Решение задач электроразведки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Краевой политехнический колледж»

Специальность: «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Промысловая геофизика. »

Выполнил: Башкиров А.Ф.

студент гр. РМ-З-12

Проверила: Жаренкова Н. Г.

2016

Содержание

электроразведка азимутальный скважина пласт

1. Физические основы электроразведки и решаемых с ее помощью задач

2. Взаимодействие гамма- квантов с веществом

3. Зенитный и азимутальный угол отклонения скважины

4. Кумулятивный заряд

5. Цели исследования обсаженных скважин испытателями пластов на трубах

Список используемой литературы

1. Физические основы электроразведки и решаемых с ее помощью задач

Электроразведка- это физические методы исследования земной коры и разведки полезных ископаемых, основанные на изучении электромагнитных полей, существующих в Земле в силу тех или иных естественных процессов или создаваемых искусственно.

Горные породы, в зависимости от состава и условий залегания, обладают различными электрическими, а точнее, электромагнитными свойствами. Создаваемое объектами поле влияют их геологическим характеристикам - размеры тел, глубины и условия залегания.

Непосредственной задачей электроразведки является определение геоэлектрического разреза исследуемого района.

Совокупность электромагнитных и геометрических параметров разреза представляет собой геоэлектрический разрез, т.е. такую модель геологического разреза, в которой отражены геометрические характеристики (размеры, элементы залегания, границы пластов и т.д.) и электромагнитные параметры основных элементов разреза. Геоэлектрический разрез является условным отражением геологического разреза, поскольку границы изменения электрических и магнитных свойств пород не всегда совпадают с литологическими и стратиграфическими границами.

Для получения геоэлектрического разреза на дневной поверхности в горных выработках и буровых скважинах наблюдают естественные (не зависящего от деятельности человека) или искусственные (специально создаваемыми для целей электроразведки) электромагнитные поля.

Теория электроразведки включает решение прямых и обратных задач.

Прямая задача состоит в определении электромагнитного поля по заданным источникам поля и параметрам геоэлектрического разреза. Анализ решения прямой задачи позволяет предвидеть результаты наблюдения поля в различных геологических условиях и на этом основании выбирать целесообразные способы исследования поля.

Если геоэлектрический разрез известен, то с помощью уравнения и физических условий задачи, называемых условиями сопряжения, решаются прямые задачи электроразведки, т.е. получаются аналитические или численные значения E и H, которые соответствуют заданному геоэлектрическому разрезу. В теории электроразведки прямые задачи решаются для разных физико-геологических моделей (ФГМ) сред. Под ФГМ понимаются абстрактные геоэлектрические разрезы простой геометрической формы, которыми аппроксимируются реальные геолого-геофизические разрезы. Сложность решения прямых задач заключается в выборе моделей, близких к реальным, но таких, чтобы для избранного типа первичного поля удалось получить хотя бы приближенное решение для E или H. Для этого применяется математическое моделирование с использованием современных ЭВМ. В недалеком прошлом основным способом решения прямых задач для сложных ФГМ и разных по структуре типов полей являлось физическое моделирование на объемных или плоскостных моделях сред.

Наиболее простыми моделями сред являются:

- однородное изотропное пространство или полупространство с одинаковыми электромагнитными свойствами (решения над ними называются соответственно нормальным полем источника);

- анизотропное пространство или полупространство с электромагнитными свойствами, отличающимися в направлении и в крест слоистости пород;

- одномерные неоднородные среды, в которых свойства меняются в одном направлении. Такими ФГМ могут быть, например, вертикальные контакты двух сред, ряд вертикальных пластов или горизонтально слоистая среда с разными с;

- двухмерные неоднородные среды, в которых электромагнитные свойства меняются в двух направлениях.

- Примером могут быть наклонные пласты или цилиндры, простирающиеся вдоль одного направления и отличающиеся по с от вмещающих горных пород;

- трехмерные неоднородные среды, в которых свойства меняются по трем направлениям. Простой из подобных моделей является шар с разными с, б или з в однородном полупространстве. Для решения прямых задач, используемые поля в следующей последовательности: точечных и дипольных источников постоянного тока, плоских гармонических электромагнитных волн, сферических волн дипольных гармонических или импульсных источников, цилиндрических волн длинного кабеля и т.п.

Обратная задача электроразведки заключается в определении геоэлектрического разреза по наблюденному электромагнитному полю этот процесс принято называть интерпретацией результатов полевых наблюдений. При решении обратной задачи приходится использовать сведения об электрических свойствах горных пород, слагающих исследуемую площадь, данные о геологическом строении ее, результаты исследований другими геофизическими и т.д.

Методы решения обратных задач электроразведки являются основой количественной интерпретации данных электроразведки. Сущность их сводится к подбору и сравнению полевых графиков и кривых с теоретическими, полученными в результате решения прямых задач. Для этого созданы альбомы типичных теоретических кривых (палетки) или программы для их теоретического расчета с помощью ЭВМ.

При работе методами электроразведки наблюдаемые поля разделяются на: аномальные и нормальные.

Аномальное электромагнитное поле создается объектом исследования в силу естественных причин при возбуждении этого объекта источником. Именно эти аномальные, или вторичные, поля дают нам информацию об объекте поиска или разведки. Эти поля выделяют на фоне нормального поля, в понятие которого входит поле источника возбуждения, т.е. первичное поле, а также поле от вмещающих пород.

Геологические задачи решаемые с применением электроразведочных методов

Электроразведочные работы проводятся в следующих масштабах:

· рекогносцировочные работы - 1: 1 000 000 и 1: 500 000;

· поисково-съемочные работы - 1: 200 000 и 1: 100 000;

· детальные поисково-съемочные и разведочные работы - 1: 50 000 и 1: 25 000;

поисково-разведочные работы - 1:10 000, 1:5000, 1:2000 и крупнее.

По геометрии и строению изучаемых геологических разрезов методы электроразведки условно делятся на:

1) зондирования, которые служат для расчленения горизонтально (или полого) слоистых разрезов в вертикальном направлении;

2) профилирования, предназначенные для изучения круто слоистых разрезов или выявления объектов в горизонтальном направлении;

3) подземно-скважинные (объемные), объединяющие методы выявления неоднородностей между скважинами, горными выработками и земной поверхностью.

Физические свойства горных пород и руд Удельное электрическое сопротивление (УЭС), характеризует способность пород оказывать электрическое сопротивление прохождению тока и является наиболее универсальным электромагнитным свойством.

где R - сопротивление проводника l - длина проводника (в м), S - поперечное сечение проводника, через которое течет ток (в м²).

Горная порода - это агрегат, каркас которого состоит из минералов, а поры заполнены газом или жидкостью. Поэтому с породы будет зависеть от удельного сопротивления минералов, слагающих каркас, от количества размеров, формы и расположения пор, от степени их заполнения жидкостью, от удельного сопротивления жидкости.

По значению сопротивления минералы различаются следующим образом:

1) минералы очень низкого сопротивления (до 10^-5 Ом·м) - самородные золото, платина, серебро;

2) минералы низкого сопротивления (от 10^-5 до 1 Ом·м) - сульфиды (пирит, халькопирит, арсенопирит, галенит и др.) некоторые окислы, графит и некоторые угли)

3) минералы среднего сопротивления (от 1 до 10⁵ Ом·м) - гематит, боксит, киноварь, ангидрит, шеелит и др.

4) минералы высокого и очень высокого сопротивления (от 10⁵ до 10¹² Ом·м), составляющие основную группу породообразующих минералов - полевые шпаты, кварц, кальцит, слюда, нефть и др.

Удельное электрическое сопротивление горных пород определяется следующими природными геолого-гидрогеологическими факторами:

1) минеральным составом;

2) структурой и текстурой;

3) пористостью и трещиноватостью;

4) влагонасыщенностью и минерализацией растворов в порах пород;

5) температурой;

6) давлением.

Величина обратная г = 1/с называется удельной электропроводностью и измеряется в сименсах на метр (См/м). Для наиболее распространенных осадочных, изверженных и метаморфических горных пород удельное электрическое сопротивление зависит от минерального состава, физико-механических и водных свойств горных пород, концентрации солей в подземных водах и в меньшей мере от их химического состава, а также от некоторых других факторов (температуры, глубины залегания, степени метаморфизма и др.).

Диэлектрическая (е) проницаемость играет значительную роль лишь при электроразведке на высоких частотах, она характеризует способность вещества концентрировать или разряжать электрическое поле вследствие явления поляризации, т.е. упорядоченной ориентации связанных электрических зарядов. Относительная диэлектрическая проницаемость (гдеи - диэлектрические проницаемости породы и воздуха) показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха в него поместить данную породу. Величина е меняется от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит, в основном, от процентного содержания воды и от минералогического состава породы. У изверженных пород е меняется от 5 до 12 единиц, у осадочных - от 2-3 (у сухой) до 16-40 (у полностью насыщенной водой породы).

Магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость характеризует способность вещества концентрировать силовые линии магнитного поля. Относительная проницаемость м показывает, во сколько раз магнитная индукция поля, созданного током в данной среде, больше, чем в свободном пространстве.

Для громадного большинства горных пород м = 1, т.е. их проницаемость такая же, как и свободного пространства, лишь у ферромагнетиков (магнетит, титаномагнетит, пирротин) может достигнуть нескольких десятков. В зависимости от процентного содержания ферромагнетиков величина м у некоторых руд равна 3-10.

Влияние магнитной проницаемости существенно лишь на высокой частоте (f = 10 кц) при разведке пород и руд, содержащих ферромагнетики.

1. Поле точечного источника. Нормальное поле точечного источника (рис. 1),

Рис 1 Электрическое поле шарового заземлителя. 1--токовые линии; 2 -- эквипотенциальные линии

т.е. зависимость ДU от I, расстояний между пунктами возбуждения и измерения, удельного электрического сопротивления однородного полупространства с, может быть определено с помощью закона Ома:

ДU = I R = I сДl / s,

где R -- сопротивление линейного проводника; Дl, s -- его длина и площадь поперечного сечения.

В однородной среде ток I от точечного источника стекает во все стороны равномерно. Эквипотенциальные поверхности, т.е. поверхности, на которых электрический потенциал U постоянен, должны быть перпендикулярны к токовым линиям, а значит, иметь вид полусфер с центром в точке А. Разность потенциалов ДU между двумя точками М и N или между эквипоненциальными поверхностями с ра диусами AM и AN, проходящими через эти две точки, может быть определена по приведенной выше формуле.

ДU = с I Дl / s

где I -- весь ток, проходящий через указанные полусферы. Длина «проводника» равна расстоянию между соседними эквипоненциальными поверхностями Дl = MN, а поперечное сечение s--поверхности полусферы с радиусом.

2. Взаимодействие гамма- квантов с веществом

Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно распадаться с испусканием б, в, г лучей, а иногда и других частиц. Гамма-лучи представляют собой электромагнитное излучение с малой длиной волны. Длина пробега г - квантов в горных породах достигает десятков сантиметров. Благодаря высокой проникающей способности они являются основным видом излучений, регистрируемых в методе естественной радиоактивности. Энергию частиц выражают в электрон-вольтах (эВ). Воздействие гамма-излучения на среду количественно оценивается в рентгенах. Из естественных радиоактивных элементов наиболее распространены уран U238, торий Тh232 и изотоп калия К40. Радиоактивность осадочных пород, как правило, находится в прямой зависимости от содержания глинистого материала. Песчаники, известняки и доломиты имеют малую радиоактивность, наименьшую радиоактивность имеют каменная соль, ангидриты и угли. Для измерения интенсивности естественного гамма-излучения по стволу скважины пользуются скважинным прибором, содержащим индикатор г- излучения. В качестве индикатора используют газоразрядные сцинтилляционные счетчики. Газоразрядные счетчики представляет собой баллон, в который помещены два электрода. Баллон наполнен смесью инертного газа с парами высокомолекулярного соединения, находящейся под низким давлением. Счетчик подключается к источнику постоянного тока высокого напряжения - порядка 900 вольт. Действие газоразрядного счетчика основано на том, что г-кванты, попадая в него, ионизируют молекулы газового наполнителя. Это приводит к возникновению разряда в счетчике, что создаст импульс тока в цепи его питания. Гамма-каротаж. При прохождении через вещество гамма-кванты взаимодействуют с электронами и ядрами атомов. Это приводит к ослаблению интенсивности г -излучения. Основными видами взаимодействия гамма-квантов с веществом являются образование электрон-позитронных пар, фотоэффект, эффект Комптона (г -квант передает часть своей энергии электрону и изменяет направление движения). Электрон выбрасывается из атома. После нескольких актов рассеяния энергия кванта уменьшатся до величины, при которой он поглощается за счет фотоэффекта. Фотоэффект сводится к тому, что г -квант передает всю свою энергию одному из электронов внутренней оболочки и поглощается, а электрон выбрасывается за пределы атома. На показания ГГК значительное влияние оказывает скважина. Она уменьшает плотность среды, окружающей зонд, и приводит к увеличению показании ГГК пропорционально диаметру. Для уменьшения влияния скважины приборы ГГС имеют прижимные устройства и экраны, защищающие индикатор от рассеянного г -излучения бурового раствора. Облучение породы и восприятие рассеянного г -излучения в этом случае осуществляется через небольшие отверстия в экранах, называемые коллиматорами. Характерной особенностью диаграмм метода рассеянного гамма излучения является не прямая, а обратная связь с плотностью, что обусловлено размером зонда. Если бы индикатор размещался вблизи источника, среда с повышенной плотностью отмечалась бы и высокой интенсивностью рассеянного г -излучения.

3. Зенитный и азимутальный угол отклонения скважины

Скважина как математическое понятие траектории непрерывного поступательного движения бурового породоразрушающего инструмента в пространстве и трасса как ее дискретное графическое отображение в форме ломаной линии характеризуются координатами положения и направления, показанными на рис. 1

Рис. 1 Схема определения координат (и их приращений) пространственного положения скважины

Непрерывное определение координат траектории геологоразведочных скважин в настоящее время, как правило, не производится, а их координаты (или приращения) определяются по отдельным дискретным точкам инклинометрической съемки в географических прямоугольных декартовых координатах трехмерного пространства, где обычно выделяют: Х₀, Y₀, Z₀ - начальные координаты заложения скважины; Х_i, Y_i, Z_i- ее текущие координаты в i-й точке, например A_i и X_k, Y_k, Z_k координаты подсечения рудного тела скважиной конечного забоя точки K_i. (Ось X представляет собой касательную к магнитному меридиану в направлении магнитного (географического) севера; ось Y, перпендикулярная к оси X, направленная в сторону магнитного востока, ось Z направлена в сторону действия вектора силы тяжести).

На практике пространственное положение или направление скважины определяются по данным инклинометрической съемки в полярной координатной системе, т.к. большинство инклинометров осуществляют прямое измерение в вертикальной и горизонтальной плоскостях основных полярных параметров: в вертикальной плоскости зенитного угла и_i, или угла наклона д, в горизонтальной плоскости азимутального угла или азимута б_i; глубина измеряется также в каждой текущей i-й точке (например A_i).

Зенитным углом и скважины называется угол между вертикалью (линия OZ в любой текущей точке измерения) и осью скважины OA_i (вектором скорости бурения) или касательной к ней в данной точке. Угол между осью скважины или касательной к ней и горизонталью в той же точке называется углом наклона д. Сумма зенитного угла и угла наклона равна 90°: и + д = р / 2. При увеличении зенитных углов происходит «выполаживание», а при уменьшении - «выкручивание» скважины.

Азимутальным углом, или азимутом б_i скважины называется угол, отсчитываемый по часовой стрелке (в северном полушарии) и лежащий в горизонтальной плоскости и образованный каким-либо ориентированным направлением, принятым за начальный отсчет, например, 0_x и горизонтальной проекцией оси скважины (вектора скорости бурения) в любой ее точке A_i. В зависимости от выбора начального направления отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным. В первом случае отсчет ведется от географического, во втором - от магнитного меридиана, а в третьем - от направления на произвольно взятый репер, географические координаты которого известны. При увеличении азимутального угла происходит правое «+», а при уменьшении левое «--» азимутальное искривление скважины.

Глубина L скважины представляет собой расстояние по ее стволу от устья 0 до забоя K_iили любой i точки замера углов. Глубины (длины) ствола измеряют по буровому снаряду в процессе его подъема из скважины и при контрольных замерах, которые проводятся периодически по мере углубки скважины. Замеры следует также осуществлять перед постановкой искусственного отклонителя в скважине, а также после ликвидации аварий и осложнений.

Для изображения положения скважины в пространстве в координатной системе ее точки рассчитываются для осей X, Y, Z, например, точка А_i проектируется на горизонтальную плоскость осей X, Y (точка А₁ с координатами С₁, С₁), на вертикальную плоскость осей X, Z (точка А₂ с координатами С₁, С₂)и вертикальную плоскость осей Y, Z (точка А₃ с координатами С₂, С₃).

При построении геологических разрезов ее ось проектируют на две плоскости: вертикальную и горизонтальную и называют вертикальной ОА₂ (профиль) и горизонтальной ОА₁(план) проекцией скважины, а величины отрезков А₁ С₁ и А_i А₁ определяют собой отход или смещение забоя скважины от вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, и вертикаль в любой точке оси называется апсидальной (зенитной) плоскостью, а двугранный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки между апсидальной плоскостью и плоскостью искривления, апсидальным углом.

4. Кумулятивный заряд

Кумулятивный заряд перфоратора представляет собой прессованную шашку бризантного ВВ цилиндрической, конической или овальной формы -кумулятивная выемка, в которую вставлена металлическая воронка. В основании заряда находится детонатор. Инициирование взрыва снаряда производится от взрыва общего гибкого детонирующего шнура, который, в свою очередь, возбуждается от соответствующего взр Кумулятивный заряд перфоратора (рис. 5) представляет собой прессованную шашку бризантного ВВ цилиндрической, конической пли овальной формы - кумулятивная выемка, в которую вставлена металлическая воронка. В основании заряда находится детонатор. Инициирование взрыва снаряда производится от взрыва общего гибкого детонирующего шнура, который, в свою очередь, возбуждается от соответствующего взрывного устройства, чаще взрывного патрона.

Форма заряда позволяет уменьшить массу ВВ, не участвующую непосредственно в образовании кумулятивной струи, благодаря чему уменьшается вредное воздействие взрыва на корпус перфоратора или обсадную колонну.

По способу герметизации кумулятивных зарядов перфораторы делятся на две группы: корпусные и бескорпусные. Корпусные, в свою очередь, подразделяются на перфораторы с многократным использованием корпуса, обозначение которых ПК, и однократного использования - ПКО, ПКОС, ПНК. Бескорпусные перфораторы выпускаются частично разрушающимися -- ПКС, ПКР и полностью разрушающимися - КПР, ПР.

В корпусных перфораторах заряды и средства взрывания (детонирующий шнур и взрывной патрон) изолированы от внешней среды стальным корпусом, который выдерживает высокие гидростатические давления. Стальной корпус позволяет применять перфораторы этого класса в скважинах на больших глубинах при высоких температурах.и давлениях. Кроме того, корпусные перфораторы не загрязняют ствол скважины после перфорации и не оказывают разрушающего влияния на обсадную колонну и цементный камень в затрубном пространстве.ывного устройства, чаще взрывного патрона.

Форма заряда позволяет уменьшить массу ВВ, не участвующую непосредственно в образовании кумулятивной струи, благодаря чему уменьшается вредное воздействие взрыва на корпус перфоратора или обсадную колонну.

По способу герметизации кумулятивных зарядов перфораторы делятся на две группы: корпусные и бескорпусные. Корпусные, в свою очередь, подразделяются на перфораторы с многократным использованием корпуса, обозначение которых ПК, и однократного использования - ПКО, ПКОС, ПНК. Бескорпусные перфораторы выпускаются частично разрушающимися -- ПКС, ПКР и полностью разрушающимися - КПР, ПР.

В корпусных перфораторах заряды и средства взрывания (детонирующий шнур и взрывной патрон) изолированы от внешней среды стальным корпусом, который выдерживает высокие гидростатические давления. Стальной корпус позволяет применять перфораторы этого класса в скважинах на больших глубинах при высоких температурах.и давлениях. Кроме того, корпусные перфораторы не загрязняют ствол скважины после перфорации и не оказывают разрушающего влияния на обсадную колонну и цементный камень в затрубном пространстве.

5. Цели исследования обсаженных скважин испытателями пластов на трубах

Испытание пласта -- это технологический комплекс работ в скважине, связанный со спускоподъёмными операциями инструмента, созданием глубокой депрессии на пласт, многоцикловым вызовом притока пластовой жидкости и отбором глубинных проб с регистрацией диаграмм изменения давления и температуры на забое и в трубах автономными манометрами.

Каждый цикл состоит из открытого периода с регистрацией кривой притока (КП) и закрытого периода с регистрацией кривой восстановления давления (КВД). Продолжительнось периодов выбирают, исходя из решаемой задачи. Так для определения начального пластового давления используют КВД после кратковременного притока (первый цикл), для отбора представительной пробы пластового флюида и оценки фактической продуктивности требуется большая продолжительность притока, а также длительная КВД для определения гидропроводности удалённой зоны пласта, потенциальной продуктивности и скин-фактора (второй цикл).

ИПТ применяют для испытаний пластов в открытом стволе в процессе бурения, а также в обсаженных и перфорированных скважинах, когда использование стандартных технологий КВД и ИД малоинформативно:

· в низко- и среднедебитных эксплуатационных скважинах,

· при наличии перфорации двух стратиграфически различных пластов,

· при работе скважины в режиме неустойчивого фонтанирования.

Преимущества ИПТ заключаются в возможности создания малого подпакерного объёма, что позволяет снизить влияние упругой реакции ствола скважины и, тем самым, получить необходимые условия фильтрации в пласте при существенно меньшей продолжительности исследований.

Тем не менее, время нахождения инструмента на забое скважины ограничено технологическими причинами (несколько часов). Поэтому радиус исследования пласта при ИПТ невелик и полученные параметры пласта лишь приблизительно характеризуют добывные возможности скважины в условиях длительной эксплуатации.

Список используемой литературы

1. Вандельштейн Б.Ю. Исследование разрезов нефтяных и газовых скважин методом собственных потенциалов. М.: Недра, 1966.

2. Ильина Г.Ф. Промысловая геофизика. Учебное пособие. Томск, ТНУ, 2011.

3. Итенберг С.С. Промысловая геофизика. М.; Гостоптиздат, 1961.

Размещено на Allbest.ru