Разработка скважинного трехкомпонентного гравиметра

1. Разработка скважинного трехкомпонентного гравиметра В.Г. Мамяшев, И.И. Нестеров

2. Гравитационный каротаж

3. ГРАВИТАЦИОННЫЙ КАРОТАЖ Гравитационный каротаж (ГрК) - это определение ускорения силы тяжести вдоль вертикального профиля (в скважине или вертикальных горных выработках). Теоретические основы метода, первые в мировой практике скважинные гравиметры и первые измерения силы тяжести в скважине выполнены под руководством П.И. Лукавченко (ВНИИГеофизика) в 60-е 70-е годы прошедшего столетия. К наиболее известным из них относятся измерения в Кольской сверхглубокой скважине. Известен опыт проведения гравитационного каротаж в нефтегазовых скважинах. Такие исследования, в частности, были выполнены под руководством и с участием Н.Х. Газеева (ЗапСибВНИИГеофизика), в начале 80-ых годов, не менее чем в трех скважинах на месторождениях Западной Сибири. Они позволили получить первые практические оценки возможностей и ограничений метода ГрК, а также - технологии исследований и методики интерпретации получаемых данных.

4. Краткие физические основы ГрК • Поле земного тяготения описывается законом всемирного притяжения И. Ньютона, устанавливающим связь между силой взаимного притяжения двух точечных тел с массами m1 и m2, центры которых расположены на расстоянии r друг от друга: • F = - f*m1m2 /r2 , (1) • где f- универсальная гравитационная постоянная: f=6.67*10-8 (см3*г-1*c-2) На поверхности геоида результирующая (с учетом центробежной силы) сила притяжения единичной массы, с достаточным приближением составит: • g = f*M/R2 , (2) • где M – масса и R– радиус Земли. Здесь М = 5.97*1024 кг, а радиуса Земли на экваторе равен R= 6.38*106 м. Отсюда на экваторе получим, что ускорение силы тяжести составит g = 9,78 м/c2. • В честь Галилео Галлея, положившего начало изучению ускорения силы тяжести, величину равную 0,01м/ назвали галлом. Производная от неё величина, соответствующая 10-8 м/c2 или 10-6 см/c2, получила название 1 микрогалл (1мкГл).

5. ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕД ДРУГИМИ МЕТОДАМИ КАРОТАЖА Уникальные информационные возможности гравитационного каротажа определяют соответствующие перспективы его применения: Обусловлены они следующим особенностями метода: - уникальным радиусом исследований, составляющим 50 и более метров, при обеспечении вертикальной разрешающей способности не хуже 5 метров; - возможностью проведения исследований, как в открытом, так и обсаженном стволе скважины; - практическим отсутствием или весьма незначительным влиянием собственно скважины (её диаметра, скважинной жидкости, обсадной колонны, цемента и т.д.); - высокой чувствительностью к плотности пород (средней в пределах радиуса исследований); - возможностью изучения пространственного расположения аномалий силы тяжести и, соответственно, плотности пород; - возможностью проведения мониторинга изменения силы тяжести в ходе технологических процессов, включая разработку месторождения.

6. Обоснование развития метода Новые технические возможности реализации гравитаци-онного каротажа, предложенные западными геофизическими предприятиями, вызвали всплеск интереса и активности в развитие этого метода во всем мире. В этой связи, с учетом отечественного приоритета в области гравитационного каротажа, уникальности метода, особенно при решении сложных задач, а также с учетом стратегического значения получаемой гравиметрической информации возникает необходимость развития этого метода исследования скважин в нашей стране.

7. Состояние разработки Указанные возможности ГрК послужили основанием для организации разработок соответствующих приборов. Основу их составляет чувствительный элемент гравиметра (ЧЭГ). В 2002 году Нестеровым И.И. и Луневым В.И, был получен патент № 2221263 на способ и устройство измерения гравитационного поля, ЧЭГ которого функционировал на основе эффекта Холла. В 2003-2009 годах были продолжены разработки ЧЭГ на базе высокоточных 3D акселерометров. Завершились эти работы в рамках договора с ООО «НПЦ Тюменьгеофизика» на изготовление восьми опытных образцов ЧЭГ- 3D и полевых гравиметров.

8. Технические характеристики ЧЭГ- 3D 1.Погрешность единичного измерения, мкГал не более 4,0 2.Чувствительность при измерении силы тяжести, мкГал не более 2,0 3.Диапазон измерений, мГал от 100 до +100 4.Собственная частота емкостных акселерометров, Гц от 0 до 400 5.Частота записи (регистрации) данных измерений, Гц от 14 до 0,11 6.Остаточное смещение нуль-пункта (мГал/сутки) не более 0,01 7.Время измерений на одном пункте, мин. до 3,0 8.Количество пунктов измерений в памяти (объем памяти) 500 000 9.Область проведения измерений литосфера Земли 10.Температурный диапазон проведения измерений (ºС) от -30 до +45 11.Абсолютный дрейф измерения силы тяжести меньше 0,2 мГал 12. Остаточное смещение нуль-пункта, 0,005 мГал /день 13 Абсолютный дрейф нуля: <0,2 мГал в месяц

9. Технические характеристики ЧЭГ- 3D(продолжение) 14 Размеры ЧЭГ- 3D, без сосуда Дюара:- длина (мм), - не более:350 диаметр (мм). - 30 15 Размеры устройства типа ЧЭГ-3D, включая сосуд Дюара: длина (мм), - не более:450 диаметр (мм).,- 40 16Автономный источник питания емкостью не менее (А/ч), 50 17Рабочее напряжение автономного источника питания (В) 12,0 ±2,0 18Термостабилизация в диапазоне температур -35 ÷ +45 ºС, не хуже ± 0,05 (ºС)1 9Длительность подержания термостабилизации устройства (ч) не менее 12,0 20Допустимая погрешность измерения угла между полным вектором и вертикальной составляющей гравитационного поля не более 0,05 градуса 21Гарантийный срок на устройство ЧЭГ- 3D. 24 месяца

10. Технические характеристики скважинного прибора – гравиметра • 1 – длина, м не более 4.5; • 2 – диаметр, мм не более 70; • 3 – масса, кг не более 80; • 4 – давление в скважине до 600 атм; • 5 – температура в скважине, град. Ц до 90; • 6 – продолжительность работы за один спуско-подъем, час не менее 7; • 7 – код передачи цифровых данных «Manchester».

11. Общий вид измерительного электронного блока

12. Примеры регистрации составляющих гравитационного поля разработанным прибором

13. Результаты испытаний на Нижне-Тагильском гравиметрическом полигоне

14. КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН РАБОТ

15. Конкуренция и конкурентное преимущество

16. Финансовая модель

17. Благодарим за внимание.

18. Дополнительные материалы • .

19. Комплексирование наземных и скважинных гравиметрических наблюдений • В процессе решения обратной задачи гравиразведки по результатам наземных и скважинных измерений становится возможным: • Определение плотностей источников заданной формы; • Определение конфигурации источников с заданными значениями плотности; • Определение плотностей и геометрических параметров некоторой части источников при закрепленных параметрах другой части источников. • Основные черты отличия совместной интерпретации наземно-скважинных гравиметрических измерений от интерпретации материалов наземных съемок: • Возможность определения не только эффективных, но и истинных значений плотности геологических объектов • Снижение степени неоднозначности решения обратной задачи гравиметрии • Возможность комплексирования скважинной гравиразведки с другими методами ГИС, позволяющее получать взаимодополняющую информацию.

20. Сопоставлениеназемныхискважинныхгравиметрических данных Анализ материалов скважинной и наземной гравиразведки для Краснокамского месторождения нефти позволил выявить плотностное разуплотнение в ВЧР и выполнить привязку наземные аномалии силы тяжести по глубине

21. Скважинныйгравиметр BHGM (Borehole Gravity Meter) Скважинный гравиметр BHGM является миниатюрной версией наземного гравиметра компании LaCoste&Romberg. Датчик представляет собой астазированные металлические пружинные весы с горизонтальным коромыслом и наклонной удерживающей пружиной нулевой длины. Уравнение для расчетаплотности: при условии что точка наблюдения gн2 расположена ниже точки наблюдения gн1 Гравиметр имеет скважинную часть и блок, расположенный на поверхности. Наружный блок является источником питания, к которому подключен ноутбук с программным обеспечением, позволяющим контролировать и управлять процессом регистрации данных.

22. Датчик помещен в алюминиевую капсулу с термостатическим регулированием температуры. Капсула изолирована, и в ней поддерживается постоянная температура датчика с отклонением не более 0,1°C. Для каждого гравиметра имеется особая температура, на уровне которой температурные колебания вызывают минимальные изменения величины силы тяжести. Эта температура называется температурой чувствительности. Температура чувствительности для скважинных гравиметров находится в диапазоне от 117 до 131°C.

23. Эксплуатация Подъемник каротажный самоходный (типа ПКС -7Г) Подъемник каротажный самоходный (фирменный) Переходник к кабельной головке типа Schlumberger с 10 контактами

24. Гравиметр CG-5 AutoGrav компании Scintrex

25. Пример записи

26. Спецификация гравиметра CG-5 AutoGrav • Тип датчика плавленый кварц с электростатической компенсацией • Точность измерения1мкГал • Стандартное отклонение< 5мкГал Рабочий диапазон8000 мГал, без переустановки • Остаточный долговременный дрейф (статический)менее 0.02 мГал в день • Диапазон автоматической компенсации наклона+/- 200 угловых секунд • Скачок измерений типично - меньше 5мкГал для удара в 20 G • Автоматическая коррекция прилив, наклон прибора, температура, • Шумоподавление, сейсмический фильтрРазмеры30 х 21 х 22 смВес с аккумуляторами8 кг • Емкость батарей2х 6АЧ (10.8 В) литиевые аккумуляторы • Потребление4.5Вт при 25 градусахРабочая температура от -40 до +45

27. Продолжение спецификации • Температурный коэффициент0.2 мкГал /Цельсия • Коэффициент атмосферного давления 0.15 microGal/kPa (обычно) • Коэффициент магнитного поля1 мкГал/ Гаусса (обычно) (обычно) • Память Flash технология, 1 МБ (стандартно) - расширяется до 12 МБ • Часы реального временивнутренние: выдают день, месяц, год, часы, минуты, секунды • Цифровой выход последовательный интерфейс RS-232 и USBФормат данныхScintrex, text, CG-3, xyz • Аналоговый выход данных • Ленточный регистратор • Дисплей1/4 VGA 320x240Клавиатура27 клавиш

28. Результаты ГрК позволяют: • определить среднее значение плотности блока пород, заключенного между соседними точками наблюдений в скважине, в радиусе гораздо большем мощности самого блока; • проводить литолого-стратиграфическое расчленение разреза; • строить геолого-геофизические разрезы и следить за ” характером поведения” опорных горизонтов; • выделять в разрезах участки, перспективные на нефть и газ (как правило это пористые коллекторы, обладающие пониженной плотностью), пропущенные другими методами; • проводить мониторинг режима эксплуатации месторождений нефти и газа и газохранилищ (контроль за поведением водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов; оценка количества извлеченных запасов); • в комплексе с акустическим каротажем АК определять упругие свойства горных пород (волновые сопротивления, коэффициент отражения для продольных и поперечных волн, модуль Юнга и модуль сдвига, коэффициент Пуассона); • повысить геолого-экономическую эффективность разведки за счет сокращения числа структурных и поисково-разведочных скважин; • определять плотность промежуточного слоя, для повышения надежности интерпретации материалов наземной гравиметрической съемки; • уменьшить неоднозначность решения обратной задачи гравиразведки при совместной интерпретации скважинных и наземных гравиметрических данных в рамках уникальной системы VECTOR.

29. Точностьизмерений  (г/см3) g, мкГал h, (футы) h, дюймы  (г/см3) h, (футы) Измерения плотности На точность измерений плотностей скважинным гравиметром влияют погрешность определения глубины и точность гравиметрических наблюдений (рис. 1 и 2). При заданных точностях по глубине h и замерамприращений силы тяжести g лучшая точность по плотностям будет достигаться при больших интервалах по глубине. Рис.2. Точность определения плотности в зависимости от погрешности определения h Рис.1. Точность определения плотности в зависимости от погрешности определения g Погрешность определения средней плотности g – средняя квадратическая погрешность единичного наблюдений g в мГал, h - шаг наблюдений. При g = ±(1-3) мкГал и h=2.5 м можно получить значение плотности с погрешностью ±(0.01-0.02) г/см3 .

30. Гравиметрические измерения • Точность и надежность гравиметрических наблюдений обеспечивается • Минимальным смещением нуль-пункта. • Блоком позиционирования с электростатической обратной связью. • Емкостным датчиком положения. • Новой конструкцией, уменьшающей уровень шумов электроники. • Методикой наблюдений. • Основные методики наблюдений • Однократная методика с предварительной разбивкой опорных пунктов вдоль скважины. • Цикличная методика «отдельных приращений». • Наблюдения со 100%-ым повторением (наиболее приемлема, повышающая точность наблюдений 2 раз). Гравиметрические измерения выполняются, когда прибор находится в состоянии покоя. Время между измерениями от 8 до 14 мин в зависимости от шага измерений и окружающих помех. Шаг наблюдений определяется с учетом необходимой точности определения плотности. При правильной организации исследований и подготовке прибора к работе среднеквадратическая погрешность единичного наблюдения может составлять g =±(1 - 3) мкГал.

31. Измерения глубины Минимизация погрешностей определения глубины достигается использованием специально разработанной модели зонда Shuttle Sonde™ («зонд-челнок»). Данный зонд позволяет гравиметрическому датчику двигаться внутри скважинного инструмента. Ошибка приращения глубины уменьшается до ± 1 мм на 2.5-метровом диапазоне зонда Shuttle Sonde™. Абсолютная глубина датчика обеспечивается кабельным одометром. Для целей мониторинга гравиметрические измерения выполняются на той же самой абсолютной глубине, что достигается использованием записи диаграмм локатора муфт высокого разрешения с интервалом отсчетов 1 мм.

32. Спецификация * 1 дюйм = 0,0254 м, , 1 фут (США)= 0.3048 м, 1 фунт = 0,453992 кг **в ближайшее время планируется выпуск модели, предусматривающей увеличение угла отклонения

33. СтандартнаякомплектацияпоставкиСтандартнаякомплектацияпоставки

34. Основные технические характеристики • Стандартное отклонение < 5мкГал • Рабочий диапазон 7000 мГал • Минимальный диаметр зонда 48 мм • Максимальная глубина исследования 2000 м • Рабочий диапазон температур 0-70 С (-40 +50) • Минимальный диаметр скважин 60 мм • Максимальный наклон скважины 60 гр. (57,2) • Погрешность измерение глубины 5 мм

35. Географияработ США (Мексиканский залив), Канада, Италия (о.Сицилия), Испания (прибрежная зона), Германия, Польша, Саудовская Аравия, Оман, Габон, Малайзия (штат Саравак, о.Калимантан), Индонезия (о. Суматра), Папуа-Новая Гвинея (прибрежная зона), Адриатическое море, Северное море, Казахстан, Россия (2005 г.)

36. Областьприменения • Обнаружение «обойденной» пористости в нефтегазоносных структурах (пропущенные интервалы повышенной пористости). • Обнаружение разбуренных, но не извлеченных промышленных запасов газа или нефти. • Измерение пористости карбонатных пород. • Картирование пологих надвигов. • Картирование соляных куполов. • Оценка пластового давления. • Мониторинг флюидонасыщенности. • Измерение плотности породы пласта в размытых породах. • Обнаружение наличия конуса обводнения. • Комплексирование скважинных и наземных гравиметрических наблюдений.

37. ПРЕИМУЩЕСТВА 1. Большая глубина исследований по радиусу относительно оси скважины. 2. Выполнение измерений в обсаженных скважинах. 3. Высокая точность гравиметрических наблюдений. 4. Минимизация ошибки приращения глубины. 5. Высокая устойчивость к резким изменениям давления и температуры. 6. Отсутствие искажающего влияния прискважинного пространства на показания ГрК. 7. Конструктивные особенности. 8. Наличие пакета программ обработки и интерпретации данных ГрК. 9. Возможность комплексной интерпретации скважинных и наземных наблюдений. НЕДОСТАТКИ 1. Технологические - увеличено время на выполнение спускоподъемных операций (замедление скорости спуска прибора в скважину). 2. Экономические - высокая цена прибора (дорог для контрактного обслуживания и замены); - необходимо наличие высококвалифицированного персонала; - удорожание работ в связи с увеличением временных трудозатрат.

38. КомплексированиеГрКиВСП В скв. 92 (Ножовская площадь) выполнен комплекс ГрК и ВСП. коэффициент линейной корреляции между плотностью и скоростью распространения продольных волн составил 0.92. Породы: Т - терригенные К - карбонаты А - ангидриты ТК - терригенно-карбонатные