Информационно-измерительная система прогнозирования твердости горных пород бурящейся скважины

• Автор: Козюра, Анна Николаевна
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ф ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ И АППАРАТУРЫ

ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕФТЯНЫХ И

ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

1.1. Вибрационная диагностика

1.2. Современное состояние виброакустических исследований скважин

1.3. Возможности использования виброакустических сигналов для решения

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ БУРЕНИЯ

1.4. Информационно-измерительные комплексы виброакустических исследований скважин

1.4.1. Структурные схемы информационно-измерительных систем для измерения вибросигналов

1.4.2. Аппаратура “мгновенного каротажа’’ СНАЛ-пог

1.4.3. Аппаратура виброакустического каротажа с радиоканалом (АВАК-РК)

1.4.4. Система виброакустического вертикального сейсмического профилирования в процессе бурения (ВСП ПБ)
1.4.5. Телеметрическая система для исследования вибраций бурильной колонны при электробурении
1.4.6. Телеметрические системы для определения механических свойств горных пород с установкой датчика вибраций над бурильным инструментом
1.5. Математические модели образования виброакустических сигналов в процессе взаимодействия бурильного инструмента с разбуриваемой горной
ф породой
1.5.1. Генерация виброакустических сигналов в колонне бурильных труб
1.5.2. Временные характеристики виброакустических сигналов при единичном акте вдавливания зубца в породу
1.5.3. Аналитическое исследование математических моделей образования и передачи сигналов вибрации по каналу связи забой-устье
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТВЕРДОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ВРЕМЕННЫМ И ЧАСТОТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ВИБРОСИГНАЛОВ
2.1. Математическая модель работы долота как генератора прямоугольных импульсов
2.2. Механические свойства горных пород и их влияние на временные и частотные характеристики вибросигналов
2.2.1. Экспериментальные исследования влияния твердости горных пород на спектральные характеристики вибросигналов в кернах
2.2.2. Параметр “кажущейся ” твердости и его влияние на характеристики
ф виброакустических сигналов
2.3. Упрощенная электродинамическая модель работы
бурильного инструмента
2.4. Применение математической модели для прогнозирования твердости горных пород впереди забоя бурящейся скважины
2.4.1. Математическая модель для участка перехода глина-известняк
2.4.2. Математические модели для переходных участков гипотетической скважины
2.5. Алгоритм интерпретации данных виброакустического каротажа в процессе
БУРЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. СКВАЖИННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Автономный ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС С УСТАНОВКОЙ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ НА ВЕРТЛЮГЕ
3.2. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТВЕРДОСТИ ГОРНЫХ
пород
3.3. Блок ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРОСИГНАЛОВ КАК ПОДСИСТЕМА СТАНЦИИ СГТ-МИКРО
3.4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТВЕРДОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В РАЗРЕЗАХ БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИН МЕСТОРОЖДЕНИЯ Харьяга
3.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы.
Одним из важных резервов увеличения производительности труда, повышения качества управления технологическим процессом бурения скважин и увеличения эффективности геолого-разведочных работ на нефть и газ является создание и внедрение в практику информационноизмерительных систем (ИИС), функционирующих непосредственно в процессе бурения скважин. Применение подобных ИИС позволяет проводить геолого-технологический контроль бурящихся скважин, в ходе которого производится непрерывное измерение, регистрация и обработка на ЭВМ геофизических и геохимических параметров, а также параметров режимов бурения.
Используемые системы геолого-технологического контроля позволяют решать такие важные геологические задачи, как литологическое расчленение разреза скважин, выделение коллекторов и определение характера их насыщения, прогнозирование зон с аномально высокими пластовыми давлениями и другие. Дополнительно к этим задачам, системы геологотехнологического контроля также должны обеспечивать решение задач оптимизации процесса проводки скважин, предупреждения аварийных ситуаций и осложнений бурения.
В настоящее время отмечается интенсивное развитие систем геологотехнологического контроля по пути разработки и усовершенствования аппаратурного состава, алгоритмов и программ обработки данных на основе использования как традиционных, так и новых источников информации. Большая заслуга в развитии теории и практики систем геологотехнологического контроля принадлежит O.K. Ангелопуло, П.В. Балицкому, Е.Н. Браго, И.Л. Гурееву, В.Н. Дахнову, В.Е. Копылову, O.JI. Кузнецову, А.З. Левицкому, Э.Е. Лукьянову, А.М. Мелик-Шахназарову,
1.5.3. Аналитическое исследование математических моделей образования и передачи сигналов вибрации по каналу связи забой-устье.
Возможность приема рассмотренных продольных колебаний на устье скважины определяется такими параметрами, как начальная величина сигналов на забое, их затухание в бурильных трубах и уровень помех в точке приема. Для исследования прохождения колебаний долота по бурильной колонне как по линии связи необходимо знать передаточные функции колонны, определяемые отношением выходных и входных величин, т.е. сигналов долота на устье скважины и на забое.
1.5.З.1. Колонна бурильных труб как акустический канал связи.
Рассмотрим передаточную функцию акустического канала связи в виде однородной колонны бурильных труб с естественным забойным источником вибрации - долотом, взаимодействующим с разбуриваемой породой.
Для однородной колонны бурильных труб комплексный коэффициент передачи осевых перемещений и будет иметь вид [54, 87]
где Ь - длина колонны бурильных труб, м; М - сосредоточенная масса, включающая массы вертлюга, ведущей трубы, талевого блока, крюка и др., кг; К - жесткость талевого каната, Н/м; Е - модуль упругости колонны
частота, 1/с.
Коэффициент распространения упругой волны V = а + УД где а -коэффициент затухания, Д- коэффициент фазы, определяемые как

бурильных труб, Н/м2; 5 - площадь поперечного сечения колонны бурильных труб, м2; V — коэффициент распространения упругой волны, со - угловая