Обоснование и разработка метрологического обеспечения серийной скважинной аппаратуры нейтронного каротажа нефтегазовых скважин (на примере аппаратуры типа ДРСТ)

Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1981;1985 г. г., принятыми ХХУ1 съездом КПСС, постановлениемЦП КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве» поставлена задача повышения эффективности геологоразведочных работ на нефть и газ. Решение этой задачи предусматривает совершенствование аппаратурного обеспечения геофизических методов исследования скважин, которые являются важной составной частью геологоразведочного процесса.

Методы нейтронного гамма-каротажа (НТК) и нейтрон-нейтронного каротажа (ННК) входят в обязательный комплекс промыслово-геофизических. исследований нефтяных и газовых скважин. Данные НИС (ННК) используются для выделения коллекторов, а при обеспечении достаточной точности — для оценки пористости порододного из основных параметров при подсчете запасов нефти и газа.

Актуальность работы. В настоящее время основным видом аппаратуры НЕК и ННК, используемой на производстве, является од-назондовая аппаратура типа ДРСТ 3−90 (двухканальный радиометр скважинный термостойкий), которая выпущена к 1984 г. в количестве более 2 тыс, комплектов. Данные измерений этой и другими, типамк аппаратуры НК* (СП-62, ТРКУ-ЮО) используются для определения коэффициента пористости (Юг). При этом непосредственно измеряемыми параметрами являются: по каналу НТК мощность экспозиционной дозы, а по ННК — плотность потока медленных нейтронов. В соответствии с технической документацией на аппаратуру.

ДРСТ 3.90 допустимая погрешность измерения этих параметров составляет +15−30 $, в то время как для количественного определения Кп необходимо" чтобы суммарная погрешность не превышала 3−5 $. Отсутствие единой системы метрологического обеспечения аппаратуры НК в строгом соответствии с ее назначением не позволяло осуществить стандартизацию и контроль параметров аппаратуры на всех стадиях ее эксплуатации, и в результате не гарантировало проведение измерений с необходимой точностью.

В этой связи актуальной задачей является разработка методики и технических средств поверки и калибровки аппаратуры, обеспечивающих единство и достоверность измерений параметра пористости по данным НК.

Цель диссертационной работы состоит в повышении качества результатов стандартного нейтронного каротажа на основе реализации единства измерений за счет разработки и применения методики и технических средств метрологического обеспечения однозондовой серийной аппаратуры НК, отвечающих требованиям количестаенных измерений пористости нефтегазоносных коллекторов.

Для аппаратуры ДРСТ 3.90 на моделях реальных пластов и расчетным путем получены основные зависимости /I, 2/, связывающие регистрируемые показания НК с пористостью с учетом ряда влияющих факторов. Используя эти зависимости возможно получение количественных данных о пористости пород применяемой аппаратурой. Для реализации возможностей аппаратуры и применения имеющихся зависимостей необходимо выполнение следующих требований:

— конструкция и основные размеры измерительной установки рабочего прибора должны с допустимой погрешностью соответствовать конструкции и размерам образцового прибора (с которым были получены основные зависимости);

— показания, регистрируемые на скважине рабочим прибором, должны выражаться (с допустимой погрешностью) в тех же единицах, в которых построены основные зависимости".

В связи с этим основными задачами исследований являлись:

— обоснование требований к допустимому значению основной аппаратурной погрешности измерений Кгс по данным НК-'. с однозондо-вой аппаратурой;

— разработка'ведомственной поверочной схемы;

— обоснование и разработка методики: и средств стандартизации и поверки аппаратуры НК в условиях каротажных баз;

— обоснование и разработка системы переноса единицы измерений на скважину;

— промышленное опробование и внедрение разработанной системы метрологического обеспечения однозондовой аппаратуры НК нефтегазовых скважин.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:.

— впервые на количественном уровне дан анализ влияния нестандартности (изменения параметров зонда) серийной аппаратуры и условий калибровки на погрешность определения коэффициента пористости методом НК;

— доказана эквивалентность влияния пористости пласта и воздушного зазора между прибором и водородосодержащим флюидом (вода, дизельное топливо) на показания одноаондового НК при изменениипараметров аонда и достаточность испольаования конструкции! с переменным воздушным зазором между прибором и водородосодер-жащим флюидом в качестве базовой поверочной установки — имитатора пористых пластов;

— обоснованы требования к ведомственной поверочной схеме для скважинных средств измерений коэффициента пористости методом стационарногокаротажа, что является основой для создания техниь ческих средств аттестации, поверки и калибровки этой аппаратуры НК*.

Защищаемым положением является;

— единство и достоверность массовых измерений в рамках отрасли параметра нейтронной пористости в нефтегазовых скважинах однозондовыми приборами нейтронного каротажа, которые обеспечиваются на основе базовой поверочной установки НК, являющейся основным элементом Зхуровневой системы метрологического обеспечения в комплексе с одним из вариантов калибровки".

Практическая значимость работы заключается в росте достоверности определения пористости коллекторов в нефтегазовых скважинах за счет создания методической, технической и нормативной базы для осуществления в массовом порядке. в производственных организациях отрасли работ по стандартизации, поверке и калибровке серийной однозондовой аппаратуры НК, что позволяет систематически контролировать качество аппаратуры и результатов измерений исходного-' геофизического параметра — нейтронной пористости. Предложенные технические средства и технология поверочных работ легко реализуются в условиях производственных баз геофизических предприятий.

Методами решения поставленных задач являютея:

— обобщение опыта применения нейтронного каротажа для оценки пористости нефтегазовых коллекторов;

— анализ погрешностей определения пористости, обусловленных влиянием нестандартности серийной аппаратуры НК;

— теоретические и экспериментальные исследования, связанныес разработкой системы метрологического обеспечения серийной аппаратуры НК;

— разработка методических инструкций и технических средств метрологического обеспечения серийной аппаратуры НК".

Апробация работы, публикации. Апробация разработанных методик и средств поверки и калибровкиоднозондовой аппаратуры НКпроводилась путем обработки материалов по скважинам, исследованным до и после их внедрения.

Сравнением примернопо 200 скважинам трех районов (Оренбург, Ишимбай, Удмуртия) показано, что в результате внедрения качество материалов значительно улучшилось и в большинстве случаев отвечает требованиям, предъявляемым к диаграммам НК при количественной интерпретации.

Материалы диссертации докладывались: на научно-технической конференции молодых геофизиков и геологов Азербайджана «Перспективы развития геолого-разведочных и буровых работ с цель» интенсификации добычи нефти в Азербайджане" (г.Баку, 24−25 мая 1979 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции «Геофизическое приборостроение и метрологическое обеспечение геофизических работ» (гЛенинград, 18−22 апреля 1982 г.), на 2-ой научно-технической конференции молодых специалистов Тюменского геофизического треста (г.Тюмень, 26−30 апреля 1982 г.), на краевой научно-технической конференции «Пути повышения эффективности геофизических исследований скважин в Красноярском крае» (г.Красноярск, 14−16 декабря 1982 г*), а также на научно-технических советах промыслово-геофи&ических предприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в 5 научных отчетах ВНИИГИС и 6 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения и содержит 86 страниц текста, 25 рисунков, 19 таблиц и список литературы с 54 названиями.

Выводы к главе 4.

1. На основании ранее сформулированных требований (глава 2) была разработана конструкторская документация на поверочную установку для однозондовой аппаратуры НК для баз геофизических предприятий.

2. Основной элемент поверочной установки — имитаторы пористых пластов — изготовлены в опытном производстве ВНИИГИС в количестве 150 комплектов, аттестованы базовой метрологической организацией отрасли — ВНИИЯГГ и переданы в производственные предприятия .

3. Для аттестации ИПП построены и аттестованы Госстандартом СССР Государственные стандартные образцы водонасыщенной пористости.

4. По результатам скважинных измерений, выполненных несколькими геофизическими предприятиями страны, доказано, что разработанная методика поверки и калибровки аппаратуры обеспечивает её стандартизацию.

5. Предложенная методика калибровки аппаратуры обеспечивает единство масштабирования диаграмм нейтронного каротажа.

6. По результатам скважинных измерений подтверждено, что погрешность воспроизводимости диаграмм НГК снижается, примерно в 4 раза.

7. Составлены и утверждены «Методические указания по проведению поверки аппаратуры нейтронного, каротажа», распространяющиеся на все виды однозондовой аппаратуры нейтронного каротажа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В итоге выполненных работ получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально. обоснована, разработана и внедрена на предприятиях Мингео СССР система метрологического обеспечения серийной однозондовой аппаратуры нейтронного каротажа нефтегазовых скважин ДРСТ 3.90, включающая:

— ведомственную поверочную схему с требованиями к допустимым погрешностям измерений на уровнях исходных, образцовых и рабочих средств измерений;

— исходные образцовые средства измерений — Государственные стандартные образцы пористости, обеспечивающие аттестацию образцовых СИ;

— образцовые СИ — имитаторы пористых, пластов (ИПП), обеспечивающие поверку рабочих средств измерений, — серийной аппаратуры ДРСТ 3.90;

— методику калибровки аппаратуры на базах и на скважинах.

2. В процессе проведенных исследований:

— обосновано, что допускаемая погрешность аттестации исходных образцов пористости составляет пористости при Кп?=(1−3)$ и -0,8% пористости при Кп=20#, что вдвое больше, чем считалось ранее. Это значительно упрощает создание исходных образцов;

— создана конструкция базовой поверочной установки, состоящей из емкости с пресной водой диаметром не менее I м и высотой не менее 1,2 м и двух ИПП, устанавливаемых в центре емкости. ИПП должны быть аттестованы в единицах пористости с погрешностью, не превышающей 0,7% и 1,0% при пористости ниже 10% и выше 10% соответственно;

— показано, что соответствие параметров измерительной установки рабочего прибора параметром образцового прибора, с которым снята градуировочная зависимость, может быть проконтролирована путем измерений в ИПП;

— экспериментально доказана эквивалентность ИПП реальным пластам, пересеченным скважиной по влиянию нестандартности элементов измерительной установки прибора на его характеристику, что совместно с перечисленным в п. 1 является новизной выполненной работы.

3. Исследованы 3-варианта калибровки-аппаратуры с применением переносных: ИПП, источников гамма-излучения и генератора стандартной частоты панели РК. Для реализации в широком масштабе выбран третий вариант, первый вариант рекомендован для партий и отрядов, удаленных от баз.

4. Используя результаты проведенных исследований, составлены нормативно-технические документы МИ-78 и МУ 41−06−051−84 по поверке аппаратуры на базах каротажных предприятий и калибровки её на скважине.

5. На. опытном производстве ВНИИГЖТ серийно выпущено 150 комплектов ИПП, которые переданы производственным предприятиям. По предварительным расчетам экономический эффект от внедрения составляет 1126,5 тыс. руб. в год.

6. На основании широкого производственного опробования разработанной методики доказано, что её применение позволяет снизить погрешность воспроизведения диаграмм, зарегистрированных разными приборами РК в различное время до 3,7"-4,7#, что удовлетворяет требованиям количественной интерпретации данных НК: при подсчете запасов и указывает на достийёние цели, поставленной перед диссертационной работой.