серийный инклинометр МИ-30, инклинометр МТ-1, разработанный в ВИТРе, МИ-42у и МИ-ЗОу, разработанные в ПГО «Востказгеология». Для спуска инклинометров в скважину необходимо применять бурильные колонны ССК или КССК. Если диаметр инклинометров составляет 30 мм, то при бурении неглубоких картировочных скважин можно расточить концы бурильных труб и их соединений до 32 мм. В качестве немагнитного участка колонны используют трубы ЛБТ. Инклинометры МТ-1, МИ-42у и МИ-ЗОу можно применять в качестве встроенных приборов, так как они имеют автономный привод. Инклинометр МТ-1 используют в системах периодического нанесения меток, так как он регистрирует положение чувствительных элементов на 8-мм кинопленку с циклом съемки 2,5 мин.
Если инклинометры снабжены чувствительным элементом (отвес, шарик, круглый жидкостный уровень) для определения положения апсидальной плоскости, то они могут использоваться как устройства для комбинированного определения положения ориентирующей метки на керне, т. е. выдают данные о положении метки относительно апсидальной плоскости, о положении апсидаль-кой плоскости относительно северного направления и о зенитном угле скважины.
В керноскопах применяют и различные встроенные компасные узлы с магнитными стрелками или дисками. В качестве оригинальных решений нужно отметить шарообразные плавающие элементы с размещенным в шаре магнитным стержнем, которые используются в виде встроенного в прибор узла (керноскоп «Казах-стан-59») или сбрасываются через колонну на фиксирующее седло (устройство СГИ).
Применение компасных систем всегда предполагает их расположение в немагнитной среде, т. е. прилегающие к компасу детали необходимо изготовлять из немагнитных материалов, а их размер должен обеспечивать отсутствие влияния на магнитный элемент стальных частей бурового снаряда.
Особый способ использования магнитных элементов — помещение их в пилот-скважину на забое или в вещество, скрепляемое с забоем, фиксирование, а затем выбуривание вместе с керном. Использование в качестве ориентирующего средства гироскопических систем или инклинометров принципиально не отличается от применения компасных систем, хотя и связано с большими техническими трудностями.
Способ ориентированного спуска или подъема бурового инструмента заключается в сохранении заданного на поверхности (или имевшегося перед подъемом) положения базовой нулевой отметки керноскопа путем спуска (подъема) бурильной колонны без поворота труб или с учетом углов поворота. Этот способ крайне трудоемок, неточен и в настоящее время не применяется.
В практике кернометрии в нашей стране средства прямого ориентирования используют редко. Это связано с отсутствием полностью пригодных для кернометрии готовых средств ориентирования, трудностями изготовления ориентирующих узлов силами геологоразведочных организаций, необходимостью применения немагнитных материалов и т. п.
В то же время внедрение таких средств очень важно, так как картировочные скважины и приблизительно 50 % поисковых бурят вертикальными без использования кернометрии. В скважинах, близких к вертикали, средства прямого ориентирования позволили бы во многих случаях повысить точность кернометрии.
При косвенном ориентировании чаще всего применяют ориентаторы, встроенные в керноскоп или соединяемые с буровым снарядом. Могут быть использованы и любые штыревые ориентаторы, применяемые в направленном бурении, но они требуют дополнительного времени на спуск внутрь снаряда.
Рис4 Схема косвенного ориентирования
Среди средств и способов косвенного ориентирования выделяют три основных вида: использование в качестве фиксаторов положения апсидальной плоскости уровня жидкости, шарика, располагаемого на поверхности, перпендикулярной к оси прибора, и отвесов разных конструкций.
Известно применение плавиковой кислоты и медного купороса в качестве жидкостей, оставляющих след своего уровня соответственно на стенках стеклянного сосуда или стального очищенного стержня, в устройствах для определения зенитного угла скважин. Электролитический раствор медного купороса использовали в приборах для определения азимута по методу ориентированного спуска бурового снаряда. Положение апсидальной плоскости в этих устройствах (рис. 4, а) совпадает с плоскостью, проходящей через длинную ось эллипса 1 следа жидкости на измерительном стержне или сосуде и ось прибора. Если на стержне 2 имеется нулевая метка 3, расположенная по одной образующей с отметчиком 4 керноскопа, то можно измерить апсидальный угол керноскопа фк от нулевой отметки до верхней точки эллипса или угол фо.м от нижней точки эллипса до нулевой отметки в зависимости от принятой в конкретном случае системы отсчета. В отличие от измерений зенитного угла для апсидального угла не требуется вводить поправку на капиллярные свойства жидкостей, так как положение плоскости симметрии эллипса остается постоянным при изменении угла наклона стержня и его размеров.
В отечественной практике применяют в основном устройства с медным купоросом, так как это более безопасно, технологические возможности таких устройств шире, а точность не хуже, чем при использовании плавиковой кислоты. Оригинальный способ применения уровня жидкости в кернометрии предложен В. М. Сорокоумовым и Д. М. Ващуком (1981 г.). Он заключается в том, что маркирующую жидкость специального состава с красителем заливают в нужный момент непосредственно в скважину, после чего должен остаться след уровня жидкости на колонковой трубе и керне. Керн сразу становится ориентированным.
Шариковые ориентаторы (рис. 4, б) представляют собой шар 4, расположенный на плоскости 3 или тороидной поверхности (в желобе), перпендикулярной к оси прибора. В наклонном положении шар скатывается в нижнюю точку. Плоскость, проходящая через шар и ось прибора, является апсидальной. Шар фиксируют при нанесении метки на керн, определяют апсидальный угол керноскопа фк по углу между шаром и нулевой меткой 2, соответствующей положению отметчика ). В керноориентаторах для ориентированного отрыва керна угол не измеряют, а переносят положение шарика на керн после его подъема.
В круглых жидкостных уровнях пузырек при наклоне смещается в апсидальной плоскости. Фиксирование возможно только фотографированием.
Цилиндрические отвесы (рис. 4, в) включают цилиндр / или сектор цилиндра с эксцентрично расположенным грузом 2. Цилиндр укреплен на одной или двух осях 3. В наклонном положении груз всегда располагается внизу, и центр его тяжести находится в апсидальной плоскости. В одноточечных механических системах цилиндр снабжают шкалой, по которой отсчитывают угол керноскопа непосредственно или с фотоснимка. В электрических системах, например в ориентаторе «Курс», по окружности располагают реохорд, к которому прижимается щетка. Данные о величине апсидального угла получают на поверхности.
Стержневые отвесы (рис. 4, г) представляют собой стержень 2, верхний конец которого подвижно закреплен в подвеске 1, в результате чего стержень под действием силы тяжести занимает вертикальное положение или стремится его занять, располагаясь при этом в апсидальной плоскости. Нижний конец штыря снабжают отметчиком 3 или электроконтактом, что позволяет получить метку в апсидальной плоскости или сигнал о расположении в ней плоскости симметрии прибора.
Для ориентирования керна используют также самоориентирование колонкового снаряда в определенных условиях. Так, в наклонной или плоскоискривленной скважине колонковая труба под действием собственного веса ложится на керн внутренней стороной коронки в верхней точке керна, находящейся в апсидальной плоскости. При продольном перемещении или вращении резцы оставляют на верхней части керна характерные метки. Если в пространственно искривленных скважинах колонковый снаряд по длине полностью вписывается в плоскость искривления скважины, то его положение также может быть определено однозначно.
Известны и специальные устройства для самоориентирования в скважине технических средств, например автоматический забойный ориентатор АЗОР, разработанный в ЗабНИИ для ориентирования отклонителя непрерывного действия ТЗ-3. Такое устройство представляет собой эксцентрично расположенный на подшипниковой подвеске груз. За время спуска груз занимает положение, при котором центр его тяжести совмещается с апсидальной плоскостью. Одновременно он устанавливает в заданное положение присоединенное к нему техническое средство. Самоориентирующие устройства могут быть применены и для ориентирования керноскопов.
Теоретически все способы и виды ориентирования в равной степени пригодны для использования в кернометрии. Практически в зависимости от конкретных условий и конструкций выявляются существенные различия по погрешности показаний, сложности конструктивного выполнения, затратам времени на ориентирование, по возможностям использования с увеличением глубины скважины, а также в комплексе с серийными буровыми снарядами — по условиям эксплуатации, длительности срока службы и т. д. В итоге выбор ориентатора, который удовлетворял бы всем требованиям,— довольно трудная задача. Поэтому применяется много их видов, а поиск новых вариантов непрерывно продолжается.