Исследование нефтяных и газовых скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Геофизические исследования скважин -- 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.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Электрический каротаж включает в себя модификации, основанные на изучении электромагнитных полей различной природы в горных породах. Электромагнитные поля делятся на естественные и искусственные. Естественные поля (метод самопроизвольной поляризации - ПС) в земной коре обусловлены электрохимическими процессами, магнитотеллурическими токами и другими природными явлениями (рис.1). Единицы измерения - милливольты (мВ). Искусственные электромагнитные поля создаются в горных породах генераторами постоянного или переменного тока различной мощности и представляют собой непосредственный результат деятельности человека, направленный на изучение строения земной коры, поиск, разведку и разработку месторождений.

Рис.1. Схема измерения ПС:

1 - глина; 2 - песчаник; 3 - регистрирующий прибор

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМЕТОДОВ

Классификация электрометодов исследования скважин основана на характере происхождения изучаемого электромагнитного поля и его изменении во времени (рис.2). По происхождению методы электрометрии делятся на две большие группы - естественного и искусственного электромагнитного поля, а по частоте - на методы постоянного, квазипостоянного и переменного поля. Среди методов переменного поля различают низко- и высокочастотные.

Для изучения стационарных естественных электрических полей применяются методы потенциалов собственной поляризации горных пород (ПС). Искусственные стационарные и квазистационарные электрические поля исследуются методами кажущегося сопротивления (КС), микрозондирования (МК), сопротивления заземления (БК и БМК). Единицы измерения - Ом·м. Искусственные переменные электромагнитные поля изучаются индукционными (ИК), диэлектрическими (ДМ) и радиоволновыми методами. Единицы измерения ИК - См/м.

Электрометоды используются в основном для определения границ пластов горных пород, оценки характера насыщения коллекторов, их удельного сопротивления, определения литологии пород и иногда для определения емкостных свойств коллекторов.

Рис.2. Классификация методов электрокаротажа

Метод обычных зондов КС (рис.3) - основной метод, применяющийся при изучении геологических разрезов незакрепленных скважин, заполненных электропроводящей промывочной жидкостью.

Рис.3. Типы зондов:

I-кровельный; II-подошвенный; 1-токовые электроды (А,В); 2-измерительные электроды (M, N); 3-точка записи КС; 4-точка записи ПС

Как известно, электрическая проводимость горных пород может иметь электронный и ионный характер. Удельное электрическое сопротивление горных пород с ионной проводимостью зависит, главным образом, от количества содержащейся в них воды и степени ее минерализации, т. е. от коэффициента пористости породы и удельного сопротивления пластовой воды, которое приблизительно обратно пропорционально ее минерализации.

В нефтегазонасыщенных породах только часть порового пространства занята водой, поэтому их удельное сопротивление больше, чем у пород водонасыщенных. Это увеличение оценивают параметром насыщения

Рн= снп/свп,

где снп -- удельное электрическое сопротивление нефтенасыщенной породы; свп -- удельное электрическое сопротивление водонасыщенной породы. Полезные ископаемые с электронной проводимостью (руды, графит, антрацит) идентифицируют по минимумам удельного сопротивления, а их содержание оценивают по соответствующим корреляционным зависимостям.

Кажущееся электрическое сопротивление. Выше среда считалась однородной. Практически же она всегда имеет границы, искажающие вид поля. Например, наличие скважины, удельное сопротивление в которой сс<сп, деформирует поле. Кажущееся удельное электрическое сопротивление среды можно рассматривать как истинное удельное электрическое сопротивление однородной фиктивной среды, в которой при данных геометрических размерах зонда, т. е. при данном коэффициенте зонда k и данном токе I, создается такая же разность потенциалов ДU, как в изучаемой неоднородной среде.

В общем случае сп = ск из-за влияния скважины, вмещающих пород, зоны проникновения и т. д. Суть метода КС заключается в том, чтобы зарегистрировать одну или несколько диаграмм ск и, воспользовавшись методами интерпретации для учета влияния названных выше факторов, определить истинное значение удельного электрического сопротивления сп.

Зонды КС применяют для литологического расчленения разрезов, выделения полезных ископаемых---руд, водоносных и нефтегазоносных коллекторов.

скважина каротаж зондирование электрический

Рис.4. Палетка БКЗ-1А для градиент-зондов при с_с< с_п

Боковое каротажное зондирование (БКЗ)заключается в измерении кажущегося сопротивления пластов по разрезу скважин набором однотипных зондов разной длины. Зонды разного размера, имея неодинаковый радиус исследования в вертикальном и радиальном направлениях, фиксируют величину КС, обусловленную различными объемами проводящих сред. Главная цель БКЗ - определение истинного удельного сопротивления пластов с_п при помощи палеток БКЗ- кривых БКЗ, сгруппированных по определенному признаку (двухслойные, трехслойные) и выражающих зависимость r_к/r_с от L_з/d_с для пласта неограниченной мощности. Эти палетки построены на основании теоретических формул. Для интерпретации БКЗ необходимо знать удельное сопротивление промывочной жидкости и диаметр скважины. Существуют альбомы палеточных зависимостей, предназначенные для интерпретации материалов в пластах большой и ограниченной мощности, а также при наличии зоны проникновения. Разработаны алгоритмы и программы, автоматизирующие процесс интерпретации БКЗ. Методом БКЗ исследуют разрезы с целью детального изучения пластов и получения их количественных характеристик (в первую очередь коэффициента пористости и коэффициента нефтенасыщенности). Обычно БКЗ проводят только в продуктивном участке разреза.

Микрозондирование (микрокаротаж).Метод предназначен для детального расчленения разреза скважин, уточнения литологии разреза, выделения тонких пластов и пластов-коллекторов, исследования пород на небольшой глубине и поэтому размеры микроустановок меньше диаметра скважины. Поскольку размеры микрозондов малы, сфера исследования их ограничивается частью пласта (промытой зоной), непосредственно прилегающей к стенке скважины. Микрозонды применяют в двух вариантах - в виде трехэлектродных нефокусированных стандартных зондов и зондов с радиальной фокусировкой (экранированные микрозонды МБК). В первом случае на изолирующей пластине (башмаке) размещают три электрода на расстоянии 25 мм один от другого. Их используют для одновременной регистрации диаграмм двух зондов - микроградиент-зонда (МГЗ) А 0,025 М 0,025 N с размером АО = 37 мм и микропотенциал-зонда (МПЗ) А 0,05 М с АМ = 50 мм. Радиус исследования для МГЗ равен его длине (примерно 4 см), а для МПЗ - удвоенной длине зонда (10 - 12 см).

Данные микрозондирования служат для детального расчленения разрезов скважин, четкой отбивки границ пластов, уточнения литологии разреза, выделения маломощных прослоев и пластов-коллекторов и т.д.

Диаграммы экранированных зондов. Боковой каротаж.Под боковым каротажем (БК) понимают каротаж сопротивления зондами с экранными электродами и фокусировкой тока. Он является разновидностью каротажа по методу сопротивления с использованием зондов, в которых электрическое поле создаваемое ими, является управляемым. Границы пластов по кривым зонда БК-3 соответствуют точкам на спаде кривой с определенным значением кажущегося удельного сопротивления. Радиус исследованиятрехэлектродного фокусированного зонда составляет примерно 1-2 м. Глубинность исследования равна трехкратной длине зонда. Так, при L_з=1,2 м глубинность исследования составляет 3 м.

Каротаж сопротивления обычными зондами неэффективен в случае тонкослоистого разреза со значительной дифференциацией пластов с низким и высоким сопротивлениями и скважины, заполненной высокоминерализованным глинистым раствором. Из-за утечки тока в пласты с низким сопротивлением в первом случае и из-за утечки тока по скважине во втором случае регистрируют кажущиеся сопротивления пород, намного отличающиеся от истинных. Основное отличие бокового каротажа (метода экранированных зондов) от каротажа сопротивления с обычными зондами состоит в том, что в рассматриваемом методе осуществляется фокусировка тока, выходящего из центрального электрода, вследствие чего влияние скважины и вмещающих пород сказывается на результатах измерений значительно меньше.

Данные методов БК позволяют более детально расчленить геологический разрез (особенно эффективен при расчленении карбонатных высокоомных разрезов, заполненных соленой промывочной жидкостью с с_с<0,1-0,5 Ом·м), установить его литологию, выделить пласты-коллекторы, истинное удельное сопротивление и т.п.

Микробоковой каротаж (МБК) - микрокаротаж с фокусировкой тока. Малые расстояния между электродами в МБК обусловливают небольшую глубину исследования. Однако благодаря наличию экранного электрода ток распространяется по пласту вблизи скважины пучком, практически перпендикулярным ее стенке. Вследствие этого заметно уменьшается влияние глинистой корки и пленки промывочной жидкости между башмаком и стенкой скважины.

Наиболее широкое применение МБК находит при исследованиях скважин, заполненных минерализованной промывочной жидкостью. Показания МБК против нефтегазонасыщенных пластов меньше показаний БК за счет наличия зоны понижающего проникновения. Радиус исследованиясоставляет примерно 40-50 см.

Индукционный каротаж (ИК)является электромагнитным методом, основанным на измерении кажущейся удельной электрической проводимости горных пород. ИК выгодно отличается от каротажа обычными зондами и от БК тем, что применим не только в скважинах, заполненных промывочной жидкостью (проводящей ток), но и в скважинах с непроводящей жидкостью (нефтью или промывочной жидкостью, приготовленной на нефтяной основе), воздухом или газом. Замеренная величина электропроводности характеризует кажущуюся проводимость аналогично кажущемуся удельному сопротивлению. Удельная электрическая проводимость выражается в сименсах на метр (См/м).

Кривая кажущейся удельной проводимости, регистрируемая в ИК, практически линейно отражает изменение проводимости среды. Она соответствует перевернутой кривой кажущихся сопротивлений в практически гиперболическом масштабе сопротивлений. Благодаря этому усиливается дифференциация кривой против пород, имеющих низкое удельное сопротивление, и происходит сглаживание ее против пород с высоким удельным сопротивлением. В индукционном каротаже в отличие от других методов сопротивления не требуется непосредственного контакта измерительной установки с промывочной жидкостью. Это дает возможность применять ИК в тех случаях, когда используются непроводящие промывочные жидкости (приготовленные на нефтяной основе), а также в сухих скважинах. По диаграммам ИК можно более точно определить удельное сопротивление низкоомных водоносных коллекторов и положение ВНК.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Л. И. Померанц, М. Т. Бондаренко «Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин». - М.: Недра, 1981 г. - 376 с.

2. В. М. Добрынин, Б. Ю. Вендельштейн, Р. А. Резванов «Промысловая геофизика». М.: Недра, 1986. -342 с.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Скважинная_геофизика

Размещено на Allbest.ru