Геофизические методы исследования скважин Список литературы 1

Геофизические методы исследования скважин

Список литературы 1. Дьяконов Д. И. и др. Общий курс геофизических исследований скважин. М. , Недра, 1977, 1985. 2. Латышева М. Г. Обработка и интерпретация результатов геофизических исследований скважин. М. , Недра, 1975, 1981, 1991. 3. Дахнов В. Н. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. М. , Недра, 1972, 1982. 4. Итенберг С. С. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М. , Недра, 1972, 1987. 5. Комаров С. Г. Геофизические методы исследований скважин. М. , Недра, 1973. 6. Мейер В. А. Геофизические исследования скважин, Ленинград, Из-во ЛГУ, 1981. 7. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. РД 15339. 0 -072 -01, 2001.

Назначение ГИРС - изучение геологического разреза и массива горных пород; - выявление и оценка полезных ископаемых; - контроль за разработкой месторождений полезных ископаемых ; - оценка технического состояния скважин; - изучение продуктивных пластов; Работы - испытание пластов; - отбор образцов пород и пластовых флюидов; - прострелочно-взрывные работы; - итенсификация притоков флюидов из продуктивных пластов; - геолого-технологические исследования в процессе бурения.

Виды ГИРС - Геофизические исследования в скважинах (ГИС) – измерение в скважинах параметров различных по природе физических полей, естественных или искусственно вызванных с целью изучения строения и свойств горных пород, вскрытых скважиной; конструктивных элементов скважины; - Геофизические работы в скважинах – технологические операции по обеспечению строительства и эксплуатации скважин, выполняемые геофизическими предприятиями, включающие: - прострелочно-взрывные работы (ПВР) по вторичному вскрытию, итенсификации притоков и ликвидации аварий; - испытание пластов инструментами на трубах и на кабеле; - отбор образцов и флюидов приборами на кабеле; - вызов и интенсификацию притока свабированием и импульсными депрессионными воздействиями;

Геолого-технологические исследования скважин (ГТИ) - измерение параметров бурения, параметров и свойств промывочной жидкости, содержание в ней углеводородов и других, поступающих из вскрытых пластов флюидов, отбор и экспресс-анализ шлама, экспресс-анализ керна на буровой.

Объект исследования Скважина бурится инструментом с номинальным диаметром d. Н. Фактический диаметр скважины d. C может отличаться от d. Н как в большую, так и в меньшую сторону. По характеру изменения диаметра скважины d. C горные породы подразделяются на три типа. К породам первого типа относятся породы, в которых диаметр скважины соответствует диаметру долота d. C = d. Н. Это карбонатизированные песчаники и алевролиты, известняки, доломиты, ангидриты и большинство магматических и метаморфических горных пород.

К породам второго типа относятся породы, в которых диаметр скважины превышает номинальный диаметр d. C > d. Н. К этой группе относятся: - глины и глинистые сланцы легко размываемые струей глинистого раствора и обрушивающиеся вследствие набухания глинистых частиц и перехода их в раствор; - кавернозные известняки и доломиты, образующие крупные каверны и особенно карстовые пустоты; -сильно трещиноватые, преимущественно с изотропной трещиноватостью известняки и доломиты; - каменная соль и другие гидрохимические осадки, обладающие высокой растворимостью; - ископаемые угли, легко растрескивающиеся и обрушивающиеся при проходке их скважиной.

породы третьего типа, к которым относятся проницаемые пласты (коллекторы), способные пропускать жидкость при перепадах давления. Pc Pп Вскрытие горных пород при бурении осуществляется, как правило, при превышении гидростатического давления бурового раствора над пластовым давлением (Pc > Pп). При этом водная часть бурового раствора (фильтрат) выдавливает внутрь пласта флюид, который находится в пласте, а глинистые частицы оседают на стенке скважины. Образуется глинистая корка, уменьшающая диаметр скважины.

МЕТОДЫ ГИС - Электрические методы; - Ядерные методы; - Акустические методы; - Термические методы; - Ядерно-магнитные методы; - Магнитные методы; - Геохимические методы.

Электрические методы ГИС Методы естественного поля ПС МЭП МГП Методы искусственного поля постоянного переменного КС НИК БКЗ ВИК МКЗ ДК БК МБК ТК МСК RC

МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ПС)

МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ПС) Потенциалы собственной поляризации возникают в результате следующих физико-химических процессов: 1. Диффузии солей из пластовых вод в буровой раствор или из бурового раствора в пластовые воды, а так же адсорбцией ионов на поверхности минеральных частиц горных пород. Uда = Uа - Uд 2. Фильтрацией вод из бурового раствора в породы или пластовых вод в скважину. Uф 3. Окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и металлами. Uов

Диффузионно-адсорбционный потенциал Диффузия. При растворении какого-либо вещества в жидком растворителе молекулы растворяемого вещества (все или частично) диссоциируют (расщепляются) на положительные и отрицательные ионы. В пластовых водах содержание ионов Сl¯ и Na+ достигает 80 – 95% от общего содержания ионов и именно они оказывают основное влияние на формирование диффузионного потенциала. При контакте двух электролитов разной концентрации за счет осмотического давления происходит диффузия ионов, результирующий поток которых направлен в сторону меньшей концентрации. Скорости анионов и катионов различны и определяются их подвижностями. По подвижности ионов можно рассчитать их скорости в растворителе под действием электрического поля в 1 В на 1 см. Например, скорость для Na+ при 18 o. С равняется 0, 000456 см/с, а для Сl¯ - 0, 000676 см/с.

Скорость движения анионов почти в 1, 5 раза больше скорости движения катионов. В следствии этого, в менее концентрированном растворе появится избыток анионов, а в более концентрированном – избыток катионов. В результате образуется электрическое поле, которое замедляет движение более подвижных отрицательных ионов и ускоряет движение менее подвижных положительных ионов. В результате этих двух процессов, подвижности анионов и катионов становятся равными и устанавливается некоторое равновесное состояние при котором менее концентрированный раствор заряжен отрицательно, а более концентрированный – положительно.

Величина диффузионного потенциала контакта двух растворов зависит от их солевого состава и концентраций и определяется формулой Нернста: где: Ед – диффузионный потенциал, м. В; R – универсальная газовая постоянная, равная 8, 314 Дж/(моль Кл); F – число Фарадея, равное 96484 Кл/моль; Т – абсолютная температура, К (Т=Т 1+2730, Т 1 – температура раствора в 0 С); nк, nа – число катионов и анионов; zк, zа – валентности катиона и аниона; u, v – подвижности катиона и аниона; С 1, С 2 – концентрации растворов. Если водные растворы являются растворами одной и той же одновалентной соли разной концентрации, то формула принимает вид

Пластовую воду и буровой раствор в первом приближении можно считать растворами хлористого натрия. Подставив в формулу соответствующие постоянные для этой соли, получим для 180 С (291 К) Значения Кд (в м. В) при Т=291 К для наиболее типичных солей пластовых вод и промывочных жидкостей составляют: Na. Cl – 11, 6; Na. HCO 3 -2, 2; Ca. Cl 2 -17, 7; Mg. Cl 2 – 22, 5; Na 2 SO 4 +0, 2; KCl +0, 4. Диффузионный потенциал возникает при свободном контакте двух разных электролитов. В скважине же наблюдается контакт бурового раствора и пластовой воды, находящейся в поровом пространстве.

Адсорбция. В поре, заполненной электролитом, минеральный скелет, образующий стенки поры адсорбирует анионы, и заряжают их отрицательно. Непосредственно на стенке поры располагается слой катионов (толщиной в один ион), который за счет электрических сил прочно связан со стенкой и является неподвижным. Этот слой называется адсорбционным. Далее располагается малоподвижный слой толщиной в 5 – 8 ионов, состоящий в основном из катионов, который называется диффузным. а б Диффузный и адсорбционный слои образуют двойной электрический слой (ДЭС). В центральной части капилляра находится слой, в котором количество анионов равно числу катионов – электронейтральный слой. Схема распределения зарядов в идеальной широкой (а) и узкой (б) поре. 1 – адсорбированные ионы, 2 – подвижные ионы диффузного слоя, 3 – электронейтральный слой.

2 r С 1 + + + + + 2δ Широкий капилляр (r>>δ) Узкий капилляр (r=~δ) C 1 - С 2>C 1 Ед J C 2>C 1 + + J + + + Еда

На контакте электронейтрального слоя с буровым раствором или его фильтратом происходит процесс диффузии. На контактах же диффузных слоев анионы выбывают из процесса диффузии и потенциал становится равным Таким образом, общая величина диффузионно-адсорбционного потенциала может достигать величины В качестве параметра, количественно характеризующего диффузионно-адсорбционную активность горной породы, принята величина

Диффузионно-адсорбционная активность определяется как разность коэффициентов диффузионно-адсорбционной ЭДС Кда горной породы и диффузионной ЭДС Кд данной пары растворов Для песчано-глинистых пород диффузионно-адсорбционную активность можно оценить из выражения - коэффициент глинистости - коэффициент пористости если то то

Крупное зерно Мелкое зерно Большие поры Маленькие поры Глинистость Крупнозернистый песчаник Алевролит Глина Плотные слабопористые горные породы (известняки, доломиты, карбонатизированные песчаники и др. ) отмечаться также, как и песчаники - низкими значениями. Это обусловлено отсутствием у таких горных пород как диффузионной так и адсорбционной составляющих.

Приведенное распределение потенциала (повышение от песчаников к глинам) наблюдается при условии, что пластовые воды более минерализованы, чем буровой раствор: На рис. а показана кривая ПС для случая, когда пластовые воды более минерализованы, чем промывочная жидкость. Это соотношение носит название – прямое ПС. Кривая б соответствует обратному соотношению и называется – обратное ПС.

Фильтрационный потенциал При фильтрации жидкости через капилляры пород возникают фильтрационные потенциалы или потенциалы течения. Они обусловлены перемещением слабосвязанного диффузного слоя ДЭС в сторону меньшего давления. Величина этого потенциала: где: - удельного сопротивления фильтрата промывочной жидкости; - фильтрационная электрохимическая активность, зависящая от структуры порового пространства и свойств фильтрующейся жидкости; - перепад давления на концах капилляра Фильтрационный потенциал горных пород имеет отрицательный знак со стороны избыточного давления. Его можно обнаружить на фоне других потенциалов проведя повторные измерения после уменьшения уровня бурового раствора в скважине.

Окислительно-восстановительный потенциал Окислительно-восстановительные потенциалы возникают в результате химических реакций, происходящих между минералами с электронной проводимостью и электролитами промывочной жидкости и пластовых вод. При окислении вещества происходит потеря электронов и оно заряжается положительно. Примером окислительной реакции является взаимодействие пирита с пластовыми водами или промывочной жидкостью и растворенным в них кислородом При этом пирит заряжается положительно благодаря адсорбции ионов железа , а окисляющие его воды – отрицательно ионами

Потенциал EПС в скважине На контакте горных пород разной литологии и на контакте горных пород с промывочной жидкостью, заполняющей скважину образуется электрохимическая ячейка. Эквивалентная схема содержит три сопротивления Rп - сопротивление пласта, Rвм - сопротивление вмещающих пород и Rc - сопротивление бурового раствора. По контуру течет ток силой I. Электродвижущая сила естественного потенциала в скважине На участке скважины с Rc, разность потенциалов соответствует полному изменению потенциала в скважине и является фактической амплитудой в пласте

Фактическая амплитуда отличается от статической на величину Для пластов большой мощности наибольшее сопротивление оказывает промывочная жидкость в скважине, где происходит почти полное падение потенциала, и значением можно пренебречь. В этом случае

Приведение амплитуд пластов малой мощности к EПС осуществляется по формуле где - - поправочный коэффициент, определяемый по палетке. Шифр кривых

Электрический каротаж на постоянном токе Удельное электрическое сопротивление где r - удельное электрическое сопротивление; l – длина проводника; S – его поперечное сечение. [Ом м] Изменяется от долей до десятков тысяч Ом м Горная порода состоит из минерального скелета и пустот (пор) заполненных флюидом (вода, газ, нефть или их смеси)

Сопротивление минерального скелета Петрофиз. группа Проводники Полупроводники Диэлектрики <10 -6 -108 >108 Носители тока Электроны (дырки) Ионы Зависимость от температуры прямая обратная Группы минералов Самородные металлы Сульфиды и оксиды металлов, графит, антрацит Остальные минералы ρ, Омм У большинства горных пород минеральный скелет является диэлектриком

Сопротивление водных растворов Сопротивление воды зависит от - концентрации солей; - химического состава; - температуры. УЭС растворов различных солей при концентрации 10 г/л и t=180 C Na. Cl 0. 625 Омм KCl 0. 641 Омм Ca. Cl 2 0. 626 Омм Mg. Cl 2 0. 580 Омм СNa. Cl [г/л] 0 0, 01 0, 1 1, 0 10, 0 50, 0 100, 0 r [Омм] 20*104 516 52, 5 5, 5 0, 625 0, 149 0, 08 При увеличении температуры УЭС снижается. Это связано с увеличением подвижности ионов и уменьшением вязкости. где a = 0. 0236 – температурный коэффициент

Зависимость удельного электрического сопротивления водных растворов солей от концентрации раствора (по В. Н. Дахнову) Зависимость удельного электрического сопротивления раствора Na. Cl от температуры и концентрации

Сопротивление минерального скелета > 108 Омм Сопротивление пластовой воды – доли Омм Сопротивление горных пород – от долей до первых тысяч Омм Следовательно, сопротивление горных пород в основном зависит от содержания токопроводящей воды, т. е. от пористости - сопротивление водяного пласта - сопротивление пластовой воды a- литологический коэффициент (0, 9 – 1, 2) b – коэффициент цементации (1, 3 – для песков 2, 3 – для сцементированных пород) P – параметр пористости

1 – пески 2 - песчаник слабосцементированный 3 - песчаник среднесцементированный 4 - известняки глинистые и ракушечные 5 – известняки и доломиты среднесцементированные 6 – известняки и доломиты плотные Чем можно объяснить неоднозначную связь между коэффициентом пористости и Р – параметром?

На величину удельного электрического сопротивления оказывает существенное влияние тип пористости и ее структура Для постоянной пористости Гранулярная пористость Чем более окатанные зерна, тем меньше сопротивление Трещинная пористость Чем тоньше трещины, тем меньше сопротивление Трещиннокавернозная пористость Наличие “тупиковых” пор обуславливает наибольшее сопротивление

При повышении давления удельное сопротивление увеличивается. Это связано с уменьшением пористости и увеличением извилистости поровых каналов. Для слоистых горных пород удельное сопротивление различно в разных направлениях. Коэффициент анизотропии определяется из выражения где и - удельные сопротивления в двух ортогональных направлениях Для анизотропных сред вычисляют среднее удельное электрическо сопротивление

При замещении воды нефтью или газом удельное электрическое сопротивление увеличивается где Pнг – коэффициент увеличения сопротивления (параметр насыщения ρнп – сопротивление нефтегазового пласта, ρвп – сопротивление водяного пласта, Pп - параметр пористости. где a – коэффициент (a = 1 ÷ 1, 3, по умолчанию а = 1), n – показатель смачиваемости (по умолчанию n = 2), kв – коэффициент водонасыщенности.

Метод КС (каротаж сопротивлений)

Установка для измерения УЭС A, B – питающие электроды; M, N – приемные (измерительные) электроды; Г – генератор; R – переменное сопротивление; м. А – прибор для измерения силы тока; О – точка записи; АО – длина зонда.

Поле точечного источника в однородной среде N А – питающий электрод; M, N – измерительные электроды - линии равного потенциала; M - токовые линии. А где U, E - потенциал и напряженность электрического поля в данной т j – плотность тока; ρ, σ – удельное электрическое сопротивление удельная электропроводность среды.

удельное электрическое сопротивление _ в однородной изотропной среде. _ кажущееся удельное электрическое сопротивление в неоднородной среде. - удельное сопротивление - мощностьпласта; - удельное сопротивление вмещающих пород; - удельное сопротивление бурового раствора; - диаметр скважины: - удельное сопротивление зоны проникновения; D – диаметр зоны проникновения; L – длина зонда.

Метод КС Типы зондов Гадиент-зонды N 0 * M A Потенциал-зонд Градиент-зонд MN < AM AO – длина зонда. при MN→ 0 N Потенциал-зонд 0 * A N M 0 * M АМ < MN АМ – длина зонда. при N →∞ A Кровельный Подошвенный (Обращенный) (последовательный) Радиус исследования: Градиент-зонд ≈ АО Потенциал-зонд ≈ 2 АМ Зонд запиисывается сверху вниз – А 2 M 0, 5 N

Кривые КС Два однородных и изотропных полупространства последовательный (подошвенный) градиент-зонд обращенный (кровельный) градиент-зонд

потенциал-зонд

Кривые КС для мощного пласта высокого сопротивления кровельный градиент-зонд подошвенный градиент-зонд потенциал -зонд

Кривые КС для мощных пластов низкого сопротивления кровельный градиент-зонд подошвенный градиент-зонд потенциал -зонд

Кривые КС для тонкого пласта градиент-зонд потенциал-зонд

Правила определения границ градиент-зонд Тонкий пласт Мощный пласт подошвенный: подошва hп = hmax+MN/2 кровля hк = hmin+MN/2 кровельный: подошва hп = hmin - MN/2 кровля hк = hmax - MN/2 потенциал-зонд Мощный пласт

Кривые rк для двух пластов высокого сопротивления, мощность которых h меньше длины подошвенного градиентзонда. а, б и в – занижающее экранирование г – завышающее экранирование

При исследовании переслаивающихся тонких пластов высокого и низкого сопротивления экранный эффект приводит к искажению не только величины УЭС, но и самой формы кривой.

Кажущееся удельное сопротивление rк различно против разных точек пласта. В качестве существенных наиболее характерных значений УЭС принято считать среднее rк, ср, максимальное rк, max или минимальное rк, min и оптимальное rк, опт

Определить истинное сопротивление горных пород с помощью специальных палеток (Двухслойная палетка БКЗ) rп можн

Метод БКЗ (Боковое каротажное зондирование)

Определение истинного сопротивления пласта БКЗ (БЭЗ) – боковое каротажное зондирование – измерение rк однотипными зондами разной длины 1) А 0. 4 M 0. 1 N 2) А 1. 0 M 0. 1 N 3) А 2. 0 M 0. 5 N 4) А 4. 0 M 0. 5 N Двухслойный разрез ρп ρс 0, 5 dc 5) А 6. 0 M 1. 0 N 6) N 0. 5 M 2. 0 A Трехслойный разрез ρп ρ зп ρс 0, 5 dc 0, 5 D

Зона проникновения Понижающее проникновение Повышающее проникновение нефтяной пласт

Типы кривых БКЗ 1 а – rс < rп 1 б – rс > rп 2 – rс < rзп < rп 3 – rс < rзп > rп 4 – тонкий пласт высокого сопротивления 5 – крест кривой

Обработка данных БКЗ 1. Расчленение разреза; 2. Снятие существенных значений и построение фактических кривых БКЗ; 3. Сравнение фактических кривых БКЗ с теоретическими и вычисление искомых параметров. Существенные значения: - среднее, - оптимальное, -- экстремальное.

Запись кривых БКЗ

Построение фактической кривой БКЗ

Фактическую кривую БКЗ совмещают с 2 -х слойной палеткой БКЗ I – двухслойная кривая БКЗ, II – трехслойная кривая с повышающем проникновением III - трехслойная кривая с понижающем проникновением Шифр кривых ρп/ρc

Совмещение фактической и теоретической кривых БКЗ на 2 -х слойной палетке Шифр кривых ρп/ρc= μ 2

Трехслойная палетка БКЗ (rзп /rс, D/dс) Шифры палетки: ρзп / ρс– 5, 10, 20, 40 … D/dc - 2, 4, 8, 16 Шифр кривых – μ 3 = ρп/ρc из 2 -х слойной палетки ρзп = μ 2 ρс ρ п = μ 3 ρ с dс = D/dc • dc

Общий вид зондов КС + ПС ЭК 2 -НН (БКЗ+2 БК+ПС)

Микрокаротажное зондирование (МКЗ) A 0, 025 M 0, 025 N – микроградиент-зонд. Радиус исследования » 3 см. A 0, 05 M – микропотенциал-зонд. Радиус исследования » 12 см.

- положительное расхождение Проницаемые горные породы МПЗ МГЗ

Положительное расхождение, ПС – большое, ρк - большое Непроницаемые горные породы большого сопротивления

- отрицательное расхождение Отрицательное расхождение Горные породы с сопротивлением меньшим, чем у бурового раствора

Нет расхождения Плотные, непроницаемые горные породы

Резистивиметрия применяется для определения удельного электрического сопротивления промывочной жидкости. r c- необходимо при обработке и интерпретации данных геофизических методов, при изучении технического состояния скважины, при гидрогеологических исследованиях. 1— корпус прибора; 2 — рессоры; 3 — рессорные муфты; 4 — резиновый башмак; 5 — электроды; 6 — электроввод.

а – определение места притока пластовой воды в скважину (rс > rпв) б – определение места поглощени промывочной жидкости (rс < rдв rс - сопротивление промывочной жидкости; rпв- сопротивление пластовой воды; rдв- сопротивление доливаемой воды.

Боковой каротаж (БК) При использовании обычных зондов, плотность тока в каждой из сред, пропорциональна их УЭС Расположив однополярные электроды А 1 и А 2 симметрично относительно основного питающего электрода А 0 можно направить токовые линии ортогонально стенке скважины. A 1 A 2

Типы зондов БК а – трехэлектродный зонд (БК-3), Lобщ= 3, 2 м, L=0, 18 м; б - семиэлектродный зонд (БК-7), Lобщ=3 м, L=0, 6 м, q=5, A 0. 2 M 10. 2 N 11. 1 A 1 (LA 3 q 5); в – девятиэлектродный зонд (БК-9): Lобщ=1, 2 м, L=0, 6 м, q=2, A 0, 2 M 10, 2 N 10, 2 A 10, 9 B 1 (LB 3 LAq 2) q – параметр фокусировки

- радиальные геометрические факторы - удельные электрические сопротивлени 1 – скважина; 2 – зона проникновения; 3 – неизмененная часть пласта; 4 – токовые линии. Радиальные характеристики

Кривые БК для пластов разной мощности Кривые БК для пачки тонких пластов

Определение удельного сопротивления по диаграммам БК Поправка за мощность пласта Поправка за скважину Псевдогеометрический фактор D, м

Специальные зонды БК (сканеры) 2 БК АЭСБ-73

а б в г Представление результатов сканирования а – монохромная шкала удельного сопротивления б – монохромная шкала проводимости: в – многоцветная шкала; г – двухцветная шкала. Результат сканирования горизонтальной скважины

Микробоковой каротаж (МБК) I – трех электродный микрозонд; II – схема токовых линий.

Наклонометрия

Изображение результатов наклонометрии угол падения - песчаник - глина

Токовый каротаж (ТК) Метод скользящих контактов (МСК) E – напряжение источника тока; - суммарное сопротивление част питающей среды (кабеля, прово реостата, источника питания и заземления B RA – сопротивление электрода A

Выделение тонких сульфидных прожилков МСК 1 – антрацит; 2 – углистый аргиллит; 3 – аргиллит; 4 – песчаник; 5 – сульфиды; 6 – хлорито-серицитовые сланцы; 7 – вкрапленники сульфидов в сланцах. щеточные точечные электроды