- Геофизические методы

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРЕЗА ПОИСКОВОЙ СКВАЖИНЫ

Промыслово-геофизические методы исследования разреза по­исковой скважины основаны на замерах ряда физических характе­ристик пород, слагающих этот разрез, с помощью аппаратуры, спускаемой в скважину на кабеле, и поверхностного геофизиче­ского оборудования [23, 24, 31 1.

В комплексе методов исследования скважин геофизические методы занимают ведущее место, их результаты являются основой для литологического и стратиграфического расчленения разреза^ а во многих районах — основной информацией, предшествующей испытанию.

Скважинный прибор опускают в скважину на специальном ка­ротажном кабеле с помощью лебедки каротажного подъемника. Регистрацию показаний прибора и управление его работой осуще­ствляют с помощью каротажной станции. Каротажный кабель служит каналом связи между скважинным прибором и каротажной станцией н несет механическую нагрузку.

В зависимости от вида работ кабель может быть одно-, трех-, пяти и семижильным.

Для исследования скважин применяются следующие основные методы геофизики: электрический каротаж, радиоактивный каро­таж, акустический каротаж, ядерно-магнитный каротаж, термо­метрия скважины.

Электрический каротаж

Этот метод основан на определении и регистрации вдоль ствола скважины проводимости или кажущегося удельного сопротивле­ния пород (КС) и потенциала электрического поля (ПС), само­произвольно возникающего на границе раздела скважина—пласт.

Горные породы обладают естественной электрохимической активностью, потенциал электрического поля которой и называют самопроизвольным потенциалом (ПС). Кривую ПС записывают установкой с двумя электродами. Один электрод находится на скважинном приборе — зонде, второй электрод — на поверхности у устья скважины (заземлен).

Рекомендуемые материалы

Изменения самопроизвольного потенциала ПС, замеряемого при движении зонда вдоль стенок скважины (при подъеме зонда), регистрируются на каротажной ленте в удобном для пользования масштабе в виде непрерывной линии. Основными причинами воз­никновения ПС являются процессы диффузии и ионного обмена, наиболее интенсивного на контакте растворов двух разных мине­рализации, например промывочной жидкости и флюида пласта-кол­лектора. В интервале коллектора регистрируется аномалия (от­клонение) кривой ПС, отрицательная при использовании пресной промывочной жидкости и положительная при бурении на жидкости высокой минерализации. Повышение глинистости коллектора уменьшает амплитуду ПС.

Кривые ПС используют для выделения коллекторов, оценки их глинистости, расчленения геологического разреза, оценки мине­рализации пластового флюида.

Схема электрического каротажа с трехэлектродной установкой показана на рис. 5. В скважину опускают зонд, имеющий три элек­трода. Четвертый электрод заземляют на устье скважины. Токовые электроды А и В подключены к источнику тока, измерительные электроды М и N — к измерительной (регистрирующей) аппара­туре. При пропускании тока через токовые электроды Л и В между ними возникает электрическое поле. Напряженность этого поля измеряется с помощью электродов М и N и меняется при колеба­нии сопротивления окружающей среды, сопротивления горных пород и промывочной жидкости в зоне расположения зонда.

Зонд с двумя измерительными электродами и одним питающим называют однополюсным. Зонд с одним измерительным и двумя питающими электродами называют двухполюс­ным (применяют реже).

По расположению электродов различают потенциал-зонды и градиент-зонды.

У потенциал-зонда расстояние между парными электродами (электродами, включенными в одноименную токовую или измерительную цепь) намного больше расстояния от них до непарного электрода. В пределе при однополюсном зонде, когда второй измерительный электрод вынесен на поверхность, измеряется общий потенциал электрического поля (отсюда ^ 1 ^         и название зонда).

У градиент-зонда  парные электроды сближены, расстояние между ними намного меньше расстояния до непарного электрода. В пределе при двухполюсном зонде расстояние между измерительными (парными) электродами равно нулю. Измеряется  градиент потенциала электрического   поля   в точке  расположения   этих электродов.

Градиент-зонд со сближенными парными электродами внизу называется подошвенным. Этот зонд четко отмечает по­дошву пласта с повышенным сопротивлением (продуктивного). Градиент-зонд со сближенными парными электродами сверху называют кровельным. Он четко отмечает кровлю пласта с повышенным сопротивлением. Потенциал-зонд является симме­тричным, максимальное отклонение регистрирует в середине такого пласта.

Длина (размер) градиент-зонда — расстояние от непарного электрода до середины между парными (сближенными).

Длина потенциал-зонда — расстояние от непарного электрода до среднего.

Обычно отношение расстояния от удаленного электрода до сближенных к расстоянию между сближенными устанавливают в пределах от 5 до 10.

Точкой записи зонда является точка, расположенная посре­дине между сближенными электродами. Тип зонда записывают, обозначая электроды в очередности сверху вниз их буквами с цифрами между ними, указывающими расстояние в метрах. Например, A7,5M1,ON—однополюсный (два измерительных электрода — М и /V) подошвенный градиент-зонд размером 8 м или В7,5 АО,75М —• двухполюсный потенциал-зонд размером 0,75 м. Для каждого района экспериментально выбирают оптимальный размер стандартного зонда. Обычно трехэлектродные установки имеют потенциал-зонды размером от 0,2 до 1 м, а градиент-зон­ды — размером от 0,2 до 8 м.

Сопротивление среды, определяемое электрическим каротажем, называют к а ж у щ и м с я, так как это суммарное сопротивление и горной породы, и промывочной жидкости скважины. Кажущееся сопротивление получают из равенства

Рк = KbU/l,

где К — коэффициент зонда, зависящий от расстояния между электродами,

4n-AN-AM MN

I --сила тока между электродами АВ, при регистрации поддер­живается постоянной; Д(/ — разность потенциалов (напряжение) между электродами MN (см. рис. 5).

Зная размер (диаметр) скважины и электрическое сопротивле­ние промывочной жидкости, по замеренному кажущемуся сопро­тивлению с помощью расчетных таблиц или палеток определяют истинное сопротивление горной породы в точке регистрации. За­пись электрического каротажа проводят в удобном для пользова­ния масштабе в виде графика в координатах: глубина скважины - кажущееся сопротивление.

Удельное сопротивление горной породы определяется прежде всего ее литологической характеристикой, сопротивлением насы­щающего породу флюида и величиной пористости породы.

У пласта-коллектора терригенного типа с хорошей пористостью определяющее влияние на величину кажущегося сопротивления оказывает сопротивление насыщающего пласт флюида. Сопротив­ление нефти и газа на два-три порядка выше сопротивления пла­стовой воды, поэтому сопротивление нефте- и газонасыщенного песчаника существенно выше сопротивления водонасыщенного песчаника. В благоприятных условиях на основе электрического каротажа (КС и ПС) по этому признаку можно выделить продук­тивный пласт.

В современных установках электрического каротажа трех-электродного типа запись КС и ПС ведется одновременно. Для за­мера КС в цепь подается переменный ток, создающий импульсы ЭДС пропорциональные по амплитуде величине р_к. Электродви­жущая еила еаменроизволвней поляризации (ПО) — поетэянная плавно изменяющаяся величина. На поверхнасти 8¥И сигналы раз* деляются и направляются на регистрирующее приборы.

Имеются установки электрического каротажа, работающие на одножильном кабеле. Совмещение канала связи здесь обеспечи­вается использованием усилителей и электрических фильтров на скважипиом и поверхностном оборудовании.

Глубина исследования электрическим каротажем растет с уве­личением размера зонда. Применяя зонды различной длины, можно оценить глубину проникновения фильтрата промывочной жидко­сти, степень замещения ею пластового флюида, искажающее влия­ние фильтрата. Для этих целей применяют метод бокового каротаж­ного зондирования (БКЗ), регистрацию кривых КС несколькими (пятью-шестью) зондами разной длины. Обычно используют подошвенные градиент-зонды размерами от 0,55 до 8,5 м. Кривые Б КЗ записывают с помощью специального многоэлектродного зонда-коробки Б КЗ и переключающего устройства, обеспечиваю­щих запись одним прибором всех кривых КС и кривой ПС. Чем длиннее зонд, тем больше минимальная мощность пласта, который может быть отмечен этим зондом.

Для выделения коллекторов малой мощности и детализации (расчленения) мощных коллекторов применяют микрозонды с очень малым расстоянием между электродами, регистрирующие кривые микрокаротажа. Микрозонд имеет электродный башмак из изоля­ционного материала, который в процессе измерений прижимается к стенкам скважины пружинными рессорами.

С целью получения более полной информации, уменьшения влияния ствола скважины, улучшения геометрической характери­стики зондовых устройств все шире применяются методы электри­ческого каротажа с управляемым электрическим полем (боковой, микробоковой, индукционный, диэлектрический).

При частом чередовании пластов разного удельного сопротив­ления и при высокой минерализации промывочной жидкости для уменьшения влияния ствола скважины применяют метод бокового (БК.) и микробокового (МБК) каротажа. Основной токовый элек­трод зонда бокового каротажа заключен между двумя экранирую­щими электродами, через которые проходит ток той же полярности и силы, создавая экран, направляющий ток основного электрода перпендикулярно к оси скважины. В результате снижается влия­ние вмещающих пород и скважины на величину измеряемого КС.

Пои заполнении скважины промывочной жидкостью, не прово­дящей ток, электрический каротаж выполняют с помощью уста­новки индукционного каротажа. Зонд индукционного каротажа имеет генераторную катушку, через которую пропускают стабиль­ный высокочастотный переменный ток, и приемную катушку (на расстоянии длины зонда от генераторной), в которой наводится ЭДС от переменного магнитного поля, создаваемого в породе то­ками генераторной катушки. Величина этой ЭДС пропорциональна электропроводности окружающей среды, т. е. регистрируется ве­личина кажущейся удельной электропроводности.

Радиоактивный каротаж (РК)

Он основан на изучении радиоактивности горных пород и ядер­но-физических характеристик слагающих породу минералов. Преимуществом РК является возможность исследования горных пород через обсадную (металлическую) колонну. В практике про­мысловых геофизических работ используют несколько видов РК.

Гамма - каротаж (ГК). Этим методом регистрируется естественная радиоактивность пород, уровень естественного гамма-излучения (электрически нейтральное электромагнитное излучение, аналогичное световому и рентгеновскому). Концентрация радиоактивных элементов в породе зависит от ее возраста и условий формирования. Данные ГК позволяют расчленять разрез по этому признаку. Обычно концентрация радиоактивных элементов существенно выше в глинах, особенно в глубоководных. Устано­вив для конкретного района уровень радиоактивности известных отложений, их в последующем можно выделять по ГК.

Нейтронный гамма-каротаж (НГК). Метод основан на регистрации вторичного гамма-излучения, возникаю­щего в результате взаимодействия нейтронов источника излучения с ядрами элементов окружающих пород. Возбужденное этим столк­новением ядро элемента горной породы при возвращении в устой­чивое (начальное) состояние излучает гамма-кванты. Уровень излу­чения тем выше, чем больше атомов водорода и хлора в породе, т. е. чем выше водонасыщенность породы. Данные НГК используются для оценки пористости породы (особенно при известной ее глини­стости), расчленения разреза, выделения водооодсодержащих пластов. Глубина регистрации НГК составляет 20—70 см и тем ниже, чем выше плотность пород.

Гамма-гамма-каротаж (ГГК). Этим методом реги­стрируется рассеянное гамма-излучение, генерируемое в окружаю­щую среду источником гамма-квантов. При многократных^столкно-вениях (упругом ударе) с электронами элемента горной породы гамма-квант теряет свою энергию и поглощается веществом (исче­зает). Интенсивность рассеянного поглощения гамма-квантов тем выше, чем больше плотность гооной породы. Это свойство лежит в основе расчленения разреза по данным ГГК, оценки плотности пород (величина, обратная пористости). Глубинность метода обычно не превышает 8—10 см.

Нейтронный каротаж (НК). Метод основан на ре­гистрации степени рассеивания и поглощения нейтронов источ­ника излучения окружающей гооной породой (окружающей сре­дой), т. е. аналогичен методу ГГК, в отличие от которого фикси­руются не гамма-кванты, а уровень нейтронного потока. Приме­няются детекторы (индикаторы) нейтронов быстрых, надтепловых (ННК ) и нейтронов замедленных тепловых (ННК_Т). На показа­ния ННК_Н мало влияет литологический состав пород, им более точно определяется водородосодержание (пористость) породы. На показаниях ННК_Т сильно сказываются поглощающие свойства горных пооод, особенно их хлоросодержание. Метод ^эффективен для определения водонефтяного контакта при высокой минерали­зации воды. При слабой минерализации применяют более чувстви­тельный импульсный нейтрон-нейтронный каротаж с детектором на нейтроны теплового уровня.

Акустический каротаж

Этим методом измеряются характеристики распространения звуковых волн в горной породе. Применяется он для оценки пори­стости и характера насьгцения коллектора, оценки качества цементирования обсадной колонны, а также технического состояния скважины и бурильной колонны.

В зависимости от литологической характеристики породы, ее пористости, насыщения, температуры скорость распространения упругих волн в ней изменяется от 600 до 7500 м/с. Изменяется также интенсивность затухания звуковой волны. Так, в нефтенос­ном пласте затухание волны более интенсивное, чем в водоносном, и менее интенсивное, чем в газоносном.

При акустическом каротаже регистрируют интенсивность зату­хания амплитуды волны (каротаж по затуханию) и скорость рас­пространения звуковой волны (интервальное время).

Скважинный зонд акустического каротажа имеет один источник звуковой волны, на расстоянии 1—2 м от него расположен прием­ник и еще через 0,5—1,0 м — второй приемник. Записывается не­прерывная кривая, отклонения которой пропорциональны изме­нению скорости звуковой волны или падению ее интенсивности при перемещении зонда вдоль ствола скважины.

Ядерно-магнитный каротаж

4.2. Уравнение Бернулли - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Метод основан на использовании ЭДС, возникающей в резуль­тате изменения ориентации ядер атомов подвижных элементов (ориентированных до этого магнитным полем Земли) при воздей­ствии на них магнитного поля источника, помещенного на каро­тажном зонде. Замеряют величину ЭДС, обусловленной возвра­щением ядер в первоначальное положение, и скорость ее затуха­ния. Первый параметр характеризует количество свободной'(по­движной) жидкости (подвижных ядер водорода) в пласте, пропор­циональное открытой пористости пласта, второй определяет харак­тер насыщения. Время затухания сигнала для водонасыщенных пластов колеблется от 50 до 600 мс, а для нефтеносных составляет более 600 мс.

Термометрия скважины

Этим методом исследуются процессы изменения естественного и искусственно созданного теплового поля Земли вдоль ствола скважины.

Термокаротаж используют для выделения «работающих» кол­лекторов, определения естественной температуры разреза, оценки качества тампонажных работ, при ремонтно-изоляционных рабо­тах.

При соблюдении технических условий на проведение геофизи­ческих исследований (стабильная по электрическому сопротивле­нию и химическому составу промывочная жидкость, замер не позже 3—5 сут после вскрытия интервала бурением, отсутствие неисправностей аппаратуры, высокая стабильность ее работы, от­сутствие природных или технических помех) и правильном выборе комплекса геофизических работ возможно достоверное выделение продуктивных пластов и интервалов, где продуктивные пласты от­сутствуют. Метод является единственным и самым достоверным для корреляции и расчленения геологического разреза.

В сложных геолого-технических условиях (частое чередование разнородных прослоев малой мощности, глубокое проникновение фильтрата промывочной жидкости, изменчивость его электриче­ских характеристик и пр.) или из-за нарушений технических усло­вий на проведение работ нередки случаи, когда значительные ин­тервалы разреза разведочной скважины^по данным геофизических исследований характеризуются как неясные или получают пред­положительную оценку и нуждаются в дополнительном изучении, уточнении характеристик.