Геофизические исследования скважин

Для сокращения времени производства геофизических работ применяют комплексы электрометодов, когда одновременно за один спускподъем осуществляются измерения несколькими различными зондами или методами.

 

2. РАДИОАКТИВНЫЙ МЕТОД КАРОТАЖ

 

Комплекс ядерно-физических методов изучения состава и строения горных пород, слагающих стенки скважин, а также контроля за техническим состоянием скважин. В соответствии с видом регистрируемого излучения различают разновидности гамма-каротажа и нейтронного каротажа. Методы гамма-каротажа основаны на измерении интенсивности g-излучения, обусловленного естественной радиоактивностью пород (гамма-каротаж), и вторичного g-излучения (гамма-гамма-каротаж) или нейтронного излучения (гамма-нейтронный каротаж), возникающих в породах при облучении их источниками g-квантов. Методами нейтронного каротажарегистрируют параметры многократно рассеянных тепловых и надтепловых нейтронов, образующихся в результате замедления в горных породах быстрых нейтронов (нейтрон-нейтронный каротаж) или g-квантов, возникающих при захвате медленных нейтронов в горных породах (нейтронный гамма-каротаж). 

При проведении радиоактивного каротажа применяют скважинный прибор, в котором размещаются детекторы нейтронов или гамма-излучения (интегрального или спектрометрического типа), для регистрации вызванной активности в скважинную аппаратуру помещают также источники нейтронов или гамма-квантов. Сигналы детекторов передаются по кабелю на поверхность на каротажную станцию, где они регистрируются. Радиоактивный каротажа входит в обязательный комплекс методов поисков, разведки и контроля разработки месторождений (в т.ч. в скважинах, обсаженных стальными трубами). 

Методы гамма-каротажа широко используются для поисков и разведки радиоактивных руд, калийного и фосфатного сырья, характеризующихся повышенной радиоактивностью, а также при разведке нефтегазоносных и угольных пластов. Гамма-гамма каротаж применяют для изучения плотности горных пород, определения содержания в них тяжёлых элементов, а также состояния цемента в затрубном пространстве. Методы нейтронного каротажа дают важную информацию о содержании в пластах таких элементов, как водород, хлор, железо, хром, бор и др., позволяют выявлять водородсодержащие (в т.ч. нефтегазоносные) пласты. Для различения пластов, насыщенных нефтью или пластовой водой (в них близкое содержание водорода), применяют импульсный нейтронный каротаж. 

Дальнейшее повышение эффективности и безопасности радиоактивного каротажа связано с использованием управляемых источников излучения, спектрометрического, многозондовых систем измерения, цифровой регистрации и обработки результатов на ЭВМ.

 

 

3. АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН

Метод геофизических исследований в скважинах, основанный на изучении акустических свойств (скоростей распространения и затухания упругих волн) горных пород, пересечённых скважиной.

Используется при поисках и разведке месторождений, контроле технического состояния скважин, интерпретации данных сейсмической разведки, а также при решении инженерных геологических задач. При акустическом каротаже используют звуковой (0,5-15 кГц) и ультразвуковой (20-50 кГц, 0,3-2,0 МГц) диапазоны частот. Акустический каротаж проводят с помощью глубинного датчика, связанного каротажным кабелем с наземными измерительными и регистрирующими приборами. Основные элементы глубинного прибора — излучатели и приёмники упругих волн, а также акустические изоляторы, предотвращающие распространение упругих волн по корпусу глубинного прибора. Излучателями служат магнитострикционные преобразователи, изменяющие радиус металлическими (пермендюр, никель) цилиндра под действием переменного магнитного поля, или пьезоэлектрические преобразователи из титаната бария, цирконата свинца, создающие колебания в результате воздействия переменного электрического поля. Приёмники — пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическую энергию упругих волн в электрические импульсы.

При проведении акустического каротажа электрические импульсы поступают из блока синхронизации и управления в излучатели, где преобразуются в импульсы упругих колебаний длительностью 5-10 мс; преобладающая энергия этих импульсов сосредоточена в полосе частот 10-15 кГц. Измеряют времена пробега основных типов волн и коэффициент затухания. По результатам измерений строят геоакустические модели разрезов скважин для интерпретации данных сейсморазведки, проводят оценку пористостипродуктивных пластов, определяют упругие модули горных пород (модули Юнга, сдвига, объёмного расширения), выявляют зоны повышенной трещиноватости и кавернозности. Совместное использование данных акустического, электрического и радиоактивного каротажа позволяет осуществлять литологическое расчленение разрезов, выявлять коллекторы нефти, газа, определять коэффициент насыщения, контролировать разработку месторождений нефти и газа.

 

5. МАГНИТНЫЙ И ЯДЕРНО-МАГНИТНЫЙ КАРОТАЖ

 

Для изучения геологического разреза скважин и выделения в нем полезных ископаемых используются магнитные и ядерно-магнитные свойства горных пород. Методы ГИС, основанные на изучении магнитных свойств пород, слагающих разрезы скважин, называют магнитным каротажем. Существуют две его модификации: каротаж по естественному магнитному полю и магнитной восприимчивости.

Каротаж по магнитному полю (скважинная магниторазведка) основан на изучении магнитных аномалий, связанных с магнитным полем Земли, которое в каждой точке пространства характеризуется вектором напряженности. Величина и направление этого вектора определяются тремя составляющими X, Y и Z, измерение которых может осуществляться с помощью трех взаимно перпендикулярных магниточувствительных датчиков, расположенных соответственно вдоль оси скважины (измерение Z), в вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины (измерение Х) и в горизонтальной плоскости (измерение Y). Каротаж по магнитному полю применяют для выявления намагниченных рудных тел в околоскважинном пространстве.

Каротаж магнитной восприимчивости пород основан на измерении этой величины двумя разными способами: по изменению индуктивности соленоида и величине реактивной составляющей напряженности вторичного магнитного поля. Такой каротаж применяется для литологического расчленения разрезов скважин, их корреляции, выделения зон оруденения, определения содержания железа в магнетитовых рудах, получения данных для интерпретации аномалий магнитного поля, отмеченных при магниторазведке.

Ядерно-магнитный каротаж (ЯМК) основан на том, что ядра ряда элементов, таких как водород, фтор, алюминий, углеводород) обладают собственным механическим моментом (спином) и магнитным моментом, оси которых совпадают. При помещении таких ядер в постоянное внешнее магнитное поле Н их магнитные моменты стремятся ориентироваться в направлении вектора данного поля, что ведет к возникновению ядерной намагниченности.

При снятии внешнего магнитного поля из-за беспорядочного теплового движения атомов и молекул вещества происходит разрушение приобретенной ядерной намагниченности. Если это происходит в присутствии остаточного магнитного поля, например поля Земли, ядра стремятся перемещаться вдоль этого поля, прецессируя вокруг него подобно волчку в поле силы тяжести, с частотой около 2 кГц (частотой Лармора), обусловленной напряженностью магнитного поля Земли (Нз » 40 А/м) и гиромагнитными свойствами ядер. Частота прецессии (ларморова частота) пропорциональна гиромагнитному отношению gгир (отношению магнитного момента процессирующих ядер к их моменту количества движения) и напряженности магнитного поля.

ЯМК основан на регистрации эффектов свободной прецессии ядер водорода. Аппаратура ЯМК позволяет одновременно автоматически регистрировать две или три каротажные кривые изменения (амплитуд сигнала свободной прецессии при фиксированных временах t1, t2 и t3 и постоянных значениях tпол и tост по разрезу скважины. По этим данным оценивается (или непосредственно регистрируется при использовании счетнорешающего устройства) величина V0, приведенная к моменту выключения поляризующего тока. Интерпретация диаграмм ЯМК заключается в определении величин измеряемого сигнала свободной прецессии (ССП) и времени продольной релаксации Т1. Время поперечной релаксации Т2, будучи искажено неоднородностью поля Земли, для изучения разрезов скважин не используется. На основании интерпретации диаграмм ЯМК возможно выделение коллекторов и оценка их коллекторских свойств и оценка характера насыщения коллектора и перспективы получения нефти, газа или воды из пласта.

ЯМК предназначен для выделения пластов, содержащих подвижный флюид, определения их пористости и характера насыщения.

 

6. ГАЗОВЫЙ И МЕХАНИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ

 

Комплекс геохимических исследований скважин включает в себя: газовый каротаж, применяемый в процессе бурения и после бурения. Геолого-технические исследования скважин заключаются в сборе и обработке комплексной геологической, геохимической, геофизической и технологической информации. Основными объектами информации являются промывочная жидкость, шлам, параметры гидравлической и талевой системы буровой установки и др.

 

7. ПЛАСТОВАЯ НАКЛОНОМЕТРИЯ

 

 Служит для определения параметров залегания пластов (угла падения a и азимута l) по данным геофизических измерений в скважине. Данные о наклоне пласта необходимы для интерпретации материалов ГИС. Азимут и угол падения пластов определяют в скважине при помощи специального глубинного прибора – пластового наклономера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

К геофизической аппаратуре относятся наземные геофизические измерительные лаборатории и скважинные геофизические приборы. Геофизическое оборудование обеспечивает электрическую и механическую стыковку скважинной и наземной аппаратуры посредством кабеля, спуск и подъем скважинных приборов и аппаратов с помощью подъемника, блок баланса и других вспомогательных приспособлений.

Геофизические кабели. Грузонесущие геофизические кабели рассчитаны на номинальное переменное напряжение до 660 В, предназначены для геофизических исследований и прострелочно-взрывных работ в скважинах и служат для спуска в скважину глубинных приборов и обеспечения их связи с наземной аппаратурой, неся при этом механическуюнагрузку.

 

Скважинные приборы (зонды, электроды, грузы). Скважинные геофизические приборы должны отвечать следующим техническим требованиям:

– работают в достаточно сложных условиях;

– выдерживать высокие температуры (до 250 °С) и давления (до

120 МПа);

– быть стойкими к химически агрессивной внешней среде – растворам солей, щелочи, нефти, газу; механическим воздействиям, возникающим при движении приборов.

Для сокращения времени производства ГИС применяют комплексные исследования несколькими зондовыми установками. Из комплексной скважинной аппаратуры наиболее часто используют аппаратуру электрического метода типа Э и комплексную аппаратуру типа КАС.

Под зондом электрического каротажа понимается опускаемое в скважину измерительное устройство, содержащее измерительные и токовые электроды. Их число и расстояние между ними в многоэлектродном зонде определяются комплектом зондов, используемых при выполнении записей с комплексным скважинным прибором. Верхний конец многоэлектродного зонда соединяется с кабелем, а нижний вводится в глубинный прибор. Механическое и электрическое соединение зонда с кабелем осуществляется с помощью стандартных кабельных наконечников и зондовых головок.

Электроды изготавливаются из свинцового провода диаметром 5-6 мм с сердцевиной из стальных проволок, служащих для увеличения прочности. Свинец обеспечивает более устойчивую электродную разность потенциалов на контакте с промывочной жидкостью по сравнению с другими металлами (медь, латунь, железо).

Грузы подвешиваются к зонду или легким глубинным приборам для обеспечения надежности их спуска в скважину. Применяют грузы свинцовые и чугунные, которые поддаются разрушению в случае оставления их в забое. Свинцовый груз представляет собой свинцовую цилиндрическую болванку, внутри которой имеется каркас. Чугунные грузы состоят из фасонных колец, собранных на центральном стержне.

Спускоподъемное оборудование (подъемники, блок-балансы, датчики глубин). Спуск и подъем скважинных приборов и аппаратов на кабеле производится с помощью подъемника, блок-баланса и кабеля.

Подъемник – спускоподъемное оборудование, установленное на автомобиле. Используются подъемники с лебедками разных размеров и конструкций - в зависимости от типа и длины кабеля (ПК-2, ПК-4 и др.). Лебедки устанавливаются в кузове автомобиля и приводятся в движение автодвигателем. Подъемники обеспечивают перемещение кабеля со скоростью 10000 м/ч.

Блок-балансы служат для направления кабеля в скважину, с их помощью горизонтальное движение кабеля преобразуется в вертикальное и фиксируется длина перемещаемого через него кабеля. На блок-балансе крепятся датчик глубин и датчик натяжения кабеля. Обычно используются рамочные или подвесные блок-балансы.

Датчик глубин представляет собой устройство дистанционной передачи вращения мерного ролика лентопротяжному механизму регистратора и счетчикам глубин, установленным на контрольных панелях подъемника и лаборатории. Точное измерение длины кабеля, спущенного в скважину, осуществляется путем нанесения на него через определенные расстояния магнитных меток. Длина спущенного в скважину кабеля (глубина положения зонда или скважинного прибора) отсчитывается от точки отсчета глубин. При исследовании нефтегазовых скважин за точку отсчета обычно принимают уровень стола ротора. Если на скважине бурильный станок отсутствует, то за точку отсчета принимают уровень земной поверхности или фланец обсадной колонны.