Отбор грунтов: принцип действия грунтоносов, устройство, технология проведения работ на скважине

Изучение литологического состава горных пород, слагающих разрез скважины, выделение коллекторов и оценка характера их насыщения проводятся по материалам геофизических исследований скважин. Од­нако в сложных геолого-технических условиях геофизические методы не всегда обеспечивают однозначную интерпретацию. Поэтому желатель­но полученные результаты подтвердить анализами керна. Отбор керна требует дополнительных затрат времени. Кроме того, вынос керна из высокопористых коллекторов, а также из интервалов, сложенных рых­лыми или выщелоченными отложениями, часто недостаточен.

Боковой стреляющий грунтонос. В этих грунтоносах отбор образ­цов из стенок скважины производится бойками, которые внедряют­ся в горную породу за счет давления газов, образовавшихся при го­рении порохового заряда. Стреляющий грунтонос представляет собой массивный ме­таллический корпус, в котором размещено 30 гнезд — ствольных от­верстий. К каждому стволу подведен монтажный провод (электрический канал связи), который подключен к контактному дис­ку. В ствольном отверстии размещаются контактный диск, боек, пороховой заряд и уплотняющие прокладки.

Применение приборов опреде­ляется скважинными условиями — давлением, температурой, диа­метром скважины, характером разреза. Снаряженный грунтонос присоединяют к одножильному брониро­ванному кабелю, опускают в скважину и устанавливают против ниж­ней точки интервала отбора грунтов. По команде с поверхности (по­сылка импульса тока) электровоспламенитель накаляется и воспла­меняет пороховой заряд. Под действием пороховых газов боек с большей скоростью (свыше 120—150 м/с) и высокой кинетической энергией выталкивается из ствола и врезается в горную породу. Что­бы извлечь боек из пласта, кабель осторожно поднимают, контроли­руя увеличение нагрузки по показаниям динамометра. Управляют грунтоносом с помощью переключающего устройства, состоящего из панели переключения и скважинного переключателя. Канал связи между ними — одно­жильный бронированный кабель. В скважинном переключателе имеются: запальный трансформа­тор, электромагнит, редуктор с пружинным приводом, вращающийся диск с подвижными контактами, контактная плата, к которой подсое­динены контактные диски, установленные в ствольных отверстиях.

Перед началом работ специальным ключом заводят пружинный привод переключателя, устанавливают распределительный кон­такт на первую позицию и присоединяют скважинный пере­ключатель к заряженному грунтоносу. С наземной панели управ­ления в скважинный прибор подается постоянный ток напряжением 220 В для питания переключателя и переменный ток частотой 50 Гц напряжением 10 — 25 В для питания схемы индикации. Переклю­чение позиций в скважинном приборе контролируется наземной па­нелью.

Управляющие команды на скважинный переключатель подаются с панели управления путем нажатия клавиши «Огонь». При первом нажатии клавиши подается импульс тока на электровоспламенитель и срабатывает первый пороховой заряд грунтоноса. После повтор­ного нажатия клавиши распределительный контакт устанавливается на второй позиции и при этом срабатывает счетчик переключения позиций на панели управления. Для получе­ния достоверной информации целесообразно отбирать в каждой точ­ке не менее двух образцов. Из однородных по составу пластов отбор керна производится через 0,5 м, в неоднородных пластах — через 0,2 — 0,3 м.

Сверлящий грунтонос (керноотборник). Отбор образцов горных пород в данном случае производится путем выбуривания их из стенок скважины. Сверлящий грунтонос представляет собой агрегат, в стальном корпусе ко­торого размещены следую­щие основные узлы: бур с приводом от электродвигателя; электродвигатель; гидравлическая система. Керн выбуривается коронкой, ввин­ченной в торец бура, вращающегося от силового электродвигателя через редуктор. Перед выбуриванием образ­ца горной породы керноотборник при­жимается к стенке прижимными рыча­гами. Выдвижение прижимных рыча­гов, подача бура и возврат его при отрыве керна осуществляются под дей­ствием давления рабочей жидкости, которое создает гидронасос. Вращение гидронасоса также произ­водится силовым электродвигателем.

Выбуриваемые керны, выталкивая друг друга, попадают в кассе­ту. Осевую нагрузку на коронку в процессе выбуривания керна ре­гулируют в зависимости от механических свойств горных пород с по­мощью дистанционно управляемого регулятора дроссельного типа. Выбуренная порода вымывается при возвратно-поступательном дви­жении поршня промывочного насоса, верхняя полость которого со­общена каналами с полостью бура. Прибор предназначен для работы в скважинах диаметром 190 — 214 мм. Время выбу­ривания одного керна 3 — 5 мин. Номинальная мощность электродвигателя 850 Вт; питается двигатель то­ком 1,5 — 1,8 А. Рабочая температура 100 °С при гидростатическом давлении 70 МПа. Диаметр прибора 124 мм, масса — 120 кг. Образцы, выбуриваемые сверлящим грунтоносом, обладают ин­формативностью керна, отобранного при колонковом бурении. В частности, по ним можно выявить структурные и текстурные особенности породы; измерить коллекторские и петрофизические свойства; уточнить характер нефтенасыщенности и границы нефте­носных пластов.

Дисковый грунтонос (керноотборник). Отбор образцов горных по­род основан на выпиливании их из стенок скважины. Этот принцип отбора керна реализован в дисковом призматическом керноотборнике ДПК-140. В этой аппаратуре режущими элементами являются два диска, которые выпиливают образец в форме призмы. В поперечном сечении образец представляет собой равнобедренный треугольник с основанием 36 мм и высотой 42 мм. Длина образца до 600 мм.

Вращение на режущие диски передается от электро­двигателя, одновременно включается гидронасос. При работе на­соса рабочая жидкость подается под поршень прижимного устрой­ства и гидроцилиндра подачи. В полости прибора рабочая жид­кость через компенсатор давления воспринимает гидростатическое давление бурового раствора в скважине. После прижатия корпуса прибора к стенке скважины начинает перемещаться вверх поршень гидроцилиндра подачи, увлекая за собой шпиндельную каретку, которая перемещается по направляющим пазам и осуществляет вре­зание дисков в стенку скважины и их продольное перемещение по стволу. Перемещение режущих дисков контролируется на панели уп­равления.

После окончания проходки выпи­ленный керн направляется в приемную камеру, электродвигатель выключает­ся, гидронасос останавливается. Рабо­чая жидкость из полости высокого дав­ления перетекает в общую полость прибора. В это время разделитель опе­рации, представляющий собой пор­шень, входящий в герметичную воз­душную камеру, возвращает каретку в исходное положение; в исходное поло­жение возвращается и прижимное ус­тройство. Прибор подготовлен для от­бора следующего образца.

За один спуск прибор позволяет ото­брать пять образцов. Время отбора од­ного образца порядка 15 мин. Дисковый керноотборник, как и все приборы, спускаемые в скважину на геофизическом кабеле, обеспечивает привязку отобранного керна по глубине и сопоставление его с материалами ГИС. Кроме того, выпиленный образец позво­ляет уточнить строение пласта, выде­лить в нем текстурные и структурные особенности, провести литолого-петрографические, стратиграфические, петрофизические исследования, т. е. полу­чить полную информацию о пласте.