Геофизические исследования скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геофизические исследования скважин

Геофизические исследования скважин - совокупность геофизических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах. Традиционно к ГИС относят следующие операции:

1) исследования в скважине с целью изучения геологического разреза и выявления полезных ископаемых (каротаж);

2) контроль технического состояния скважин и разработки месторождений;

3) опробование пластов и отбор образцов пород в скважинах;

4) перфорация обсадных колонн и торпедирование в скважинах.

Интенсивное применение ГИНГС объясняется тем, что эти методы позволяют более эффективно организовывать разведку и эксплуатацию месторождений. Они обеспечивают резкое сокращение отбора образцов при бурении (керна), уменьшая при этом стоимость и время бурения.Геофизические методы исследования скважин предназначены для изучения геологического разреза и, в частности, выявления пластов разной литологии, определения углов и азимутов их падения, выделения полезных ископаемых в разрезах, а также оценки пористости, проницаемости пород и их возможной нефтегазоносной продуктивности. Специальной аппаратурой производится контроль технического состояния скважин (определение их диаметров, искривления, наличия цемента в затрубном пространстве и др.), а также прострелочно-взрывные работы в скважинах (отбор образцов из стенок, перфорация обсадных колонн). Физические свойства горных пород, определяемые в результате исследования в скважинах, служат не только для непосредственного получения той или иной геологической информации, но и для интерпретации данных полевой геофизики.

Состав и назначение оборудования для комплексных геофизических исследований скважин. Для проведения геофизических исследований скважин используется как общая аппаратура и оборудование, применяемые в большинстве методов ГИС (автоматические каротажные станции (АКС) или аппаратура геофизических исследований скважин (АГИС), спускоподъемное оборудование), так и специальные скважинные приборы, разные в разных методах (глубинные или каротажные зонды). АКС (АГИС) смонтированы на автомашинах хорошей проходимости. В наземной автоматической каротажной станции смонтированы электронные усилители и регистраторы.

Современные АГИС являются цифровыми. В них сигналы кодируются в двоичном коде и записываются на магнитную ленту. Это обеспечивает возможность машинной обработки информации как с помощью больших ЭВМ, так и компьютеров, входящих в комплект станции. Имеются устройства для представления материалов в аналоговой форме.

Сейчас изготовляются многоканальные компьютеризированные телеизмерительные системы, позволяющие регистрировать информацию от нескольких датчиков. Станции АГИС изготовляются для разных целей: изучения нефтегазовых, рудных и инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.

К общему оборудованию (рисунок 1) каротажной станции относятся:

- источники питания (батарея аккумуляторов);

- приборы для регистрации разности потенциалов и силы тока;

- лебедка, работающая от двигателя автомобиля и предназначенная для спуска и подъема каротажного кабеля в скважину (при каротаже глубоких скважин - более 3 км - лебедка устанавливается на отдельном автомобиле-подъемнике);

- блок-баланс, располагающийся вблизи скважины и предназначенный для направления кабеля в скважину и синхронной передачи глубины расположения индикатора поля на лентопротяжный механизм регистратора;

- одножильный, трехжильный или многожильный кабель в хорошей изоляции.

Изолированные друг от друга жилы кабеля с одной стороны подключаются к кольцам коллектора лебедки, а с другой - к глубинному каротажному зонду, то есть к устройству для измерения тех или иных параметров поля в скважине и трансформации их в электрические импульсы. В методах электрического каротажа зонд состоит из одного, двух, трех и более свинцовых электродов, укрепленных на кабеле. Такие зонды используются в скважинах, заполненных буровой жидкостью или водой. При работах в сухих скважинах применяются скользящие электроды, каждый из которых состоит из металлической щетки, укрепленной в обойме из изолятора на плоской металлической пружине. Пружины такого "фонарного" зонда прижимают электроды к стенкам скважины. Аналогично устроены микрозонды, в которых точечные электроды располагаются на планке из изолятора на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Планка укреплена на плоской пружине "фонаря", которая прижимает электроды к стенкам скважины.Схема выполнения ГИС приведена на рисунках1,2.

Рисунок 1.Схема выполнения ГИС

АКС - автоматическая каротажная станция, К - каротажный кабель, 1 - источник питания, 2 - приборы для регистрации разности потенциалов и силы тока, 3 - лебедка, 4 - коллектор лебедки, 5 - блок-баланс, 6 - глубинный каротажный зонд, 7 - глины, 8 - пески, 9 - известняки, 10 - изверженные породы

Скважина с горизонтальным или условно горизонтальным окончанием с углами наклона от вертикали менее 55° является разновидностью наклонно-направленной скважины и изучается традиционными средствами и методами. Участок с углами наклона от 56° до 110° принято называть горизонтальным и именно его исследования требуют применения нетрадиционных специальных технологических комплексов и специальных технических средств, а интерпретация полученных данных должна учитывать особенности модели горизонтального пласта.

Рисунок 2. Скважинное положение Compact Well Shuttle, скв.горизонтальная.

Процесс получения информации из бурящейся ГС следует разделить на три фазы: измерения в процессе бурения с целью принятия оперативных решений и распознавания текущей геологической ситуации; измерения после бурения с целью изучения физических свойств вскрытого пласта, его геометрии; измерения в процессе освоения и эксплуатации объекта. Полную информацию можно получить с использованием традиционных геофизических приборов, но поскольку они не могут попасть в горизонтальную часть скважины под собственной силой тяжести, то должны, так же как при проведении «промежуточных» каротажей, доставляться туда при помощи различных технологических устройств после окончания бурения. Эти исследования относят к наиболее встречающейся в практике получения информации второй фазе исследований ГС. Третью фазу исследований проводят после окончания бурения в процессе воздействия на дренированный пласт для вызова притока (смена раствора на воду, воды на нефть и др.) на объектах с ГС, находящихся в эксплуатации. Методы ЭК и ЭМК не несут однозначной информации о границах пластов, пересеченных ГС, вследствие их достаточной глубинности происходит «размывание» граничного эффекта. Степень «размыва» зависит от факторов: угла встречи ствола скважины и пласта, его удельного электрического сопротивления, характеристик зондов и др. В условиях ГС наиболее приоритетными при определении границ пластов и уточнении литологических особенностей объекта являются радиоактивные методы. По результатам комплексного анализа данных инклинометрии и ГИС можно определить пространственное положение стволов ГС относительно границ геологического разреза.

При геофизических исследованиях в скважинах используются все поля и методы, применяемые и в полевой геофизике. Однако между ними имеются существенные различия, которые определяются специфическими условиями технологии работ в скважинах. Для изучения разрезов скважин применяются электрические, ядерные, термические, сейсмоакустические, магнитные и другие методы. Измеряемые в скважинах с помощью датчиков те или иные параметры физических полей преобразуются в электрические сигналы, которые по кабелю подаются в каротажные станции. В них они автоматически регистрируются при подъеме кабеля с глубинным прибором и датчиком поля, производимом со скоростью от 200 до 5000 м/ч.

Скважина как объект геофизических исследований оказывает существенное влияние на специфику геофизических методов и технологию их проведения. Скважина является важнейшим источником информации о строении недр и местонахождении полезных ископаемых, а также единственным технологическим способом добычи нефти и газа.

До создания ГИС для геологической документации велся отбор образцов пород (керна) либо непрерывно через каждые несколько метров бурения, либо поинтервально. Каждый отбор керна сопровождался подъемом всего бурового инструмента. Это резко увеличивало стоимость и время бурения. Косвенную информацию о пройденных породах дает промывочная жидкость (глинистый раствор или вода), которая под давлением подается в скважину и непрерывно извлекается вместе с измельченной буровым инструментом породой. В результате применения ГИС резко уменьшается время бурения и его стоимость, несмотря на дополнительные каротажные работы, занимающие несколько дней.

Таким образом, ГИС с небольшим отбором керна дает наибольшую информацию от геологоразведочных скважин.

Классификация методов ГИС проводится по виду изучаемых физических полей. Выделяют электрические, электромагнитные, ядерно - физические, сейсмоакустические, магнитные, термические и некоторые другие. К настоящему моменту создано более пятидесяти методов и модификаций. Подобное многообразие объясняется рядом факторов: различия в условиях применения ГИНГС, специфика решения обратных задач, требующей комплексирования большого числа методов, большое количество задач геологического, технологического, инженерно - и гидрогеологического характера, решаемых ГИС. Классификация методов ГИС нефтегазовых месторождений приведена на рисунке 2.

Рисунок 2.Классификация методов ГИС

Обзор геофизических методов исследования рудных и угольных скважин. Выбор комплекса методов ГИС на рудных и угольных месторождениях зависит от физических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород.

Задачи, решаемые методами ГИС:

- литологическое расчленение разрезов скважин;

- выделение рудных, угольных интервалов, определение их мощности и строения; геофизический скважина месторождение каротаж

- определение процентного содержания металла в рудах, оценка зольности углей;

- изучение строения рудных тел в пространстве между скважинами;

- изучение технического состояния скважин.

Методы каротажа рудных скважин - КС, ПС, МСК, МЭП, ВП, КМВ, ГК, ГГК-П, ГГК-С, НАК, РРК, НГК.

Методы каротажа углеразведочных скважин - КС, ПС, КВ, АК, ВП, БТК, ГК, ГГК-П, ГГК-С.

Метод скользящих контактов (МСК). В методе измеряется электропроводимость горных пород, руды, угля. Метод одноэлектродного каротажа с электродом А небольшого размера, скользящим по стенке скважины. Измеряют силу тока в цепи, содержащий электрод А. При соприкосновении электрода c хорошо проводящим рудным телом или угольным пластом сопротивление заземления электрода резко падает и сила тока в цепи увеличивается, четко отбивая проводящий пласт (рудное тело). Метод применяют при поисках и локализации по разрезу скважины хорошо проводящих (с электронной проводимостью) рудных тел и пластов антрацита.

Метод электродных потенциалов (МЭП) - измеряется потенциал электрода М, скользящего по стенке скважины. Регистрируется разность потенциала между М и N (из одного и того же металла), перемещаемыми по скважине; электрод М касается стенки скважины, электрод N расположен по центру её. При контакте электрода М с рудным телом, обладающим электронной проводимостью, разность потенциалов резко увеличивается, так как электрод М воспринимает потенциал этого тела, обычно значительно отличающийся от потенциала электрода. Метод применяют для выделения рудных тел, обладающих электронной проводимостью; для исследования скважин бурящихся для разведки рудных месторождений.

Метод вызванных потенциалов (ВП). Исследуемая величина - остаточное поле, наблюдаемое в установке AMNB (метод сопротивления) между измерительными электродами после размыкания цепи А и В. Спаренный выключатель (обычно пульсатор) включают попеременно то цепь питания, то измерительную цепь. Регистрирующий прибор записывает среднее значение вызванных потенциалов ?Uвп за интервалы времени, в течение которого питающая цепь разомкнута. Метод используют для выделения вкрапленных руд.

Метод наведенной активности (НАК) - изучение гамма-излучения наведенной радиоактивности элементов, образующейся в породе в результате облучения её потоком нейтронов. Время наблюдения наведенной активности должно быть близким к периоду полураспада индикаторного элемента. Применение метода- выделение и оценка содержание полезного ископаемого.

Рентгенорадиометрический каротаж (РРК) - метод основан на возбуждении и регистрации характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в состав горных пород. При РРК горные породы облучают гамма -квантами сравнительно низких энергий, для которых велика вероятность фотоэффекта. Возникающие при их поглощении характеристическое рентгеновское излучение регистрируют с помощью спектрометрической аппаратуры. Фотопики, соответствующие К, L- линиям отдельных элементов, используют для идентификации этих элементов и оценки их содержания. Глубинность метода мала - несколько мм.

Каротаж магнитной восприимчивости (КМВ). Метод ГИС, основанный на измерении магнитной восприимчивости пород путем создания искусственного электромагнитного поля, называют каротажем магнитной восприимчивости. Структура магнитного поля и величины его аномалий зависят от магнитной восприимчивости слагающих разрез пород. В скважинах используют однокатушечный зонд мостового типа. Измерение магнитной восприимчивости основано на использовании мостовой схемы, чувствительным элементом в которой является индуктивное плечо - катушка с ферритовым сердечником, создающая в горных породах электромагнитное поле. Измерительный мост питается переменным током и уравновешивается в воздухе, то есть в условиях не магнитной непроводящей среды. При помещении моста в скважину меняется индуктивность чувствительного элемента и условие равновесия нарушается. В первом приближении ЭДС разбаланса пропорциональна магнитной восприимчивости пород, окружающих датчик.

Геофизические исследования в рудных скважинах проводят, как правило, в 3 этапа:

- 1 этап основных исследований охватывает всю скважину и направлен на решение задач литологического расчленения разрезов скважин, выделение рудных интервалов и излучение технического состояния скважин. Масштаб глубин каротажных диаграмм - 1:200. На этом этапе обычно используют комплекс методов общий для большинства рудных месторождений и включающий такие методы как КС, ПС, ГК, ГГК-П, кавернометрию и инклинометрию;

- 2 этап детальных исследований решает задачу уточнения мощности и строения рудных интервалов и определения процентного содержания металла в руде. Масштаб диаграмм здесь более крупный - 1:50 или 1:20, и исследования проводят только в пределах рудных интервалов. На этом этапе основным является тот специфический метод, который обеспечивает определение количественных характеристик руды, в первую очередь, процентного содержания в ней металла. Так, например, для элементов, обладающие повышенным сечением активации (Cu, Pb, Hg, Sr и др.) - рентгенорадиометрический каротаж; для элементов с высоким сечением поглощения тепловых нейтронов (B, Hg, Mn) - нейтронный каротаж по тепловым нейтронам; для радиоактивных металлов (U, Th, K) - гамма - каротаж; для Be фотонейтронный каротаж; для магнитных руд железа - каротаж магнитной восприимчивости и т.д. Для уточнения границ и строения рудных интервалов в комплексе на этом этапе часто включает методы МСК и МЭП;

-3 этап решает задачу изучения строения рудных тел в межскважинном пространстве. К выполнению этого этапа приступают тогда, когда уже пробурены все необходимые для этого скважины. На этом этапе выполняют исследования методами скважинной геофизики: при повышенной электропроводимости руд - методами заряженного тела, радиоволнового просвечивания, дипольного электромагнитного профилирования скважин и пр.; при повышенной намагниченности - скважинной магниторазведкой.

Список литературы

1.Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. М.: Недра, 1973.

2.Гречухин В.В. Изучение угленосных формаций геофизическими методами.. М.: Недра,1980.

3.Разведка сульфидных месторождений с использованием скважинных геофизических и геохимических методов. (Методическое руководство). Л.: Недра, 1971.

4.Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика. Под редакцией В.М. Запарожца. М.: Недра, 1983.

5.Инструкция по проведению геофизических исследований рудных скважин.ВИРГ,Рудгеофизика.Л.:2001,382 с.

6.Сковородников И.Г. Геофизические иссдедования скважин.Екатеринбург:УГГГА,2003,396 с.

Размещено на Allbest.ru