Doslidjenya

ЛЕКЦІЯ 10 ГЕОФІЗИЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ СВЕРДЛОВИН

Геофізичні методи дослідження свердловин використовують для:

вивчення геологічного розрізу свердловин, виявлення продуктивних горизонтів та оцінки їх колекторських властивостей;

вивчення технічного стану свердловин, як в процесі буріння, так і по його закінченню;

проведення спеціальних операцій у свердловинах. Геофізичні методи, які використовуються для вивчення

геологічних розрізів свердловин, в залежності від фізичних властивостей порід, на яких вони ґрунтуються, розділяють на електричні, магнітні, радіоактивні, акустичні, термічні, геохімічні.

Суть довільного геофізичного методу полягає у вимірюванні вздовж стовбура свердловини певної величини, яка характеризується однією або сукупністю фізичних властивостей гірських порід розрізу свердловини. Фізичні

властивості порід мають зв язок з їх літолого-геологічною характеристикою і це дає змогу на основі результатів вимірювань судити про розріз свердловини.

Технічний стан свердловин контролюють за допомогою комплексу геофізичних методів, до яких відносяться:

інклінометріяпризначенадлявимірюваннявикривлення стовбура свердловини;

профілеметрія - визначення форми перерізу стовбура свердловини;

контроль цементування свердловин - визначення висоти підйому тампонажного розчину в заколонному просторі, повноти заміщення тампонажним розчином промивальної рідини, ступеня зчеплення тампонажного каменю з обсадною колоною та породами;

163

дефектометрія - контролю якості обсадних труб, тобто виявлення тріщин, місць порушення герметичності і т.ін.

10.1 Електричні методи

Електричні методи дослідження геологічного розрізу свердловини базуються на вивченні електричних властивостей гірських порід, до яких відносяться питомий електричний опір або електропровідність, абсолютна діелектрична проникність, природна електрохімічна активність та інші. До електричних відносять методи позірного опору потенціалів самочинної поляризації опору заземлення, потенціалів викликаної поляризації та діелектричні методи.

Методи позірного опору складають стандартний електрокаротаж, бокове каротажне зондування, мікрокаротаж, резистивіметрію.

Питомий опір порід в умовах природного залягання залежить від мінералізації пластових вод, температури, електричного опору породоутворюючих мінералів та інших факторів. Практично у свердловинах заміряють деякий параметр, який називають позірним опором і який залежить від питомого опору породи.

Для заміру позірного опору в свердловину на спеціальному кабелі опускають зонд, який складається звичайно з трьох електродів A, M i N. Четвертий електрод B встановлюють на поверхні. Електроди А і В призначені в схемі для пропускання електричного струму, а електроди M i N - для вимірювання різниці потенціалів між двома точками середовища в момент протікання електричного струму. Принципова схема вимірювання позірного опору приведена на рис.10.1. При переміщенні зонда вздовж стовбура свердловини в залежності від питомого опору навколишніх порід змінюється різниця потенціалів між вимірювальними

електродами M i N. Позірний опір п обчислюють за формулою

164

електродами; U - різниця потенціалів між електродами M i N; I - сила струму.

1 2

3

В

N

M

A

А, В - електроди живлення; M, N - електроди вимірювання;

1 - джерело струму; 2 - реостат;

3 - реєструючий прилад Рисунок 10.1 - Принципова схема вимірювання позірного опору

Результати замірів позірного опору представляють у

165

вигляді кривої, яка відображає залежність п від глибини.

В залежності від взаємного розташування електродів живлення і вимірювання розрізняють потенціал - і градієнт-

зонди, підошовні і покрівельні зонди, зонди прямого живлення або однополюсні і взаємного живлення або двополюсні.

Вибір того чи іншого зонда для досліджень залежить передусім від геологічних умов розрізу. Потенціал-зонди найбільш доцільно використовувати у розрізах, представленими пластами великої товщини з низьким або високим питомим електричним опором. Градієнт-зонди ефективні у розрізах, де необхідно вивчати пласти малої товщини.

При стандартному електрокаротажі зміна позірного опору з глибиною вивчається з допомогою стандартних градієнт-зонду A2.0M0.5N і потенціал-зонду A0.5M6.0N та використовується для розчленування розрізів, виділення опорних горизонтів, оцінки літології і виділення нафто і

газоносних об єктів.

За показами стандартних зондів не завжди вдається одержати достатньо точну характеристику питомого опору порід, особливо при формуванні великої зони проникнення фільтрату промивальної рідини. В таких умовах використовують бокове електричне зондування, яке полягає у вимірюванні позірного опору пластів набором однотипних зондів різної довжини, що забезпечують різний радіус дослідження. Звичайно застосовують наступний комплекс зондів: A0.4M0.1N, A1.0M0.1N, A2.0M0.5N, A4.0M0.5N, A8.0M1.0N та N0.5M2.0A.

Сприятливими умовами для застосування методу є однорідність досліджуваних пластів і порід, співвідношення питомихопорівпластаіпромивальноїрідининебільше500 для пластів великої товщини і не більше 250 - для пластів малої товщини, товщиною пластів не менше трьох діаметрів

166

свердловини. Результати досліджень за боковим електричним зондуванням використовуються для визначення питомого електричного опору незабрудненої частини пласта і зони проникнення фільтрату промивальної рідини, оцінки радіусу зони проникнення, визначення пористості та нафтогазонасиченості.

Мікрокаротажполягаєудетальномувивченніпозірного опору присвердловинної зони пласта з допомогою зондів дуже малої довжини (мікрозондів). При дослідженні застосовують зонди з відстанями між електродами до 5 см. У звичайних мікрозондах встановлюють три електроди з відстанню між ними 2,5 см, які утворюють градієнт-мікрозонд A0.025M0.025N і потенціал-мікрозонд A0.5M, де функції електрода N виконує корпус.

Градієнт-мікрозонд має незначний радіус дослідження і на його покази більше впливає шар промивальної рідини і фільтраційна кірка; для потенціалмікрозонда цей вплив менший.

Метод дозволяє вивчати розрізи, представлені пластами малої товщини, що забезпечується малими розмірами зондів і щільним притисненням ізольованої пластини з електродами до стінки свердловини. Наявність фільтрату промивальної рідини у пристовбурній зоні пласта затруднює одержання даних про характер газонафтонасиченості пласта, але метод мікрозондування дає змогу одержати детальне розчленування розрізу свердловини, виділяти колектори і оцінювати їх пористість.

Метод резистивіметрії застосовується для визначення питомого електричного опору промивальної рідини при бурінні і випробуванні свердловин з метою кількісної інтерпретації данихелектрокаротажа, визначення мінералізації пластових вод за допомогою методу самочинної поляризації, установлення місць припливів і швидкості фільтрації підземних вод, виділення інтервалів поглинання промивальної

167

рідини у свердловині, визначення місць порушення обсадних колон і т.ін.

Метод потенціалів самочинної поляризації

використовують для визначення характеристик гірських порід за даними вимірювань потенціалів електричних полів, що виникають в них самочинно.

Вимірювання потенціалів здійснюється з допомогою рухомого у свердловині електрода M і нерухомого електрода N, який знаходиться на поверхні. При цьому записують різницю потенціалів

між електродами M і N, яку відносять до точки запису (електроду M).

Виникнення потенціалів самочинної поляризації зумовлено дифузією солей із пластових вод у промивальну рідину і навпаки, а також адсорбцією іонів на поверхні мінералів гірської породи, фільтраційними процесами в системі “свердловина-пласт”, окисно-відновними процесами міжгірськимипородамиіпромивальноюрідиною. Врезультаті цихпроцесіввиникаютьдифузійно-адсорбційні, фільтраційній окисно-відновніпотенціали, значенняізнакякихвизначаються співвідношенням мінералізації пластових вод і фільтрату промивальної рідини, мінеральним складом і структурою гірських порід та іншими факторами. Таким чином,

вимірювання потенціалів Uп дає інформацію про літологію

застосовується для розчленування розрізу свердловин, виділення в розрізі глинистих порід і колекторів, визначення мінералізації пластових вод, оцінки пористості колекторів.

168

Методи опору заземлення базуються на відмінності питомих електричних опорів гірських порід. Існує декілька модифікацій методу, найбільш розповсюдженими серед яких є боковий каротаж, мікрокаротаж і дивергентний каротаж.

Боковий каротаж проводять з використанням три-,

семи- і дев ятиелектродного зонду з автоматичним фокусуванням струму. На практиці частіше застосовують триелектродні зонди. За результатами вимірювань потенціалу

U між електродами і сили струму і через центральний електрод зонда визначають позірний опір п порід.

Боковий каротаж доцільно використовувати при бурінні на високомінералізованій промивальній рідині з питомим

опором до 0,1 ... 0,5 Ом м. За результатами досліджень з допомогою бокового каротажу здійснюється детальне розчленування розрізу по величинам позірного опору порід, вивчення літології, пористості і проникності порід, визначення параметрів зони проникнення фільтрату промивальної рідини і характеру насичення пластів.

Боковиймікрокаротажпроводятьзвикористаннямдво- , три- і чотириелектродних мікроустановок. Покази бокового мікрокаротажу менш спотворені впливом глинистої кірки і шаром промивальної рідини, ніж при вимірюванні електричного опору звичайними мікрозондами. Результати досліджень використовуються для уточнення меж і товщин пластів малої товщини, визначення літології розрізів і виділення колекторів. Цей метод у комплексі з іншими геофізичними методами дає змогу оцінити пористість, глинистість і нафтогазонасиченість колекторів.

Дивергентний каротаж базується на вивченні електропровідності гірських порід. Особливість дивергентного методу полягає у регулюванні струму через електроди живлення за значенням його радіальної дивергенції, тобто за векторною величиною густини струму, що протікає через

169

боковуповерхнюсвердловининаділянцірозміщеннявимірних електродів. Реєструється величина, пропорційна опорові, який чинить середовище радіальній складовій струму, що витікає зі свердловини на ділянці між вимірними електродами.

Дивергентний каротаж доцільно проводити у свердловинах, заповнених високомінералізованою промивальною рідиною. На основі його результатів можна

розв язувати задачі розчленування розрізу, визначення його літології, виділення колекторів і т.ін.

Методи потенціалів викликаної поляризації базуються на вивченні штучних вторинних стаціонарних електричних

полів, походження яких пов язується з фізико-хімічними процесами, що відбуваються в породах внаслідок дії електричного струму на поверхні розділу твердої і рідкої фаз. Викликана поляризація виникає в гірській породі при пропусканні через неї постійного електричного струму (поляризуючого струму). Після виключення поляризуючого струму потенціали викликаної поляризації плавно зменшуються в часі. Викликана поляризація іонопровідних середовищ (піщаники, алевроліти) збільшується із ростом ступеня дисперсності і зменшується із збільшенням проникності. Ця властивість дозволяє використовувати метод потенціалів викликаної поляризації для розчленування розрізу, виділення тріщинуватих зон, оцінки проникності колекторів і т.ін.

Індукційний каротаж оснований на вивченні вторинного електромагнітного поля середовища, збуреного опущеним у свердловину джерелом.

На рис.10.2 приведена принципова схема індукційного методу. Зондова установка має декілька котушок високої індуктивності, високочастотний генератор і підсилювач. При пропусканні через генераторну котушку змінного струму високої частоти від генератора навколо цієї котушки створюється змінне електромагнітне поле, яке індукує в

170

середовищі кругові струми. Електрорушійна сила кругових струмів залежить від електропровідності середовища. Під дією електромагнітного поля кругових струмів у вимірювальній котушці зонда індуктується електрорушійна сила, пропорціональна електропровідності середовища, яка підсилюється і реєструється на поверхні.

2

1 - регіструючий прилад; 2 - кабель;

3 - вимірювальна катушка;

4- підсилювач і випрямляч; 5 - зонд; 6 - лінія індукованого струму;

7 - генератор; 8 - генераторна котушка; 9 - блок живлення

Рисунок 10.2 - Схема індукційного методу

Індукційний каротаж не вимагає безпосереднього контакту вимірювальної схеми з промивальною рідиною і може використовуватись у сухих свердловинах, або

171

заповнених малопровідною промивальною рідиною. В цих випадках використовувати звичайні методи електрометрії не можна. Індукційний каротаж характеризується великим радіусом дослідження і дає позитивні результати при вивченні пластів зі значним проникненням фільтрату промивальної рідини.

На основі даних індукційного каротажу здійснюється розчленування розрізу свердловини за питомим електричним опором порід, виділення водо- і нафтогазоносних горизонтів. Результати індукційного каротажу у комплексі з іншими методами дають змогу оцінити коефіцієнти анізотропії пластів.

10.2Радіоактивні методи

Воснову радіоактивних методів дослідження свердловин покладено вимірювання природного або штучно викликаного радіоактивного випромінювання гірських порід.

Радіоактивні методи поділяються на методи реєстрації природних випромінювань гірських порід і методи реєстрації

вторинних випромінювань, пов язаних з опроміненням порід з допомогою спеціальних джерел, розміщених у свердловинному приладі. Серед останніх виділяють дві підгрупи методів, які базуються на опроміненні гірських порід гама-квантами і нейтронами. В обох підгрупах виділяють стаціонарні та імпульсні методи. Важливою перевагою більшості ядерних методів є можливість їх застосування як в необсаджених, так і обсаджених обсадними колонами свердловинах.

Методи природної гама-активності базуються на диференціаціїгірськихпорідзаїхприродноюгама-активністю.

Гірські породи вміщують різні радіоактивні елементи (уран, торій, радіоактивнийізотоп калію, рубідій, самарій та ін.). Кількість радіоактивних елементів в гірській породі залежить від фізико-хімічних умов її формування. Із осадових

172