Методы изучения свойств бурового раствора

Для получения информации о проходимых скважиной породах и об изменениях условий бурения предложено регистрировать (в функции глубины скважины) такие параметры бурового раствора, как нефте- и газосодержание (геохимические методы, см. § 3), температура (желобная термометрия), плотность, вяз­кость, радиоактивность, электрическое сопротивление и др.

Желобную термометрию осуществляют с помощью термо­метра, расположенного как можно ближе к скважине. При бу­рении однородной толщи пород с постоянным геотермическим градиентом пород Г температура бурового раствора в жело­бе Т_р монотонно, почти линейно увеличивается с ростом глуби­ны скважины Н. При прочих равных условиях чем выше значе­ние Г, тем больше и скорость изменения Т_Р в желобе при углуб­лении скважины. Это позволяет использовать диаграммы grad Tp для изучения геотермического градиента Г, в частности, для выделения зон АВПД, вызывающих увеличение пористости, а следовательно, и теплового сопротивления глин и геотермиче­ского градиента.

Опыт показал также зависимость grad Т_р от проницаемости пород: против проницаемых пород grad T_р ниже, чем против непроницаемых пластов. Это объясняется: а) низкой энергоем­костью проницаемых пород, вследствие чего при их бурении выделяется меньше тепла; б) вытеснением воды из проницае­мых пород (под долотом) из-за опережающего проникновения более холодного фильтрата бурового раствора, что понижает температуру разбуриваемых пород и шлама, поступающего в буровой раствор. Обе указанные причины приводят к сниже­нию Т_р и grad Т_р.

Надежное использование диаграмм grad T_р для выделения коллекторов и зон с АВПД возможно лишь тогда, когда непре­рывно регистрируют и учитывают при интерпретации все другие факторы, влияющие на Т_р (изменение диаметра скважины; ско­рость циркуляции бурового раствора; число оборотов долота; колебания температуры окружающей среды и др.).

При измерении удельной электропроводности бурового рас­твора в желобе с помощью поверхностного резистивиметра об­наруживается попадание в него относительно небольших ко­личеств пластовой воды, так как обычно ее электропроводность значительно выше электропроводности бурового раствора. Если при бурении р_з < р_пл, то по мере вскрытия коллектора удель­ное электрическое сопротивление бурового раствора ρ_р непре­рывно уменынается из-за поступления пластовой воды в сква­жину. Начало уменьшения ρ_р улавливается поверхностным резистивиметром, установленным в желобе, с некоторым запазды­ванием, равным времени подъема бурового раствора с забоя до устья.

Если р_з < р_пл, то приток пластовой воды в скважину вызы­вают искусственным понижением уровня бурового раствора в скважине (ниже пьезометрического уровня) с помощью ком­прессора. Если скважину оставить в покое на 10—30 мин, то за счет поступления воды из пластов-коллекторов ρ_р против них понижается. После восстановления циркуляции бурового раствора в скважине осуществляют непрерывную регистрацию ρ_р в функции времени. В момент поступления на поверхность пор­ций бурового раствора, выходящего из интервалов коллекторов отмечается понижение ρ_р. Аналогично диффузионной газометрии после бурения возможно получение небольших аномалий на диаграммах ρ_р и без предварительного понижения уровня буро­вого раствора за счет лишь диффузии солей из пластов в про­стаивающей скважине. Э.Е. Лукьянов считает, что для обнару­жения зон АВПД описанный электрический способ может быть, на порядок чувствительнее фильтрационного метода.

Для получения информации о разрезе и оптимизации режи­мов бурения непрерывно изучают в процессе бурения и другие параметры бурового раствора. Так, непрерывный контроль плотности бурового раствора для бурения на равновесии, т. е. для поддержания значений р_з, примерно равных р_пл. По содер­жанию песка в буровом растворе судят о вскрытии песчаных коллекторов. Вязкость и статическое напряжение сдвига влияют на способность бурового раствора проникать в поры и трещины горных пород.

Методы изучения шлама

При изучении шлама получают информацию о составе и плот­ности горных пород, их прочности, абразивных, емкостных и фильтрационных свойствах, о характере насыщающего поры флюида. Чтобы снизить трудоемкость работ по исследованию шлама, разработаны автоматические шламоотборники, позво­ляющие отбирать пробы шлама с разделением их на несколько фракций с различным размером частиц. При привязке отобран­ного шлама к глубинам необходимо (в отличие от газометрии) учитывать не только время движения бурового раствора от за­боя до устья, но и более медленный подъем шлама по сравне­нию с буровым раствором. Чем крупнее размер частиц шлама, тем больше запаздывание шлама по отношению к движению бурового раствора.

Характер насыщения пород выявляют по данным люминес­центного анализа и инфракрасной спектрометрии шлама (см. § 3). Для экспрессного определения плотности горных по­род рекомендуют способ, основанный на изучении всплывания шлама в жидкостях различной плотности. Последние получают, «смешивая в различных пропорциях этиловый спирт и бромоформ (2,89 г/см³).

Для установления пористости, карбонатности шлама и его гранулометрического состава используют стандартные методы, применяемые при изучении керна. Данные о плотности и по­ристости шлама позволяют оперативно прогнозировать зоны АВПД. Для этой же цели используют результаты измерения удельного электрического сопротивления шлама.

Для повышения экспрессности изучения элементного состава шлама разрабатывают различные физические и физико-химические методы, в первую очередь ядерно-физические, не требующие предварительной подготовки шлама к исследо­ваниям.

Экспрессные методы определения твердости и абразивности пород по шламу дают информацию, необходимую для правиль­ного выбора нагрузок на долото, а также типа долота, наиболее эффективных при бурении данных пород. По ним можно также прогнозировать время работы долота на забое.

Изучение распределения размеров шлама позволяет судить об эффективности работы долота на забое. Максимальная тол­щина частиц шлама характеризует глубину внедрения долота в породу; но она зависит также от осевой нагрузки на долото. При постоянной нагрузке износ зубьев сопровождается умень­шением максимальной толщины частиц.

Виброакустический метод

Виброакустический метод основан на изучении вибрации верх­ней части колонны бурильных труб. В верхней части рабочей колонны с помощью специальной муфты крепится датчик, из­меряющий силу и ускорения продольных колебаний. Там же обычно располагаются датчики технологических параметров (частоты вращения колонны, веса на крюке, давления бурового раствора). Датчики для измерения силы и ускорений крутиль­ных колебаний, а также вращаю­щего момента находятся в дру­гой муфте под роторным столом. Электрические связи с вращаю­щимися датчиками осуществля­ются с помощью коллекторов.

Работа долота вызывает ме­ханические колебания бурильных труб, спектр и интенсивность которых зависят как от техноло­гических параметров (тип долота, частота его вращения, осевое давление, свойства бурового раствора и др.), так и от разновид­ности разбуриваемой породы. Поэтому метод позволяет полу­чать информацию как о горных породах, так и о работе долота. Спектр вибрации содержит составляющие, частоты которых равны произведению числа оборотов долота на число шарошек, числу ударов зубьев шарошек о породе в 1 с и т. п.

От твердости разбуриваемых пород зависят как амплитуда, так и форма вибрации, особенно уровень высокочастотных ко­лебаний (>1 кГц): чем тверже порода, тем выше их амплиту­да. Поскольку амплитуда колебаний растет также с ростом частоты и осевого давления, рекомендуют пользоваться отно­шением амплитуд в области спектра 5—10 кГц к среднему уровню сигнала (или к амплитуде колебаний в других обла­стях частот). В мягких породах сигнал по форме ближе к си­нусоиде (рис. 63); в твердых породах форма сигнала более сложная, в частности, содержит короткие «выбросы». Предпо­лагают, что эти выбросы (всплески) вызваны ударами зубьев о породу и хрупким ее разрушением.

Поскольку вибрация зависит не только от свойств пласта, но и от режима бурения, состояния долота и т. п., сопоставле­ние диаграмм скорости проходки v_б и ускорений вибрационного перемещения верхней части бурильной колонны g позволяет судить об особенностях режима бурения. Один пример совмест­ного использования диаграмм v_б и g показан на рис. 64.

Мягкие породы (например, пласт а) при оптимальной техпологий бурения должны бы отмечаться высокими скоростями бурения v_б (низкими значениями g). Однако на диаграмме I высокие значения v_б наблюдаются лишь в кровле пластов, при входе в них долота. При дальнейшем их разбуривании скорость бурения падает (см. пласт а). Это связано с тем, что режим бурения не соответствует типу разбуриваемых пород. Оказа­лось, что в данной скважине неоптимальна промывка скважины. На рис. 64 показана также диаграмма для оптимального режи­ма (кривая II) в совмещении с диаграммой для неоптимального режима (кривая I). Заштрихованы участки их расхождения, т. е. интервалы, где режим бурения не был оптимальным для соответствующих пород. Совместное изучение вибрации и кру­тящего момента полезно для обнаружения заклинивания опор шарошек долота. При этом амплитуда вибрации уменьшается, а крутящий момент резко возрастает.

Таким образом, комплекс исследований в процессе бурения дает богатую информацию как об особенностях разбуриваемых пород, так и о самом процессе бурения. Эти данные можно использовать для оптимизации режима бурения и принятия опе­ративных решений об остановке бурения для опробования пла­стов или проведения замеров другими геофизическими метода­ми (с приборами на кабеле).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: