§ 8.1Еолого-геохимические и технологические исследования

Гёолого-геохимические и технологические исследования (ГТИ) проводят­ся в нефтяных и газовых скважинах. Объектами изучения являются: шлам, керн, промывочная и пластовая жидкости, а также технологичес­кие параметры бурения. В отличие от методов каротажа измерения проводят на поверхности при помощи комплекса датчиков, устанавлива­емых в определенных точках буровой установки.

Целью геолого-геохимических исследований является выделение пер­спективных интервалов разреза, предварительная оценка их свойств и характера насыщения. Особое место в комплексе работ занимает изучение шлама, являющегося источником прямой, непосредственной информации об изучаемом разрезе. Шлам отбирают в потоке ПЖ, вытекающей из скважины, очищают от бурового раствора и, рассмат­ривая под микроскопом, составляют его описание. Изучение размеров частиц, слагающих горные породы, называется фракционным анализом. Шлам дробят и просеивают через систему сит с ячейками разного диаметра. Физическая сущность метода заключается в том, что форма и размер частиц шлама зависят от состава разбуриваемых пород и их физико-механических свойств (плотности, твердости, трещиноватости и т. д.).

Свойство нефти и битумов люминисцировать (светиться) при го облучении ультрафиолетовыми лучами легло в основу люминисцентно битуминозного анализа, который проводится с помощью люминоскопа У легких нефтей цвет свечения—фиолетовый, синий или голубой, у тя желых—оранжевый, красный, коричневый. Интенсивность и цвет свече- ния позволяют установить наличие, оценить содержание и определил качественный состав углеводородов в исследуемых породах.

Регистрируя, объем или давление углекислого газа, выделившегося в результате взаимодействия горной породы с соляной кислотой, опре­деляют карбонатность (содержание кальцита и доломита) пород. Благо­даря различию скоростей реакций кальцита и доломита с холодной и подогретой кислотой можно установить их раздельное содержание. Определение плотности пород по шламу проводят с целью выявления коллекторов и приближенной оценки их пористости. Для выделения продуктивных нефтегазоносных пластов анализируют количество и со­став углеводородных газов, извлекаемых из шлама.

При изучении образцов керна, отбираемых с помощью бурового оборудования или керноотборниками на кабеле, могут проводиться те же виды работ, что и при исследованиях шлама.

Не менее важное значение имеет изучение промывочной жидкости. В ре­зультате взаимодействия с разбуриваемыми породами ее свойства меняются. Информацию о геологическом разрезе скважины получают, наблюдая за изменением параметров ПЖ после пребывания ее в стволе скважины.

При вскрытии нефтегазонасыщенных пород ПЖ обогащается угле­водородными газами. На поверхности газы извлекают из промывочной жидкости и анализируют. Этот вид исследования называется газовым каротажем. Его основное назначение—выделение в разрезах скважин нефтегазонасыщенных пластов.

Для извлечения газов из ПЖ применяют устройство—дегазатор, устанавливаемый в желобе, по которому движется промывочная жид­кость после выхода из скважины. В дегазаторе, извлекаемый газ смеши­вается с воздухом и под действием вакуума, создаваемого насосом, газовоздушная смесь по вакуумной линии направляется к аппаратуре, предназначенной для анализа газа—газоанализатору. Для анализа газа применяются детекторы различных типов.

Чувствительным элементом термохимического детектора является терморезистор, помещенный в камеру и нагреваемый электрическим током до фиксированных значений температур 350, 550 и 850° С. Через камеру пропускают поток анализируемых углеводородных газов. 1азы, сгорая у поверхности терморезистора, повышают его температуру, а, следовательно, и сопротивление, изменение- которого пропорционально содержанию углеводородных газов в газовоздушной смеси. При 850° С сгорают все углеводородные газы и водород, при 550° С—тяжелые углеводородные газы и водород, при 350° С—только водород. Таким образом можно определить состав газа.

Работа газоанализатора по теплопроводности (катарометра) основа­на на изменении сопротивления нагретого электрическим током чувст-

44

вительного элемента в зависимости от его теплоотдачи. При постоянной скорости газового потока степень охлаждения терморезистора будет определяться теплопроводностью газа и изменяться в зависимости от процентного содержания отдельных компонентов в газовой смеси.

Работа плазменно-ионизационного детектора основана на эффекте ионизации в водородном пламени молекул углеводородного газа. Водо­род при сгорании в воздушном пространстве между двумя электродами ионов не образует и электропроводность пламени низка. Возникающий в цепи электродов ионизационный ток, пропорционален количеству уг­леводородов в газовоздушной смеси.

Анализ газовоздушной смеси осуществляется также с использовани­ем хроматографа, в котором разделение газа на различные компоненты основано на свойстве некоторых веществ—сорбентов сорбировать угле­водородные газы и выделять их при нагреве. Газовоздушную смесь пропускают через сорбент, который задерживает углеводородные газы. Компоненты газов, поочередно выделяющиеся при нагревании сорбента до определенной температуры, поступают на газоанализатор, где опре­деляется,их содержание в газовоздушной смеси. Метод хроматографии позволяет определять как общее содержание углеводородных газов, так и их компонентный состав.

Термометрия ПЖ заключается в измерении ее температуры на входе в скважину и выходе из нее. Физическая сущность метода заключается в том, что породы различного типа, а также минералы, слагающие скелет породы, и флюиды, насыщающие ее, имеют неодинаковую тепло­проводность, вследствие чего при вскрытии скважиной коллектора тем­пература раствора на выходе из скважины изменяется.

При резистивиметрии измеряют сопротивление ПЖ на входе в сква­жину и выходе из нее. Изменение сопротивления происходит при вскры­тии коллекторов и поступления в ПЖ пластового флюида.

Механический каротаж основан на измерении скорости бурения или обратной ее величины—продолжительности проходки заданного посто­янного интервала. При прочих равных условиях эти параметры зависят от литологического состава пород и коллекторских свойств. Чем про­чнее породы, тем медленнее они разбуриваются. Проницаемые и мягкие породы разбуриваются значительно быстрее. Метод применяется для литологического расчленения пород и выделения коллекторов. Механи­ческий каротаж проводится путем измерения времени бурения заданного интервала проходки (0,2; 0,5; 1,0 м).

В процессе бурения при вскрытии коллекторов в случае превышения давления в скважине над пластовым (при депрессии) наблюдается про­никновение ПЖ или ее фильтрата в пласт, пр1и этом дебит жидкости, вытекающей из скважины, будет меньше, чем дебит нагнетаемой. С уве­личением толщины вскрываемого коллектора разность дебитов увеличи­вается, достигая максимума при вскрытии подошвы пласта; после чего, при дальнейшем углублении скважины, будет оставаться неизменным. Если пластовое давление больше давления в скважине (репрессия), то флюид из пласта поступает в скважину. По мере увеличения толщины

45

E^bjjmiun тш коллектора, деоит притока будет расти, достигая мак­симума при вскрытии подошвы пласта. Непрерывно наблюдая разности дебитов нагнетаемой в скважину и изливающейся на поверхности ПЖ, можно выделять пласты-коллекторы.

Информацию о вскрытии коллектора получают также измеряя объ­ем ПЖ в приемной емкости. При разбуривании непроницаемых пород объем ПЖ меняться не будет. При вскрытии коллектора картина меня­ется. Чем сильнее пластовое давление отличается от давления в скважи­не, тем значительнее будет повышение или понижение уровня ПЖ, в емкостях.

Регистрируя давление в скважине, можно также получить инфор­мацию о фильтрационных свойствах вскрываемых пород. В общем случае давление принимает максимальные значения при разбуривании непроницаемых пород и снижается при вскрытии коллекторов за счет разрядки его в поддолотном пространстве. Эти исследования называют­ся каротажем по давлению.

Использование геолого-геохимических исследований в комплексе с другими видами исследовательских работ позволяет значительно по-' высить эффективность последних при изучении геологического разреза.

Так, интервалы отбора керна, опробований и испытаний, ГИС в сква­жине намечаются до начала их строительства, и часто (если в скважине не проводятся геолого-геохимические исследования) не совпадают с ин­тервалами перспективных отложений. В некоторых скважинах большая часть керна, отобранного в процессе бурения, приходится на непродук­тивную часть разреза, в других—несвоевременно проводят ГИС, выпо­лняют недостаточное количество опробований и испытаний или испыты­вают одновременно несколько пластов с различным характером насы­щения, что может привести к неопределенности результатов исследова­ний. ГТИ позволяет уточнить интервалы проведения этих работ.

Использование результатов геолого-геохимических исследований по­зволяет оперативно корректировать существующее представление о ли­тологии и стратиграфии разреза бурящейся скважины, его коллекторс­ких свойствах. Значения пористости, нефтенасьпценности, водонасьпцен- ности горных пород, определяемые на основании данных ГТИ, часто хорошо коррелируются со значениями этих параметров, определенных по данным ГИС и изучения керна. Причем, объектом изучения геолого- геохимических исследований являются шлам и побывавшая в скважине ПЖ—«отходы» процесса бурения, тогда как на поведение других видов исследовательских работ в скважинах требуются значительные затраты средств и времени.

Рациональное комплексирование всех методов, применяемых для изучения разрезов скважин, позволяет оптимизировать процесс проведе­ния всего комплекса исследовательских работ в скважинах.

Технологические исследования проводят в целях контроля за состоя­нием породоразрушающего инструмента и ПЖ, работой элементов бурового оборудования и соблюдением предусмотренного регламента технологии бурения, для предупреждения аварий и осложнений в процес-

46 се бурения. Основное назначение технологических исследований— обес­печение оптимального режима бурения скважин.

Значительную часть технологической информации получают при проведении тех же видов работ, что и при геологических исследованиях. Так, изучение шлама позволяет иметь сведения о таких свойствах горных пород как плотность, твердость, абразивность и др. Эта информация используется при выборе типа породоразрушающего инструмента, про­ектировании режима бурения, выделении участков разреза с аномаль­ными характеристиками. Форма и размер шлама укажут на степень износа долота, режим разрушения породы (поверхностное истирание, усталостно-объемное или объемное разрушение), оказывающий значи­тельное влияние на скорость бурения (максимальные скорости бурения обычно достигаются при объемном разрушении).

Механическая скорость бурения—обобщенный параметр, характе­ризующий процесс разрушения горных пород. Она зависит не только от физических свойств разбуриваемых пород, степени износа долота и режима разрушения горных пород, но и от ряда таких технологических факторов, как режим бурения, тип и свойства применяемой ПЖ, тех­ническое состояние ствола скважины и т.д.). Из технологических фа­кторов на нее наиболее сильно влияют нагрузка на долото, частота вращения долота, расход бурового раствора, разность давлений в сква­жине и пласте. Значительно влияет на скорость бурения нагрузка на долото, определяемая как разность между весом бурильной колонны, находящейся в подвешенном состоянии (долото приподнято над за­боем), и ее весом в момент бурения. От величины нагрузки зависит режим разрушения пород. С ростом частоты вращения долота уве­личивается количество поражений его зубьями забоя в единицу времени, что приводит к увеличению скорости бурения. Правильный выбор расхода ПЖ обеспечит качественную очистку забоя от шлама. При плохой очистке на забое образуется шламовая подушка и механическая скорость бурения уменьшается за счет вторичного перемалывания шла­ма. При разбуривании проницаемых пород за счет разности давлений в скважине и породах ПЖ проникают в коллектор в поддолотном пространстве, что способствует более быстрому разрушению породы. Влияние вязкости ПЖ на скорость бурения проявляется в том, что более вязкие жидкости медленно проникают в породы и тем самым хуже способствуют их разрушению.

В процессе бурения вертикальное перемещение бурильной колонны сопровождается вращением вала лебедки и роликов крон-блока, по которым проходит канат талевой системы. Измеряя число оборотов вала лебедки, определяют механическую скорость бурения.

ПЖ является основным источником информации, на основании ко­торой проводятся работы по борьбе с аварийными ситуациями. Так, уменьшение объема ПЖ в емкостях и скорости ее потока на выходе из скважины свидетельствуют о том, что началось поглощение. Призна­ками нефтегазопроявлений являются: увеличение газосодержания ПЖ, ее объема в емкостях и дебита на выходе из скважины, уменьшение

плотности, температуры, повышение удельного сопротивления ПЖ, вы­ходящей из скважины.

Работу буроврго оборудования контролируют по таким парамет­рам, как давление, развиваемое насосами, продолжительность проходки (величина, обратная механической скорости бурения—время, затрачи­ваемое на бурение 1 м), крутящий момент на роторе, параметры ПЖ, закачиваемой в скважину, и др. Так, при промыве колонны труб часть ПЖ циркулирует через дефекты в трубе, и к забою поступает не весь поток ПЖ, закачиваемой в скважину. При этом наблюдается значитель­ное снижение давления на насосах, снижение скорости бурения и повы­шение крутящего момента на роторе из-за зашламления забоя, а также уменьшение температуры за счет ухудшения (неполного) теплообмена в системе циркуляции ПЖ. При промыве поршня или клапана насоса наблюдается резкая пульсация давления из-за нестабильной подачи ПЖ.

Таким образом, геологические и технологические исследования вза­имосвязаны, технологическую информацию можно извлечь из геологи­ческой, и наоборот. Поэтому только комплексное проведение исследова­ний и совместная обработка полученных результатов позволят успешно решить поставленные перед ГТИ задачи.

Контрольные вопросы

1. Что называется полезным ископаемым?

2. Что представляют собой нефть и газ и каковы условия их нахождения в природе?

3. Что представляют собой уголь и руда и каковы условия их естественного нахождения?

4. Какие способы бурения Вы знаете? Каковы функции промывочной жид­кости? Расскажите об основных этапах строительства скважины.

5. Нарисуйте зону проникновения и расскажите как она возникает.

6. Что такое удельное электрическое сопротивление? Какие значения удель­ного электрического сопротивления присущи различным полезным ископаемым?

7. Сущность метода сопротивлений. Что такое кажущееся удельное элек­трическое сопротивление и как оно определяется?

8. Типы зондов, их особенности и обозначение.

9. Для чего проводятся исследования стандартными зондами? Какие требова­ния предъявляются к стандартным зондам? Сущность метода БКЗ, определяемые параметры.

10. Сущность и назначение бокового каротажа. Как устроены семи- и девяти­электродный зонды БК?

11. Сущность и назначение MR и БМК. Как устроены зонды МК и БМК?

12. Сущность индукционного каротажа, его основные преимущества перед другими методами электрического каротажа.

13. Сущность и назначение диэлектрического каротажа.

14. Расскажите о механизме образования диффузионных, диффузионно-адсор- бционных, фильтрационных и окислительно-восстановительных потенциалов. Область применения метода ПС.

15. Сущность и назначение метода электродных потенциалов, метода сколь­зящих контактов, метода вызванных потенциалов.

16. Как устроен резистивиметр? Назначение резистивиметрии.

17. Как устроен атом? Что такое радиоактивность? Свойства гамма-излуче­ния; единицы измерения.

18. Устройство и принцип действия газоразрядных и сцинтилляционных детекторов радиоактивных излучений.

19. Физические основы ГК, СГК и метода радиоактивных изотопов, область применения методов.

20. Сущность и назначение ГГК-П и ГГК-С. Устройство зондов ГГК.

21. Сущность и назначение РРК.

22. Взаимодействие нейтронов с веществом.

23. Устройство детекторов нейтронного излучения.

24. Сущность НГК, ННК-Н и HHK-T, область применения методов.

25. Сущность и назначение НАК и ГНК.

26. Сущность и назначение ИНК. Как работает ускорительная трубка генера­тора нейтронов?

27. Типы упругих волн и их характеристики.

28. Принципы измерения при АК, регистрируемые параметры. Область при­менения АК.

29. Магнитная восприимчивость. Сущность и назначение КМП и КМВ.

30. Сущность и назначение ЯМК.

31. Что называется испытанием, опробованием? Как осуществляется испыта­ние, опробование? Область применения ИПТ и ОПК.

32. Нарисуйте кривую КВД и расскажите об этапах испытания скважины.

33. Как происходит отбор образцов пород сверлящими и стреляющими керноотборниками, область применения результатов работ.

34. Физические основы, принципы измерения и область применения кавер- нометрии и термометрии.

35. Физические основы наклонометрии, принципы измерения.

36. Методы изучения шлама, решаемые геологические задачи.

37. Сущность газового каротажа, его назначение, принципы действия ап­паратуры для отбора и анализа газовоздушной смеси.

38. Физические основы применения методов термометрии, резистивиметрии, механического каротажа для решения геологических задач.

39. Физические основы использования механического каротажа для решения технологических задач. Как определяют скорость бурения?

40. Предупреждение аварий и осложнений по данным технологических ис­следований.