Геофизические исследования скважин

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Геофизи́ческие методы иссле́дования сква́жин - комплекс физических методов, используемых для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах, а также для контроля технического состояния скважин. Геофизические исследования скважин делятся на две весьма обширные группы методов - методы каротажа и методы скважинной геофизики. Каротаж, также известный как промысловая или буровая геофизика, предназначен для изучения пород непосредственно примыкающих к стволу скважины (радиус исследования 1-2 м). Часто термины каротаж и ГИС отождествляются, однако ГИС включает также методы, служащие для изучения межскважинного пространства, которые называют скважинной геофизикой.

Исследования ведутся при помощи геофизического оборудования. При геофизическом исследовании скважин применяются все методы разведочной геофизики.

Классификация методов ГИС[править | править вики-текст]

Классификация методов ГИС может быть выполнена по виду изучаемых физических полей. Всего известно более пятидесяти различных методов и их разновидностей.

Название групп методов Название методов
Электрические метод естественной поляризации (ПС)
методы токового каротажа, скользящих контактов (МСК)
метод кажущихся сопротивлений (КС), боковое каротажное зондирование (БКЗ) и др.
резистивиметрия
метод вызванных потенциалов (ВП)
индуктивный метод (ИМ)
диэлектрический метод (ДМ)
Ядерные гамма-метод (ГМ) или гамма-каротаж (ГК)
гамма-гамма-метод (ГГМ) или гамма-гамма-каротаж (ГГК)
нейтронный гамма-метод (НГМ) или каротаж (НГК)
нейтрон-нейтронный метод (ННМ) или каротаж (ННК)
Термические метод естественного теплового поля (МЕТ)
метод искусственного теплового поля (МИТ)
Сейсмоакустические метод акустического каротажа
сейсмический каротаж
Магнитные метод естественного магнитного поля
метод искусственного магнитного поля

Электрические методы[править | править вики-текст]

Включают в себя каротаж сопротивлений: кажущегося сопротивления (КС) -измерение удельного сопротивления горных пород; Боковой каротаж (БК) — разновидность КС экранированными электродами и их микрозондовые модификации КС МЗ и БК МЗ; Применяются различные виды токовых каротажей ТК. К электрическим так же можно отнести индукционный каротаж ИК-измерение удельной проводимости горных пород при помощи катушек индуктивности. Метод измерения и интерпретации естественных электрических потенциалов горных пород в скважинах или каротаж методом самопроизвольной поляризации (ПС).

Относительно ПС. В Узбекистане при исследовании скважин методом ПС перед двумя разрушительными землетрясениями в районе города Газли были замечены отклонения диаграмм ПС.

Методы электрического каротажа, основанные на дифференциации горных пород по УЭС, называют методами сопротивления. Их реализуют с помощью измерительных установок — зондов. Существуют нефокусированные и фокусированные зонды.

Электрический каротаж нефокусированными зондами

Электрический каротаж нефокусированными зондами получил название метода кажущегося сопротивления (КС). Обычно зонды КС трехэлектродные. Четвёртый электрод заземляют на поверхности. Два электрода, обозначаемые буквами А и В, соединяют с генератором тока, два других — М и N — включают на вход измерителя разности потенциалов. Иногда в скважину помещают все четыре электрода или только два А и М. Электроды А и В питают переменным током низкой частоты, что позволяет исключить влияние на измеряемый сигнал постоянных или медленно меняющихся потенциалов электрохимического происхождения. Поскольку диапазон частот, применяемых в методе КС, как и в других электрических методах, не превышает нескольких сотен герц, теория метод базируется на законах постоянного тока.

Существуют следующие модификации метода КС: вертикальное профилирование одиночными зондами, боковое каротажное зондирование, микрозондирование, резистивиметрия. Две первые модификации можно называть макро-, две последние микромодификациями. Условно к макромодификациям метода КС относят так же токовый каротаж.

Прямая задача метода КС требует найти связь между известными параметрами породы скважины, источников тока и измеряемыми значениями и . Где — кажущиеся УЭС пропорциональное показанию первой производной градиент-потенциала зонда, — кажущиеся УЭС идеального градиент-зонда. Для решения этой задачи применяют аналитические методы, методы физического и математического моделирования.

Обработка диаграмм может включать нормировку данных, приведение их к определённой системе отсчёта, статистическую обработку с оценкой доверительных интервалов, фильтрацию, приведение результатов к определённым глубинам, устранение аппаратурных помех и т. д. Важным этапом обработки является нахождение границ пластов и снятие показаний с диаграмм. Геофизическая задача заключается в определении искомых физических параметров на основе решения обратной задачи данного метода. Геологическая интерпретация заключается в определении геологических характеристик разреза.

Выше указывалось, что существуют две макромодификации метода КС: вертикальное профилирование одиночными зондами и БКЗ. Измеряемое одиночными зондами УЭС в общем случае кажущееся. Поэтому вертикальное профилирование применяют для нахождения границ пластов, а в благоприятных случаях для литологического расчленения разрезов, выявления нефтегазовых или водонасыщенных коллекторов, отложений угля, руд и других полезных ископаемых, отличающихся по своему удельному сопротивлению от вмещающих пород. Для определения количественных характеристик — коэффициентов пористости, нефтегазонасыщенности, зольности и т. д. — используют результаты геофизической интерпретации данных БКЗ и уточненные для конкретных отложений петрофизические зависимости. Методика БКЗ позволяет так же выяснить, проницаем ли пласт по факту наличия или отсутствия у него зоны проникновения.

Существуют две микромодификации метода КС — микрозондирование и резистивиметрия. Микрозондирование (МКЗ) состоит в детальном исследовании ближней зоны потенциал- и градиент-зондами существенно меньшей длины, чем при макромодификациях метода КС. Данные микрозондирования служат для детального расчленения разрезов скважин, уточнения границ и выделения тонких прослоев. Ризистивиметрия служит для определения удельного сопротивления промывочной жидкости. Её выполняют градиент-зондами столь малой длины — резистивиметрами, что влиянием стенок скважины можно пренебречь.

Методы электрического каротажа с фокусированными зондами

Влияние скважины и вмещающих пород может быть в значительной степени преодолено за счёт применения фокусированных зондов. Метод, основанный на применении зондов с фокусированной системой питающих электродов, называют боковым каротажем (БК). Существуют его 7-ми, 9-ти и 3-х электродные модификации. Рассмотрим 7-ми электродный зонд. Линии тока растекаются от трех точечных питающих электродов, напряжение на которые подано в одинаковой фазе. Видно, что применение такой системы позволяет не только сфокусировать ток центрального электрода в пласт, но и обеспечить высокую разрешающую способность по вертикали. Семиэлектродные зонды предназначены преимущественно для изучения неизменной части пласта. Наряду с этим существуют 9-ти электродные зонды, предназначенные для изучения зоны проникновения. Трудности создания сложных электронных устройств в ограниченных габаритах скважинного прибора привели к распространению трехэлектродных зондов БК, не требующих применения автоматических компенсаторов и управляемых генераторов.

Боковой микрокаротаж (БМК) основан на применении микрозондов с фокусировкой тока. Показания зондов БМК менее искажены влиянием глинистой корки и промывочной жидкости (ПЖ). Скважинные приборы, содержащие несколько расположенных по окружности прижимных устройств, на каждом из которых размещен зонд БМК, называют пластовыми наклономерами. По вертикальному сдвигу диаграмм, зарегистрированных с помощью входящих в наклономер зондов, можно оценить наклон пласта, а по показаниям встроенного в скважинный прибор инклинометра — азимут угла падения.

Задачи, решаемые методом БК, связаны с его высокой разрешающей способностью по вертикали и возможностью получения удовлетворительных результатов при больших отношениях . Где — УЭС породы, а — УЭС промывочной жидкости. В благоприятных условиях метод БК позволяет осуществить детальное расчленение разреза, оценить его литологию, выделить пласты-коллекторы, определить их коллекторские свойства. При отсутствии зоны проникновения или понижающей зоне эффективность БК значительно выше, чем у метода КС.

Ядерно-геофизические методы[править | править вики-текст]

К ним относятся различные виды каротажа, основанные на изучении естественного гамма-излучения и взаимодействия вещества горной породы с наведенным ионизирующим излучением.

  • Гамма-каротаж (ГК) — один из комплексов методов исследований скважин радиоактивными методами. ГК исследует естественную радиоактивность горных пород по стволу скважин.
  • Нейтронный каротаж. Сущность нейтронных методов каротажа сводится к облучению горных пород нейтронами. После облучения регистрируются ответные излучения:
    • либо гамма-излучение, возникшее при радиационном захвате нейтрона ядром вещества породы (нейтронный гамма-каротаж)
    • либо поток нейтронов первичного излучения дошедших до детектора-методы ННК (нейтрон-нейтронный каротаж).

Оба метода можно использовать при определении водородосодержания в породе, её пористости.

  • Гамма-гамма каротаж (ГГК) основан на измерении характеристик гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород внешними источниками гамма-излучения.

Сейсмоакустические методы[править | править вики-текст]

Акустический каротаж[править | править вики-текст]

Акустическим каротажом (АК) называют методы изучения свойств горных пород по измерениям в скважине характеристик упругих волн ультразвуковой (выше 20 кГц) и звуковой частоты. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же среде.

Газовый каротаж[править | править вики-текст]

Основан на анализе содержания в буровом растворе газообразных или летучих углеводородов.

Термокаротаж[править | править вики-текст]

Измерение и интерпретация температурного режима в скважине с целью определения целостности колонны;зон цементации и рабочих горизонтов скважины. Производится скважинным термометром. К этому виду можно отнести и исследования СТИ-самонагревающимся термоиндикатором применяемым при термоиндуктивной расходометрии.

Кавернометрия[править | править вики-текст]

Кавернометрия — измерения, в результате которых получают кривую изменения диаметра буровой скважины с глубиной — кавернограмму. Кавернограммы используются в комплексе с данными др. геофизических методов для уточнения геологического разреза скважины, дают возможность контролировать состояние ствола скважины при бурении; выявлять интервалы, благоприятные для установки герметизирующих устройств; определять количество цемента, необходимого для герметизации затрубного пространства при обсадке скважины колонной труб. Для составления кавернограмм используются каверномеры.

Так же в состав ГИС входят и другие виды работ:Различные перфорационные и взрывные работы; Работы по ГРП-гидроразрыву пласта; Свабирование (от англ. swab) - возбуждение скважины или откачка из неё жидкости посредством вакуумного поршня - сваба; Инклинометрия-определение ориентации скважины в пространстве; Различные методы опробования пластов и отбора грунта.

Контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений[править | править вики-текст]

Особняком стоят геофизические исследования в эксплуатационных нефтяных и газовых скважинах, применяемых для определения дебита скважины, технического состояния колонны, профиля притока или профиля приемистости, гидродинамических параметров пластов. При этом используют термометрию; расходометрию; барометрию; СТИ; ЛМ - локатор муфт; акустическую шумометрию; электромагнитную дефектоскопию и толщинометрию; СНГК - спектрометрический нейтронный гамма-каротаж; ИННК-импульсный нейтрон-нейтронный каротаж, гидродинамические исследования скважин (регистрация кривых восстановления уровней и восстановления давления - КВУ - КВД, гидропрослушивание) и некоторые другие виды и методы каротажей.

Литература[править | править вики-текст]

  • Калинникова М. В., Головин Б. А., Головин К. Б. Учебное пособие по геофизическим исследованиям скважин. — Саратов, 2005. — ISBN 5-292-01892-9
  • Хмелевской В. К. Геофизические методы исследования земной коры. Часть 1. — Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 1997.
  • Мейер В. А. «Геофизические исследования скважин» 1981 г.
  • Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. Москва 2002 г.
  • Техническая инструкция по проведению ГИС на скважинах при подземном скважинном выщелачивании Алмата
  • ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН. Справочник мастера по промысловой геофизике. Мартынов В. Г., Лазуткина Н. Е., Хохлова М. С., Н. Н. Богданович, А. С. Десяткин, В. М. Добрынин, Г. М. Золоева, А. И. Ипатов, К. В. Коваленко, Д. А. Кожевников, М. И. Кременецкий, В. И. Кристя, В. В. Кульчицкий, А. Н. Малев, В. Д. Неретин, В. В. Стрельченко, В. Г. Цейтлин. — Издательство «Инфра-Инженерия», 2009 г.
  • Практические аспекты геофизических исследований скважин (Т. Дарлинг). — М.: ООО «Премиум Инжиниринг», 2008.г

Ссылки[править | править вики-текст]