Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

«республик

<о876977

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— . (22) Заявлено 260280 (21) 2887601/22-03 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет—

Опубликовано 301081.Бюллетень М 40

Дата опубликования описания 30.1081 (51)М. Кл.з

Е 21 В 47/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 622. 241. . 08(088.8) (72) Авторы изобретения

Е.И С ургутанов, Г.A.Ïîëÿêîâ, Ю.Я.Сабристов, А,А.Àëåêñàíäðîâ г

Л

Ю.Н.Соколов, В.A.Àëåêñàíäðoâ и К.И.Аксенов

Ташкентский политехнический институт, . (71 ) За яв и тель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОИСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к измерительной технике и может бйть использовано для определения свойств горных пород в процессе бурения скважин.

Известен способ обнаружения момента смены пласта по буримости, по которому информативным признаком разбуриваемых пластов является коэффициент буримости С, характеризующий целый комплекс физико-механических свойств разбуриваемых пород и системы инструмент — порода. Об изменении коэффициента буримости С4 судят по механической скорости бурения|1).

Однако этот способ из-за необходимой идентификации параметрического вектора Ст не позволяет точно обнаружить момент смены пласта и свойства горных пород в процессе бурения скважин ° 20

Известен также способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин, заключающийся в том, что одновременно с регистрацией частотных составляющих упругих колебаний измеряют амплитуду частотных составляющих электрического поля, возникающего в процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой, определяют отношения амплитуд упругих и электрических сигналов одинаковых частот и о свойствах горных пород судят по величинам указанного отношения1 2).

Однако известный способ не позволяет определить указанное отношение с необходимой точностью.

В процессе бурения скважин протекающие на поверхностях раздела скважина — породы и между пластами различной литологии физико-химические процессы создают естественные стационарные электрические поля.

На поверхностях раздела образуются двойные электрические слои, различные потенциалы которых создают определенные величины напряженноСти электрического поля между горными породами и скважиной. Потенциалы собственной поляризации пород создаются в результате диффузии солей из пластовых вод в промывочную жидкость и наоборот, а также адсорбции ионов на поверхности минеральных частиц горной породы, фильтрации вод их промывочной жидкости в породы и пластовых вод в скважину, окислительно-восстановительных реакций, происходящих в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и метал876977 лами. Поэтому на электрический сигнал, как один из составляющих отношение, по которому судят о свойствах горных пород, существенно влияют потенциалы собственной поляризации пород, что значительно затрудняет получение правильной информации об отдельных свойствах породы.

Кроме того, применяемые в приемниках упругих колебаний кварцевые пластины, преобразовывающие упругие вибрации в электрические сигналы, имеют малую механическую прочность и.слабую устойчивость к температурным колебаниям, что делает их применение и получение точных сведений об упругих колебаниях в процессе бу- 15 рения весьма затруднительными.

Цель изобретения — повышение точности литологического расчленения разреза скважин в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе бурения измеряют амплитуды частотных колебаний, составляющих электрическое поле на границе порода — промывочная жидкость— инструмент, и амплитуды частотных колебаний электрического поля, вызванные локальными вихревыми токами, образующимися в процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой на границе порода — разбуренная порода — инструмент ЗР и о свойствах горных пород судят по величинам отношения измеренных амплитуд.

На фиг. 1 показано устройство

35 для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 — модель пласта, состоящая иэ образцов горных пород.

Установлено, что в результате больших скоростей и давлений в зоне 40 трущихся поверхностей возникает температура в несколько сот градусов, а нагревание двух касающихся разнородных материалов вызывает появление термо-ЭДС. В процессе бурения по цепи инструмент — породаразбуренная порода возникает ток, .создаваемый термо-ЭДС. Параметры этого тока (амплитуда и частота)зависят от скорости вращения бурового инструмента, от состава породоразрушающих минералов, входящих в разбуриваемую породу, и от электрических свойств этой породы (диэлектрической проницаемости, поляризуемости и т.д.). На параметры тока не влияют потенциалы собственной поляризации горных пород, возникающие . уже после взаимодействия промывочной жидкости с этими породами, поэтому. электрические сигналы, получающие- 49 ся на границе порода — разбуренная порода — инструмент и снимаемые катушкой индуктивности, более достоверны и независимы,. от многих физикохимических процессов, протекающих на поверхностях раздела скважина бороды и между пластинами различной литологии.

Взаимная корреляция электрических сигналов, возникающих на границе порода — разбуренная порода - инструмент и на границе порода — промывочная жидкость — инструмент, позволяет получить более точные сведения о разбуриваемой породе.

Электрические сигналы, возникающие в процессе бурения на контакте между буровой коронкой 1 породой 2 и разбуренной породой 3, снимаются катушкой 4 индуктивности.

Буровая коронка 1 электрически отделена изолятором 5 от бурового наконечника 6, который электрически отделен изолятором 7 от колонны 8 буровых труб. Электрические сигналы, возникающие в процессе бурения на контакте между колонной 8 буровых труб, породой 2 и промывочной жидкостью 9, снимаются с бурового наконечника б. Снимаемые электрические сигналы усиливаются в предварительных усилителях 10 и передаются с помощью одного из известных каналов связи (проводного, радиоканала и т.д.) на дневную поверхность.

Способ осуществляют следующим образом.

Указанным устройством пробуривают модель пласта, состоящую из образцов горных пород, равных по толщине и расположенных в следующем порядке, глинистый сланец (1), известняк (П) песчаник((Н),антрацит (W), мергель (V)> кварцевыи песок (V ), глинистый песок (Vll), каолин (VIII), кварцевый песок (1 0, мергель((), глинистый сланец ()Ц), (фиг. 2).

В процессе эксперимента прово дят взаимную корреляцию электрических сигналов, снимаемых с бурового наконечника и катушки индуктивности. По полученным данным строят график зависимости амплитуд электрических сигналов, возникающих на контакте инструмент — промывочная жидкостьпорода, и амплитуд электрических сигналов, возникающих на контакте буровая коронка — порода — разбуренная порода, который позволяет качественно проводить литологическое расчленение.

Экономический эффект от применения предлагаемого способа заключается в получении более достоверных и качественных сведений о литологическом разрезе, что позволяет прогнозировать аварийные ситуации при бурении скважин.

Формула изобретения

Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин, 876977 6

1О

4э

Яф юо

80 мрпди

ВНИИПИ Заказ 9544/45 Тираж 630 Подписное

Филиал ППП ™Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 основанный на измерении амплитуды частотных составляющих электрического поля, возникающего в процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности литологического расчленения разреза скважин в процессе бурения, амплитуды частотных колебаний электрического поля измеряют на границе порода — промывочная жидкость — буровая колонна и на границе порода — разбуренная порода — буровое долото, и о свойствах горных пород судят по величине соот-ношения измеренных амплитуд.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Гулизаде М.П и др. Метод обнаружения момента смены пласта по буримости. — "Нефть и газ", 1973, Р 9 °

2. Авторское свидетельство СССР В 608915, кл. Е 21 В 47/00, 1979.