Разработка автоматизированных скважинных гравиметров

Интерес к разработке и исследованию аппаратуры автоматизированного скважинного гравиметра, чему посвящена настоящая диссертационная работа, не случаен — он определен острой необходимостью широкого внедрения гравитационного каротажа (ГрК) бурящихся и эксплуатируемых скважин и неблагоприятным состоянием работ в этой области. Разработка и внедрение ГрК — давно назревшая проблема, требующая своего комплексного решения в техническом, организационном и методическом планах. Несмотря на довольно значительную предысторию, начавшуюся еще в 1940;1950;х годах /1−3/, проблема ГрК решается медленно и неэффективно.

ВЛ. Состояние средств и методов гравиметрических исследований в скважинах и обоснование актуальности выбранного направления.

Увеличение разведанных запасов минерально-сырьевых ресурсов, предусмотренное «Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и на период до 1990 года», требует выявления новых месторождений полезных ископаемых, нефти и газа, более детального изучения уже разведанных, но не исследованных районов страны, увеличения глубины объектов поисков. Это, в свою очередь, ставит задачу внедрения новых высокоэффективных методов и средств разведки, повсеместного и быстрого внедрения прогрессивных методов и рациональных комплексов геофизических исследований скважин (ГИС).

Одним из прогрессивных методов ГИС является гравитационный каротаж, который пока проводится непланомерно, эпизодически и только в опытно-методических целях. Отсутствие ГрК в комплексе ГИС отрицательно влияет на технико-экономические показатели проведения самих ГИС, качество и эффективность результатов исследований /1−21/.

Литологическое расчленение и корреляция разреза скважин, выделение пластов-коллекторов, определение характера насыщения пластов, определение основных параметров для подсчета запасов (коэффициента нефтегазонасыщенности, эффективной мощности, коэффициента пористости и др.), определение водонефтяных и водогазовых контактов, контроль технического состояния скважин и обсадных колонн — вот далеко не полный перечень вопросов, выясняемых ГИС в общем комплексе геолого-геофизических работ /22, 23/. И при этом, из-за отсутствия практики проведения, не используются данные ГрК, которые позволили бы более аргументированно подходить к задачам ГИС и решать, в частности, следующие вопросы /2, 5−10, 14, 21, 24−27/:

— выделение коллекторов,.

— быстро и сравнительно просто определять плотность горных пород в естественных условиях их залегания,.

— изучение плотности промежуточного слоя,.

— определять коэффициент пористости пород,.

— литолого-стратиграфическое расчленение разреза,.

— определение механических свойств пород,.

— повышение надежности при решении обратных задач наземной гравиразведки,.

— выявление участков, перспективных на полезные ископаемые.

Оценка коллекторских свойств, в том числе такого важного параметра как пористость, проводится, как известно /5, 28/, путем комплексного применения двух, трех и более методов каротажа, так как использование только одного какого-либо каротажа, резко снижает достоверность полученных данныхнапример, только при электрокаротаже (БК, МЕК, МК) погрешность в определении коэффициента пористости (Кп) не ниже 1Ь% при пористости 2С$ и — 21% при пористости 20−30 $- при акустическом каротаже (АК) погрешность может достигать ЗС$, при нейтронном НГК, ННК — 12% /5/. Вместе с тем, в комплексировании методов каротажа для определения Кп и других показателей коллекторских свойств пластов участвуют виды каротажа, показания которых в значительной мере зависят от диаметра скважины, сопротивления и плотности бурового раствора, толщины глинистой корки, толщины обсадной колонны и т. д., и не участвует ГрК, свободный от этих недостатков. Не в малой степени это является причиной тому, что некоторые данные ГИС дополнительно уточняются путем изучения кернов /22/.

Сложившееся отношение к ГрК — признание его необходимости, широких возможностей и, в то же время, его отсутствие в комплексе проводимых ГИС /29−33/, начинает проясняться при анализе состояния существующих средств ГрК — очень медленно и малоэффективно развивавшихся в условиях интенсивного развития и внедрения множества других методов ГИС. Хотя задачи, относящиеся к проблематике ГрК, на практике все равно приходится решать, но уже прибегая к косвенным способам — к различным методам интерпретации данных наземной гравиметрической съемки, создавая модели, используя корреляционные методы и т. д. с конечной целью изучения глубинных слоев и определения границ аномальных структур /34−42/, в то время, как эти вопросы могли быть решены на довольно твердой основе при внедрении ГрК.

Подземная гравиметрия в нашей стране берет начало с предложения А. П. Казаненко и Б. А. Поклада в 1936 году о целесообразности применения гравиметрии в подземных условиях с разведочными целями /43/. Однако, появление скважинной гравиметрии как метода каротажа, связано с именем П. И. Лукавченко /I, 2, 7, 10/, который разработал основы теории ГрК и начал практику его проведения. Им впервые в СССР в 1941 году в одной из шахт Курской магнитной аномалии были проведены измерения силы тяжести для определения плотности пород в естественных условиях их залегания /2/. Эти работы были продолжены в 1949;1951 годах К. В. Гладким в одной из угольных шахт Кузбасса, и в 1952 году самим П. И. Лукавченко в шахтах Донбасса до глубины 750 м /2, 44/. С 1952 года и начинается опытно-методическая работа по применению гравиразведки в горных выработках, которые в последующем привели к обнаружению рудных тел, оконтуриванию известных, открыванию новых рудных залежей /43, 45/. Для выполнения подземных гравиметрических измерений на разрабатываемых месторождениях заводом «Геологоразведка» в дальнейшем была выпущена разовая партия шахтного гравиметра ПИ-1 /46/.

К этому периоду относится и интерес зарубежных специалистов к реализации идей скважинной гравиметрии /47/ о теории которой сообщалось ранее /3/. Однако поиски затянулись более чем на 12 лет /47/.

В СССР впервые скважинные измерения силы тяжести были проведены в 1958 году с помощью разработанного во ВНИИГеофизике опытного образца скважинного гравиметра с внешним диаметром 175 мм на базе ГАК-ЗМ в экспериментальной скважине ВНИИГеофизики в Раменс-ком и Гипронефтемаше в Москве, которые дали удовлетворительные результаты (средняя квадратичная ошибка 0,3−0,6 мГал) /II, 44/. Более совершенный скважинный гравиметр ГСК-150, также разработанный во ВНИИГеофизике, в 1961 и 1962 годах был испытан в скважин-ных условиях /II/. Дальнейшее совершенствование гравиметра шло в основном по пути уменьшения габаритов корпуса с чувствительной системой, диаметра снаряда и привело к созданию скважинных гравиметров ГСК-130, ГСМ-130, с помощью которых в 1964;1967 годах в 8-ми скважинах различных месторождений до глубин 2 км проводился гравитационный каротаж /4, 10/. По данным гравикаротажа определялась плотность породконтрольные замеры по кернам отличались не более, чем на 0,07 Г/см3.

Приблизительно в этот период в зарубежной технике, после почти 12 лет безрезультатных исследований по созданию скважинного гравиметра, были проведены первые успешные измерения в скважинах /5, 8, 9, 25, 26, 47/. Примечательным является практическая результативность первых же опытов измерений. Так, в /25/ сообщается, что по результатам ГрК одной из скважин был определен интервал перфорации в другой скважине на расстоянии 150 м от первой и целый год бездействующейскважина дала нефть, хотя ранее были 3 перфорации не давшие результата. Хорошие результаты получились также при поисках рифогенных ловушек — приуроченные к ним месторождения нефти и газа характеризуются значительными дебитами и высокой нефтеотдачей коллекторов /48/. Все это свидетельствует о больших возможностях ГрК и к 1965 году с помощью имеющихся в США 2−3 скважинных гравиметров удалось измерить силу тяжести в 20−30 глубоких скважинах до глубин 4,5 км /47/.

Хорошие результаты первых наблюдений в скважинах в СССР и за рубежом подтверждали ожидания специалистов и работы по совершенствованию гравиметров и расширению их применения продолжались. В СССР параллельно с опробированием опытных образцов ГСК-130 и ГСМ-130, во ВНИИГеофизике разрабатывался гравиметр с меньшим диаметром ГСК-П0 и уже в 1970 году для выяснения эффективности сква-жинной гравиразведки, ВНИИГеофизика и Камский филиал ВНИИГНИ впервые для Пермского Прикамья провели гравитационный каротаж в трех скважинах с гравиметрами ГСК-130 и ГС-П0 /18/. Новый гравиметр ГС-П0 проходил испытания и осваивался в различных районах страны, в том числе в скважинах Западно-Сибирской равнины, где в 19 721 978 годах на различных площадях проводились глубинные измерения силы тяжести /49/.

С внедрением ГС-ПО, одновременно оценивались его достоинства и недостатки. Для максимального приближения гравиметра к производственным условиям и расширения географии его применения было предложено вместо семижильного бронированного кабеля, на что расчита-на конструкция прибора, использовать трехжильный кабель, которым которым пользуется большинство каротажных организаций /50/.

Небольшое количество ГСК-130 и, в особенности ГС-ПО, выпущенное заводом «Геологоразведка» /46/, оказалось совершенно недостаточным для широкого применения ГрК, тем более для его успешного освоения, разработки окончательной методики проведения и, в конечном итоге, утверждения метода, как обязательного в комплексе ГИС. Здесь немалую роль сыграли и отдельные конструктивные недостатки гравиметра, отсутствие подходящих технических решений для борьбы с различными возмущающими факторами (микросейемы, неточности подвеса Кардана, изменения температуры, разнообразные возмущения электрического характера и т. д.)применение семижильного кабеля связи и ряд других причин, в большинстве случаев неизбежных при создании новой аппаратуры. Однако, почти приостановление выпуска, практическая невозможность технической реализации нововведений в конструкцию прибора, трудности со сборкой и настройкой чувствительной части,-все вместе привело к тому, что резко уменьшился фронт работ по осуществлению ГрК.

За это время за рубежом на базе миниатюрного гравиметра разработан скважинный гравиметр (для скважин диаметром 14см) /26/. По опубликованным материалам /8,9,25−27,47/ трудно сделать определенное заключение о состоянии ГрК, но одно становится ясным, что проблема ГрК, как таковая, удовлетворительно не решена также и за рубежом.

Отечественный опыт внедрения ГрК позволил отработать определенную методику проведения ГрК со статическими гравиметрами и интерпретацию наблюдений /2,7,11−19,21,44/. При наличии соответствующей технической базы — надежной гравиметрической аппаратуры в необходимом количестве, а также определенных организационных мероприятий, разработанная методика могла бы стать основой для широкого внедрения ГрК. Однако отсутствие требуемой для этого технической базы /46/ не позволяет вооружить геологов прогрессивным методом решения многих геолого-геофизических задач.

Из многочисленных литературных источников видно, что разработка скважинного гравиметра, отвечающего требованиям производственных измерений, относится к сложным задачам современной техники и технологии, не решенной до сих пор.

Прежде всего, скважинный гравиметр должен надежно действовать при многократном повышении давления и температуры. Размеры гравиметра ограничены диаметром и углами наклона скважины.

Но, несмотря на неблагоприятные условия, точность измерений должна быть достаточно высокой. Рабочий диапазон прибора желательно иметь порядка 500 мГал /54/.

Для определения силы тяжести в скважинах в настоящее время известно применение гравиметров двух типов: динамические (струнные) и статические (пружинные).

К достоинствам струнного гравиметра можно отнести частотный выход результатов измерений, удобный для дистационных измерений. Отмечаются малые скорости смещения нуль-пункта и долговременная стабильность показаний /8,27/. Однако, допустимые углы наклона скважины ограничены до 4 — 4,5° одно измерение требует интервала времени порядка 20 мин.

Из имеющихся сообщений в печати видно успешное применение за рубежом струнных гравиметров, хотя одновременно проводится разработка статических скважинных гравиметров /8/, обладающих более высоким быстродействием, большими допустимыми углами наклона, лучшей виброзащищенностью.

В нашей стране разработанные скважинные гравиметры изготавливаются из плавленного кварца, обладающего высоким качеством упругих свойств, простотой защиты от влияния внешних помех /51−54/.

Измерительные устройства разработанных гравиметров либо используют упругую силу пружин, деформацию которых измеряют микрометрическим измерительным устройством снабженным электрическим приводом, либо компенсация осуществляется при помощи электростатических сил. На базе первого измерительного устройства создан электромеханический скважинный гравиметр (ГС-ПО), на основе второго — электростатический (ГСЭ). Обе конструкции расчитаны на работу с семижильным кабелем до глубины 3 кмдопустимые углы наклона скважины составляют 6−8°, диапазон измерений без перестройки у электромеханического гравиметра составляет величину порядка 200* 250 мГал, у электростатического — 804−100 мГал.

Несмотря на такие существенные достоинства ГСЭ как портативность, отсутствие тепловых влияний двигателя, простота конструкции измерительного устройства, высокое быстродействие, отсутствие в чувствительной системе перемещающихся масс, параллельно разрабатывается электромеханический гравиметр, обладающий всеми перечисленными выше недостатками. Объясняется это очень важным преимуществом электромеханического гравиметра — высокой помехоустойчивостью измерительного механизма, а также более широким диапазоном измерений и линейностью измерительной шкалы.

В то же время несовершенство системы связи наземной и сква-жинной части, управления процессом компенсации, отсутствие современной элементной базы по существу сводит на нет главное преимущество электромеханического гравиметра. Так, например, регистрация перемещений чувствительного элемента осуществляется с помощью гальванометра, подключенного через многокилометровый кабель, сильно изменяющий свои параметры в процессе измерений /55/ к дифференциально включенным фотоэлементам. Увеличение светового потока осветителя увеличивает температурные погрешности, снижение приводит к недостаточной чувствительности, увеличению погрешностей субъективного характера.

Все перечисленные выше недостатки целиком относятся и к электростатическому гравиметру, имеющему некоторые дополнительные особенности. Проведенные во ВНИИГеофизике исследования по усовершенствованию электростатических гравиметров позволили выявить изменение во времени цены деления у приборов, находящихся под воздействием постоянного напряжения /51/, которое объяснялось явлением поляризации. Для устранения этого недостатка был предложен метод смены полярности питающего напряжения с повторной установкой чувствительного элемента в исходное положение и определение силы тяжести как средней величины из двух измерений /52/.

Однако различие величин питающих напряжений разной полярности приводит к различным условиям поляризациидвухкратная установка чувствительного элемента в исходное положение снижает быстродействие измерений.

Отсутствие исследований влияния других помех (электромагнитные влияния в линии связи, утечки в изоляции жил, контактные разности потенциалов и др.) оказывающих ощутимое влияние на погрешность измерения увеличивают трудности в оценке возможностей, области применения электростатических гравиметров.

Некоторые практические нововведения в схему существующего гравиметра ГС-ПО введенные в СНИИГГ и МСе /50/, позволяющие использовать более широкораспространенный трехжильный кабель связи, не только не избавляют ГС-ПО от присущих ему недостатков, но и ухудшают режим работы (во время процесса компенсации положение чувствительного элемента не регистрируется, возникают тепловые возмущениях при коммутациях цепи осветителя и др.), хотя решение этого вопроса на необходимом техническом уровне является важным условием повышения экономической эффективности ГрК, расширения объема работ.

Более рациональное использование жил имеющихся каротажных кабелей диктуется также давно назревшей необходимостью расширения функциональных возможностей скважинных гравиметров. Решение многих задач по созданию новых высокоточных систем нивелирования, расширению диапазона измерений и др. требует создания дополнительных каналов связи между наземной и скважинной частью. В условиях ограниченного количества жил кабеля надежность такой многоканальной системы в первую очередь определяется совершенством организации связи и рациональным распределением отдельных элементов и узлов гравиметра между наземной и скважинной частями с учетом особенностей примененного измерительного устройства.

Важнейшим узлом скважинного гравиметра является система нивелирования корпуса с чувствительной системой. Влияние ошибок систем нивелирования на погрешность измерения хорошо известно /54/. Из предложенных систем нивелирования /56, 57/ подходящим в скважинных условиях оказался только подвес Кардана.

Отсутствие исследований по разделению погрешностей, вносимых системой нивелирования и другими узлами гравиметра, не позволяет объективно оценить ни работу существующих систем нивелирования, ни чувствительных систем в условиях реальной скважины, хотя косвенным путем по изменениям чувствительности гравиметра в процессе измерений удается наблюдать и оценивать неудовлетворительную работу существующих подвесов.

Не менее важной проблемой является дальнейшее расширение допустимых углов наклона скважины. Решение этого вопроса позволит увеличить надежность измерений (уменьшить число бракуемых точек) и расширить сеть исследуемых скважин.

Расширению диапазона измерений в скважинах постоянно уделяется большое внимание /51,54/, т.к. диапазон измерений существующих скважинных гравиметров не удовлетворяет производственным не-обходимостямручная перестройка значительно снижает производительность труда. В связи с этим во ВНИИГеофизике был предложен метод дистанционной перестройки диапазона электростатических гравиметров /51/ для которых эта проблема стоит особенно остро. Перестройка здесь осуществляется применением микровинта и электрического привода, в результате чего утрачивается одно из важнейших преимуществ электростатического гравиметра — малые габариты. Трудно назвать подобное техническое решение удачным. Большой интерес представляют также исследования по созданию скважинных гравиметров с электромагнитным подвесом, обладающим, как известно, /58/ такими преимуществами как высокая чувствительность, быстродействие.

Разработка скважинных гравиметров с одножильным кабелем связи позволит проводить измерения на морских скважинах, расположенных на отдельных основаниях, уменьшить влияние собственного веса кабеля (относительного удлинения) при исследовании глубоких скважин.

Таким образом, исследования, направленные на создание помехоустойчивой системы связи между наземной и скважинной частями электромеханического, электростатического гравиметров, использование трехжильного кабеля, автоматизацию процесса компенсации, повышение помехоустойчивости электростатического преобразователя, повышение точности нивелирования и увеличение допустимых углов наклона, расширение диапазона измерений, увеличение точности, чувствительности регистраций перемещений чувствительного элемента с одновременным уменьшением его влияния на погрешность, разработку электромагнитного скважинного гравиметра, скважинного гравиметра на одножильном кабеле связи, являются весьма актуальными.

В данной диссертационной работе перечисленные выше проблемы решаются путем их детального исследования и определения на базе этих исследований оптимального решения с учетом производственных требований, достижений науки и техники в области геофизического приборостроения, автоматического контроля, управления, техники связи. Аппаратура скважинной гравиметрии рассматривается как единая замкнутая система измерения, контроля и управления, в которой исходя из особенностей гравиметра предусматриваются элементы адаптивного и програмного режимов работ. Разнообразие конкретных производственных ситуаций, касагащихся выбора типа кабеля по числу жил, качества изоляции, и стремление приблизить ГрК к широкому практическому внедрению определили необходимость проведения исследований по созданию скважинных гравиметров, работающих с семи-, трехи одножильным кабелем связи.

Таким образом, выполненные исследования по созданию автоматизированных скважинных гравиметров в достаточной мере решают задачу, ограничивающую широкое применение ГрК.

В.2. Общая характеристика работы.

Цель работы — проведение теоретических и экспериментальных исследований по разработке и созданию на базе статических гравиметров автоматизированной аппаратуры для гравиметрических исследований в скважинах.

Научная новизна. Разработан и исследован автоматизированный скважинный гравиметр с электромеханическим измерительным устройством на трехжильном кабеле связи.

Разработан и исследован автоматизированный скважинный гравиметр с электростатическим измерительным устройством на трехжильном кабеле связи.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования по расширению диапазона измерений силы тяжести в скважинах.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования по увеличению допустимых углов наклона скважины и точности работы систем нивелирования корпуса с чувствительной системой.

Проведены исследования перспективных направлений развития аппаратуры ГрК — электромагнитного скважинного гравиметра, электромеханического скважинного гравиметра с одножильным кабелем связи, универсального вычислительного комплекса по обработке данных и управлению.

Практическая ценность главным образом определяется завершенностью проводимых научно-исследовательских работ до разработки реально действующих и прошедших лабораторные и скважинные испытания автоматизированных скважинных гравиметров двух различных модификаций, проведением необходимых расчетов всех предложенных технических тэешений.

•V.

Обоснована перспективность построения скважинных гравиметров на основе статических чувствительных систем.

Разработаны методы улучшения основных технических характеристик скважинных гравиметров — увеличения точности, быстродействия, углов наклона, диапазона измерений, уменьшения числа жил в кабеле связи.

Реализация в промышленности. Разработанные скважинные гравиметры прошли промышленные испытания на подземном газохранилище в Щелково, на морской скважине в Сангачалах и на скважине острова Песчаный (Баку). На основании договора о внедрении законченной научно-технической разработки, заключенного между Азербайджанским институтом нефти и химии им. М.Азизбекова и трестом «Каспнефтегаз-геофизразведка», а также указанным трестом и НПО «Нефтегеофизика», были проведены с 1982 по 1984 г. г. комплексные испытания автоматизированных скважинных гравиметров с трехжильным кабелем связи двух типов — электромеханического и электростатического, новой системы нивелирования с целью последующей передачи указанной аппаратуры для проведения промышленных работ. В испытаниях принимали участие представители ВНИИГЕофизика (Москва) — заказчика разработанной аппаратуры.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в докладах и сообщениях на Всесоюзной научно-технической конференции «Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей» (Ульяновск, 1978) — П Республиканской научной конференции аспирантов ВУЗов Азербайджана (Баку, 1979) — IX Всесоюзной научно-технической геофизической конференции «Состояние и пути повышения эффективности геофизических работ в Сибири и на Дальнем Востоке» (Красноярск, 1980) — научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Азербайджанского института нефти и химии им. М.Азизбекова по итогам выполнения научно-исследовательских и хоздоговорных работ (г.Баку, 1978;1983) — на научном гравиметрическом семинаре ВНИИГео-физика (Москва, 1984).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 10 печатных трудах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 102 наименований и приложения. Основная часть работы содержит 112 страниц машинописного текста, 41 рисунков и 6 таблиц.

25. Основные результаты ГрК с разработанными гравиметрами были получены в скважине № 6 о.Песчаный. Понижением плотности на 0,1−0,15г/см3 четко выделяются песчаники — коллектора в V и VI горизонтах верхнего отдела продуктивной толщи, а также коллектора I//// и горизонтов балаханской свиты.

26. Значительные трудности при измерениях в скважинах создают «залипания» чувствительного элемента, наблюдавшиеся в различной степени у всех испытанных чувствительных систем. Необходимо проведение специальных исследований по их устранению, а также улучшению температурного режима работы кварцевых чувствительных систем.

27. На базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований определены некоторые пути дальнейшего усовершенствования скважинных статических гравиметров. Показано, что с использованием микропроцессорной техники возможно увеличение точности измерений, быстродействия, объема автоматически выполняемых операций разработанными скважинными гравиметрами.

28. Создание скважинного гравиметра, способного работать совместно с одножильным каротажным кабелем позволит проводить ГрК на морских скважинах, расположенных на отдельных основаниях и оснащенных только одножильным кабелем, повысить экономическую эффективность ГрК. Обосновано, что подходящим для работы в этом режиме является электромеханический скважинный гравиметр, разработана структурная схема.

29. Проведен теоретический анализ нового типа статического гравиметра с электромагнитным подвесом. На основании проведенных исследований сделан вывод о возможности создания скважинного гравиметра с электромагнитным подвесом, в котором эталон формируется за счет непрерывного сравнения с силой тяжести на поверхности с помощью аналогичного электромагнитного подвеса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации можно сформулировать следующим образом.

1. Определено, что скважинные гравиметры, построенные на базе статических чувствительных систем обладают высоким быстродействием, подходящими габаритами корпуса с чувствительной системой. Это позволяет считать их перспективными для проведения ГрК.

2. Реальной предпосылкой в создании совершенной аппаратуры ГрК является использование существующих чувствительных систем с телеуправлением — электромеханических и электростатических при максимальном приближении режима их работы, конструктивных элементов к скважинным условиям и требованиям автоматизации.

3. Разработка скважинного гравиметра, работающего совместно с трехжильным кабелем связи позволяет с одной стороны увеличить экономическую эффективность ГрК, с другой, — при наличии кабеля с большим числом жил расширить функциональные возможности скважинного гравиметра.

4. Скважинный гравиметр с электромеханическим измерительным устройством, обладая такими недостатками как громоздкость, наличие тепловых влияний двигателя, перемещающихся масс, низкое быстродействие получения отсчета, одновременно является наиболее по-мехозащищенной системой по отношению к линейным помехам, изменению параметров кабеля.

5. Определено, что основные характеристики управления электромеханическим гравиметром — быстродействие, перерегулированиезависят от инерционности датчика скорости вращения исполнительного двигателя. Разработан быстродействующий датчик скорости вращения двигателя на новом принципе, использующий пульсации в цепи якоря машины постоянного токаобоснован выбор режима работы, дан расчет коммутационных процессов.

6. Установлено, что основным фактором, определяющим точность установки чувствительного элемента в исходное положение является способность следящей системы гравиметра поддерживать скорость вращения двигателя на уровне, заданном эталоном. Разработана следящая система гравиметра ГС-ПО-З, обеспечивающая оптимальный процесс установления скорости вращения двигателя, а также учитывающая обособленный режим работы гравиметра — подвод чувствительного элемента к исходному положению с одной стороны.

7. В результате проведенных исследований разработан электромеханический скважинный гравиметр с трехжильным кабелем связи и автоматической компенсацией изменений силы тяжести.

8. Электростатический скважинный гравиметр обладает значительными преимуществами перед электромеханическим — отсутствие двигателя, перемещающихся масс в системе, высокое быстродействие измерительного устройства, меньшие габариты корпуса с чувствительной системой, что позволяет отнести данный тип гравиметров к более перспективным для ГрК совместно с трехжильным кабелем связи.

9. Проведен анализ помехозащищенности электростатического измерительного устройства. Установлено, что при наличии постоянной составляющей в управляющем напряжении определяющей помехой является поляризация упругих элементов чувствительной системы. Предложен и реализован метод управления электростатическим преобразователем знакопеременным импульсным напряжением симметричной формы, позволяющий устранить погрешность, связанную с поляризацией и повысить быстродействие определения каждого отсчета.

10. Установлено, что введением параметрической обратной связи в регуляторе система управления электростатического гравиметра из нелинейной преобразуется в линейную. Синтезирована гследящая система с оптимальными переходными процессами установки чувствительного элемента в исходное положение.

11. В результате проведенных исследований разработан электростатический скважинный гравиметр с трехмильным кабелем связи и автоматической компенсацией изменений силы тяжести.

12. Диапазон измерений без перестройки у существующих сква-жинных гравиметров ограничен величинами 80 7 100 мГал для электростатического и 200 7 250 мГал для электромеханического гравиметра. Недостаточный диапазон измерений снижает экономическую эффективность ГрК из-за необходимости частых извлечений чувствительной системы из снаряда с целью перестройки.

13. Предложен способ расширения диапазона измерений силы тяжести в скважинах преобразованием электрической силы в упругую, подходящий для обоих типов гравиметров — электростатического и электромеханического. Приведен теоретический анализ и результаты экспериментального исследования макета с расширением диапазона указанным методом.

14. Предложен способ расширения диапазона измерений силы тяжести в скважинах вдвое поочередным использованием двух электростатических преобразователей с противоположно направленным действием сил, разработано управляющее устройство реализующее метод.

15. Разработана методика синтеза электростатического преобразователя скважинного гравиметра с оптимальными параметрами. Показано, что для заданных величин диапазона измерений, погрешностей определения силы тяжести и напряжения существуют оптимальные значения цены деления электростатического преобразователя и максимального напряжения на нем.

16. Установлено, что пределы расширения диапазона электростатического преобразователя определяются стабильностью регистратора перемещений чувствительного элемента и допустимой погрешностью измерений. Предложен метод увеличения стабильности нуля фотоэлектрического преобразователя введением в систему выпуклого зеркала.

17. Существующая система нивелирования корпуса с чувствительной системой (подвес Кардана) обладает недостаточным диапазоном допустимых углов наклона. Допустимый угол наклона в скважине изменяется в зависимости от направления наклона.

18. Предложена новая система нивелирования корпуса с чувствительной системой на базе вращающейся рамки с электрическим приводом вращения, позволяющая вдвое расширить диапазон допустимых углов наклона, обладающая независимостью угла наклона от направления, снабженная системами телеконтроля и телеуправления.

19. Установлена возможность нивелирования в двух различных режимах — с управлением по сигналам дополнительного датчика вертикали и по свойствам чувствительной системы статического гравиметра путем определения положения минимальной чувствительности к наклону в процессе вращения рамки.

20. Проведен теоретический анализ и экспериментальная проверка основных характеристик новой системы нивелирования. Показано, что характеристика управления в обоих режимах зависит от угла отклонения оси рамки от вертикали, а при нивелировании по свойствам чувствительной системы, — и от ее параметров. Быстродействие системы и точность связаны с коэффициентом редукции привода вращения. Корпус с чувствительной системой выгодно ориентировать в рамке так, чтобы ось шарниров рамки совпадала по направлению с осью вращения чувствительного элемента.

21. Система нивелирования без дополнительного датчика вертикали имеет более простую конструкцию скважинной части, позволяет на каждой точке осуществлять установку минимальной чувствительности к наклонам и является подходящей для гравиметров с быстродействующим измерительным устройством, к которому относится электростатический.

22. Результаты лабораторных и скважинных испытаний разработайных автоматизированных скважинных гравиметров — электромеханического и электростатического показывают, что по сравнению с ручным управлением погрешность единичного наблюдения снижается в 2−3 раза, быстродействие возрастает в 2−5 раз в зависимости от условий измерений, субъективных особенностей оператора.

23. Погрешность единичного измерения в скважинах в различных рейсах изменялась от 0,06 мГал до 0,27 мГал в зависимости от длины рейса, скважинных условий (углы наклона, температуры), качества работы примененной системы нивелирования.

24. При измерениях плотности 10 метрового слоя воды на морской скважине № 124 в Сангачалах была получена величина плотности 1,08 г/см3. Измерения были проведены гравиметром с ценой деления 0,037 мГал/имп, погрешность среднего составила ±0, 047 мГал, ошибка в определении плотности 10 метрового слоя составила ±0,07г/см3. Результаты свидетельствуют о надежности метода ГрК при определении плотности.