Виброакустический метод

Виброакустический метод основан на изучении вибрации верх­ней части колонны бурильных труб. В верхней части рабочей колонны с помощью специальной муфты крепится датчик, из­меряющий силу и ускорения продольных колебаний. Там же обычно располагаются датчики технологических параметров (частоты вращения колонны, веса на крюке, давления бурового раствора). Датчики для измерения силы и ускорений крутиль­ных колебаний, а также вращаю­щего момента находятся в дру­гой муфте под роторным столом. Электрические связи с вращаю­щимися датчиками осуществля­ются с помощью коллекторов.

Работа  долота вызывает ме­ханические колебания бурильных труб, спектр и интенсивность которых зависят как от техноло­гических параметров (тип долота, частота его вращения, осевое давление, свойства бурового раствора и др.), так и от разновид­ности разбуриваемой породы. Поэтому метод позволяет полу­чать информацию как о горных породах, так и о работе долота. Спектр вибрации содержит составляющие, частоты которых равны произведению числа оборотов долота на число шарошек, числу ударов зубьев шарошек о породе в 1 с и т. п.

От твердости разбуриваемых пород зависят как амплитуда, так и форма вибрации, особенно уровень высокочастотных ко­лебаний (>1 кГц): чем тверже порода, тем выше их амплиту­да. Поскольку амплитуда колебаний растет также с ростом частоты и осевого давления, рекомендуют пользоваться отно­шением амплитуд в области спектра 5—10 кГц к среднему уровню сигнала (или к амплитуде колебаний в других обла­стях частот). В мягких породах сигнал по форме ближе к си­нусоиде (рис. 63); в твердых породах форма сигнала более сложная, в частности, содержит короткие «выбросы». Предпо­лагают, что эти выбросы (всплески) вызваны ударами зубьев о породу и хрупким ее разрушением.

Поскольку вибрация зависит не только от свойств пласта, но и от режима бурения, состояния долота и т. п., сопоставле­ние диаграмм скорости проходки v_б и ускорений вибрационного перемещения верхней части бурильной колонны g позволяет судить об особенностях режима бурения. Один пример совмест­ного использования диаграмм v_б и g показан на рис. 64.

Мягкие породы (например, пласт а) при оптимальной техпологий бурения должны бы отмечаться высокими скоростями бурения v_б (низкими значениями g). Однако на диаграмме I высокие значения v_б наблюдаются лишь в кровле пластов, при входе в них долота. При дальнейшем их разбуривании скорость бурения падает (см. пласт а). Это связано с тем, что режим бурения не соответствует типу разбуриваемых пород. Оказа­лось, что в данной скважине неоптимальна промывка скважины. На рис. 64 показана также диаграмма для оптимального режи­ма (кривая II) в совмещении с диаграммой для неоптимального режима (кривая I). Заштрихованы участки их расхождения, т. е. интервалы, где режим бурения не был оптимальным для соответствующих пород. Совместное изучение вибрации и кру­тящего момента полезно для обнаружения заклинивания опор шарошек долота. При этом амплитуда вибрации уменьшается, а крутящий момент резко возрастает.

Таким образом, комплекс исследований в процессе бурения дает богатую информацию как об особенностях разбуриваемых пород, так и о самом процессе бурения. Эти данные можно использовать для оптимизации режима бурения и принятия опе­ративных решений об остановке бурения для опробования пла­стов или проведения замеров другими геофизическими метода­ми (с приборами на кабеле).