ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Практикум
ГЕОФИЗИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ СКВАЖИН
Введение................................................................................................................... 4
Специфика обратных задач ГИС. Классификация методов ГИС.
Соотношение методов, основанных на исследовании керна, шлама и ГИС.
Роль и место ГИС
Скважина как объект геофизических исследований. Схема проведения каротажа.
Работа 1. Определение удельного электрического сопротивления горных
пород по данным каротажа сопротивлений................................... 17
Работа 2. Определение литологического состава пород по диаграммам микрокаротажа...................................................................................................... 20
Работа 3. Определение удельного электрического сопротивления горных пород по данным бокового каротажа........................................................... 22
Работа 4. Определение удельного электрического сопротивления горных пород по данным индукционного каротажа................................................. 27
Работа 5. Интерпретация диаграмм акустического метода исследования скважин 34
Работа 6. Интерпретация диаграмм радиоактивного каротажа..................... 39
ВВЕДЕНИЕ Геофизические исследования скважин (ГИС) — это совокупность физических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах. Традиционно к ГИС относят также изучение технического состояния скважин, опробование пластов и отбор проб из стенок скважин, перфорацию и торпедирование и др. Геофизические исследования скважин делятся на две весьма обширные группы методов – методы каротажа и методы скважинной геофизики. Геофизические исследования, предназначенные для изучения горных пород, непосредственно примыкающих к стволу скважины, называют каротажем, совокупность методов каротажа, применяемых в нефтегазовых скважинах — промысловой геофизикой. Методы ГИС, служащие для изучения межскважинного пространства, называют скважинной геофизикой.
|
|
|
Параметры искусственных и естественных физических полей в скважине связаны с физическими свойствами горных пород, находящихся в околоскважинном и межскважинном пространствах. В свою очередь физические свойства пород отражают литологические, фациальные, коллекторские, структурно-текстурные и другие характеристики. Нахождение параметров поля в скважине по заданным параметрам его источников и характеристикам среды называют прямой задачей ГИС. На практике, напротив, по измеренным в скважине параметрам поля определяют характеристики среды, т. е. решают обратную задачу.
В основе любого метода скважинной геофизики лежит регистрация параметров соответствующего поля, несущего информацию не только физических свойствах горных пород, но и об условиях измерения, таких как температура и давление в скважине, ее диаметр, свойства промывочной жидкости и т.п. Поэтому измеряемый геофизический параметр (электрическое сопротивление, потенциал самопроизвольной поляризации, естественная радиоактивность и др.) не является истинным, характерным для естественного залегания горных пород. Для того чтобы получить значение истинного физического параметра необходимо внести поправки в регистрируемый, что составляет смысл геофизической интерпретации данных каротажа. Полученные в результате геофизической интерпретации исправленные величины свободны от влияния условий проведения измерений и условий вскрытия пласта и являются характеристиками породы, позволяющими сравнивать их между собой.
|
|
|
Специфика обратных задач ГИС. Специфика обратных задач ГИС состоит в том, что из-за недоступности исследуемого объекта о его параметрах судят по косвенным проявлениям. Так, о горной породе, расположенной вне скважины, судят, измеряя характеристики поля в скважине. Между тем поле в скважине имеет интегральный характер. Вклад в его формирование вносят различные зоны: сама скважина; близкая к ее стенке, а потому измененная в результате бурения часть пласта; его неизмененная — удаленная часть; вмещающие породы. На практике это приводит к тому, что небольшим изменениям параметров поля, соответствует множество решений (моделей среды), существенно отличающихся одно от другого. Обратные задачи, обладающие таким свойством, называют неустойчивыми. С целью преодоления неустойчивости стремятся сузить множество возможных решений, для чего используют дополнительную информацию. Ее важнейший источник—данные, полученные с помощью других геофизических методов, имеющих иную глубинность и основанных на изучении различных по своей природе физических полей.
|
|
|
Классификация методов ГИС. Классификация методов ГИС может быть выполнена по виду изучаемых физических полей. В этой связи их делят на электрические, электромагнитные, ядерные, акустические и другие.
К настоящему моменту известно более пятидесяти методов ГИС и их модификаций. Подобное многообразие объясняется рядом факторов. Первый из них связан со спецификой обратных задач, требующей комплексирования большого числа методов. Второй — с различиями в условиях применения: ГИС применяют в осадочных, метаморфических, магматических породах, в
|
|
|
скважинах обсаженных и не обсаженных, сухих, заполненных водными растворами солей и непроводящими промывочными жидкостями. Третий фактор, обусловливающий многообразие методов ГИС—большое количество решаемых ими задач геологического, технологического, инженерно- и гидрогеологического характера.
Соотношение методов, основанных на исследовании керна, шлама и ГИС. Важным источником информации по изучению скважины являются данные кернового материала и шлама. С их помощью изучают петрофизические, текстурно-структурные, фильтрационно-емкостные, петрографические и другие свойства пород. Однако в целом эти методы не достаточно эффективны, что объясняется неполным выносом кернового матери- ала, трудностью привязки керна по глубине, малым радиусом исследования, изменением характеристик горных пород в зоне бурения и при подъеме на поверхность, значительными затратами времени и средств.
В отличие от этого ГИС дают сплошную, сравнительно точно привязанную по глубине информацию с существенно большим радиусом исследования. Затраты времени и соответственно стоимость ГИС ниже. Важно, что удается получить информацию о горных породах в их естественном залегании (in sity). Большой радиус исследования, возможность осуществлять замеры не только в функции пространственных координат, но и в функции времени, изучение всей системы скважина— пласт, позволяют решать геологические задачи, в принципе не решаемые по керновому материалу.
Вместе с тем, достаточно точная оценка с помощью ГИС параметров, характеризующих литологию, коллекторские свойства, содержание того или иного полезного ископаемого и т.д. требует знания свойств матрицы (скелета) горной породы, флюида-порозаполнителя, а также петрофизических зависимостей для определенного типа отложений месторождения. Такую информацию в большинстве случаев получают с помощью кернового материала и шлама. Поэтому исследования керна, шлама и ГИС должны рассматриваться как составляющие единого процесса изучения околоскважинного и межскважинного пространства.
Роль и место ГИС.
включительно.
Роль и место ГИС обусловливаются стадией горно-геологического процесса, под которым будем понимать комплекс операций от постановки геологической задачи до эксплуатации месторождения
Вопрос о стадийности горно-геологического процесса чрезвычайно сложен и зависит от типа полезного ископаемого. Обобщая и схематизируя, его можно разбить на пять стадий (рис. 1). На первой стадии — региональных исследований, выявляют перспективные геологические объекты данного региона. Основную роль здесь играют аэрокосмические, наземные геохимические и геофизические методы. Керновый материал, получаемый из малого числа опорных скважин, является источником информации о литолого- стратиграфических, петрофизических и других характеристиках пород.
Однако в силу неполного выноса и малого радиуса исследований он не обеспечивает информации о разрезе в необходимом объеме. В этой связи методы ГИС после настройки по керновому материалу играют по отношению к нему роль интерполирующего и экстраполирующего инструмента, позволяющего построить сплошные вертикальные геолого-геофизические модели разрезов.
Полученная с помощью ГИС информация имеет самостоятельное значение, а также используется для «настройки» наземных геофизических методов. Вертикальные сейсмоакустические модели, например, позволяют объяснить основные закономерности формирования волнового поля при наземной сейсморазведке, связав его с геологическими особенностями среды.
Фактически ГИС призваны играть по отношению к наземным методам ту роль, которую керн играет по отношению к ГИС. Вместе с тем сеть опорных скважин на региональной стадии, как правило, столь редка, что использование наземных методов для интерполяции и экстраполяции данных ГИС на межскважинное пространство неэффективно.
Результатом региональной стадии является модель расположения перспективных геологических объектов региона — зон, структур, формаций и т. д. Такая модель — информационная основа для выработки управляющих решений на проведение второй стадии горно-геологического процесса — зональной, задача которой — изучение строения перспективных геологических объектов.
Существенно, что обратная связь, охватывающая комплекс региональных исследований (пунктир на рис. 1), позволяет корректировать априорную модель региона по мере получения новой информации, обеспечивая оптимизацию процесса исследований, т. е. уточнение направления профилей, мест заложения опорных скважин и т. д. Обратная связь как непременное условие системного подхода к организации исследований играет важную роль на всех стадиях горно-геологического процесса.
На второй, зональной, стадии исследований основную роль играют различные модификации геохимических, аэро- и наземных геофизических методов. Их главное отличие от соответствующих региональных модификаций
— большая детальность исследований. Объем бурения, а соответственно и роль ГИС, возрастают. Тем не менее, соотношение методов «керн — ГИС — наземная геофизика», в принципе, такое же, как и на региональной стадии.
Результат зональной стадии — трехмерная модель перспективного геологического объекта.
Знание модели перспективного объекта позволяет приступить к третьей стадии горно-геологического процесса — поисковой. Ее основная задача — подтверждение существования месторождения и оценка его промышленной значимости. В этой связи она характеризуется большим объемом буровых работ, испытаний и опробований, позволяющих получить прямое
подтверждение продуктивности. Тенденция к повышению значимости ГИС получает на этой стадии дальнейшее развитие. Значительный объем накопленной информации, большая детальность наземных исследований и высокая плотность поисковых скважин позволяют прогнозировать геологический разрез между скважинами и за контуром их заложения, используя детальные наземные методы для интерполяции и экстраполяции полученных с помощью ГИС вертикальных моделей разреза. Таким путем удается сократить объем дорогостоящего поискового бурения.
На четвертой, разведочной, стадии модель месторождения, построенная на этапе поисков, уточняется и детализируется с целью подсчета запасов полезного ископаемого и подготовки месторождения к эксплуатации. Роль ГИС значительно возрастает. Их основные задачи — оценка подсчетных параметров, изучение изменчивости объектов разработки, детальное исследование разрезов скважин, выбор интервалов испытаний и опробований, а также контроль качества их проведения. Значение кернового материала постепенно снижается, снижается и метраж бурения с отбором керна.
Роль ГИС на пятой, эксплуатационной, стадии горно-геологического процесса, зависит от технологии разработки месторождения (скважинной, шахтной и др.). Задачи ГИС на эксплуатационной стадии делятся на две группы.
Первая, технологического характера, связана с эксплуатацией месторождения и контролем его разработки. На нефтегазовых месторождениях
— это в первую очередь изучение разрезов скважин с целью выделения продуктивных интервалов, контроль процесса выработки залежи, наблюдение за продвижением фронта нагнетаемых вод. Методика интерпретации достигает к этому моменту такого уровня, что практически не требует дальнейшей настройки и контроля по керновому материалу. Одновременно на этой стадии, как и на всех предыдущих, с помощью геофизических методов решается важнейшая задача — изучение технического состояния скважин.
На месторождениях твердых полезных ископаемых исследования на эксплуатационной стадии проводятся как в обычных, так и в подземных скважинах. Основное назначение таких работ — количественная оценка
продуктивности отложений, контроль за процессом их выработки, прогнозирование зон обрушения, трещиноватости, закарстованности, изучение прочностных свойств кровли горных выработок и гидрогеологической обстановки.
Вторая группа задач эксплуатационной стадии связана с доразведкой эксплуатирующегося месторождения — изучением его флангов и не подвергшихся ранее детальным исследованиям горизонтов. Необходимость в доразведке возникает также в случае появления новых геологических данных, при несоответствии модели эксплуатирующегося месторождения результатам эксплуатации, при создании более совершенных геофизических методов.
Однако и при отсутствии перечисленных причин обратная связь позволяет использовать результаты исследований, проводимых с целью контроля разработки, для совершенствования представлений о модели месторождения. В настоящее время роль доразведки эксплуатирующихся (в том числе истощенных) месторождений существенно возросла, что связано с быстрым увеличением затрат на поиск и разведку новых месторождений полезных ископаемых.
Отметим, что информация на всех стадиях горно-геологического процесса поступает с более низких иерархических уровней на более высокие, накапливаясь в банке данных государственной геосистемы (см. рис. 1).
Из вышеизложенного ясно, что ГИС — неотъемлемая составная часть горно-геологического процесса на всех его стадиях.
Скважина как объект геофизических исследований. Скважина как объект геофизических исследований оказывает существенное влияние на специфику геофизических методов и технологию их проведения.
По назначению скважины делятся на опорные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, инженерно и гидрогеологические и т. д. Однако с точки зрения ГИС решающее значение имеет технология их проводки. По этому признаку скважины можно разделить на четыре группы: «сухие» —
пробуренные без промывочной жидкости (ПЖ); пробуренные на воде; пробуренные на нефильтрующихся и непроводящих электрический ток (известково-битумных) ПЖ; пробуренные на водных фильтрующихся (глинистых) ПЖ. К последней группе относятся практически все скважины большой и средней глубины, в том числе подавляющее большинство скважин нефтегазовых месторождений. Методам их исследований и будет уделено далее основное внимание.
Скважина позволяет проводить измерения во внутренних точках среды.
Вместе с тем ее наличие усложняет структуру изучаемых физических полей, что приводит к серьезным трудностям при решении прямых и обратных задач.
Кроме того, вскрывая толщу горных пород, скважина нарушает условия их залегания: изменение геостатического давления и температуры приводит к перераспределению напряжений, взаимодействие породоразрушающего инструмента и ПЖ с породой усугубляет этот процесс, способствуя образованию микротрещиноватости в прочных и разрушению, размыву с образованием каверн — в рыхлых, трещиноватых, растворимых породах. Во избежание неконтролируемого выброса пластовых флюидов давление ПЖ поддерживают несколько выше пластового, в результате чего возникает ее фильтрация в проницаемые пласты. Поскольку эффективные диаметры пор залегающих глубоко пород имеют небольшие размеры и редко превышают 100 мкм, а размеры глинистых частиц в основном больше этой величины, в пласт проникает лишь фильтрат ПЖ, основное же количество частиц оседает на стенке скважины. Образующаяся глинистая корка повышает устойчивость стенок и препятствует дальнейшей фильтрации.
В результате проникновения фильтрата ПЖ в проницаемые пласты в них образуются зоны проникновения с диаметрами от десятков до сотен сантиметров. Физико-химические свойства пород в зоне проникновения меняются за счет оттеснения первоначального флюида, возникновения сложного, в ряде случаев многофазного насыщения, окислительно- восстановительных процессов, закупорки пор (кольматации). Таким образом, меняется не только характер насыщения пласта, но и его фильтрационно- емкостные свойства. Наиболее измененную часть зоны проникновения называют промытой зоной. Границы промытой зоны и зоны проникновения имеют неярко выраженный (градиентный) характер. Обычно в геофизике под зоной проникновения понимают цилиндрическую область, в пределах которой величина измеряемого параметра отличается от значения данного параметра в неизмененной части пласта более чем на двойную погрешность измерения. В этой связи границы зоны для разных методов различны. При изучении характера насыщения пласта, количественной оценке его нефтегазоносности и фильтрационно-емкостных характеристик, зона проникновения является серьезным осложняющим фактором, но сам факт ее существования говорит о проницаемости пласта.
После завершения бурения и проведения геофизических исследований в открытом стволе, скважину обсаживают стальной колонной и цементируют для укрепления ее ствола и разобщения пластов — коллекторов. Обсадка практически исключает применение электрических, электромагнитных и магнитных методов, и в той или иной степени искажает показания радиоактивных, сейсмоакустических, термических. Однако полное прекращение фильтрации промывочной жидкости приводит к постепенному уменьшению диаметра зоны проникновения и, в конечном счете, ее расформированию под влиянием диффузии, капиллярных и гравитационных сил. Первоначальное насыщение пласта в его прискважинной части восстанавливается, что дает возможность оценить нефтегазонасыщенность, а в процессе эксплуатации контролировать динамику газожидкостных и водонефтяных контактов.
Схема проведения каротажа
Схема установки для геофизических исследований скважин показана на рис.2. К кабелю 2, намотанному на барабан лебедки подъемника 6, подсоединяется скважинный прибор 1, в котором находятся датчики и электронные узлы. Прибор опускают в скважину через направляющий блок 4 и блок-баланс 3. Выполняя грузонесущие функции, кабель 2 служит также для подачи питания и сигналов управления к скважинному прибору и передачи информации на поверхность. Кабель соединен с геофизической лабораторией 7
через соединительный провод 8. Полевой информационно-измерительный комплекс, включающий подъемник и лабораторию, называют каротажной
станцией.
При проведении геофизических исследований в относительно неглубоких скважинах обычно используются каротажные станции, объединяющие в единый блок спуско-подъемное оборудование (каротажный подъемник) и каротажную лабораторию, включающую в себя измерительную и регистрирующую аппаратуру, а также источники питания.
Каротажный подъемник станции оборудован лебедкой с электроприводом. Привод лебедки осуществляется через двухскоростную коробку передач. На барабане лебедки намотан бронированный трехжильный каротажный кабель, нижний конец которого имеет стандартный кабельный наконечник, предназначенный для механического и электрического соединения кабеля с каротажными зондами и скважинными приборами, оборудованными в своих верхних частях соответствующими стандартными головками.
Равномерная укладка кабеля на барабан лебедки, при подъеме скважинного
прибора, обеспечивается автоматическим кабелеукладчиком, работа которого, в случае необходимости, подправляется ручным коллектором.
Для определения глубины, на которой находится скважинный прибор, каротажный кабель размечается, т.е. на него через равные интервалы (обычно – 20 метров) наносятся метки, магнитные или вещественные. Магнитные метки представляют собой намагниченные участи кабеля. Вещественные – небольшие бандажи из изоляционной ленты, накладываемые на кабель. Для более надежной привязки к глубинам метки, кратные 100 метрам, делаются отличными от рядовых. Считывание магнитных меток осуществляется с помощью датчика магнитных меток глубины (ДМГ), который формирует электрический сигнал «глубина-метка» в момент прохождения мимо него намагниченного участка кабеля. Вещественные метки контролируются визуально, при этом в момент их прохождения между роликами кабелеукладчика на диаграммной ленте ставится метка.
Верхний конец каротажного кабеля заправляется внутрь барабана лебедки и подключается к смонтированному на его вале коллектору, обеспечивающему электрическое соединение жил кабеля с измерительным оборудованием каротажной станции. Корпус коллектора закреплен на раме лебедки, а его вращающаяся часть крепится к валу. Жилы каротажного кабеля подключаются к клеммам на вращающейся части коллектора, а соединительный кабель с каротажной лаборатории (т.н. коллекторный провод) – к клеммам на его корпусе. Электрическое соединение жил каротажного кабеля с соответствующими жилами коллекторного привода осуществляется с помощью находящихся внутри коллектора металлических колец и прижимающихся к ним щеток.
Для проведения каротажа станцию устанавливают на расстоянии 10-20 метров от устья скважины так, чтобы ось лебедки была горизонтальна и перпендикулярна к направлению на устье, и при необходимости затормаживают, подкладывая под колеса клинья (рис.2). Над устьем скважины надежно закрепляется блок-баланс таким образом, чтобы плоскость его колеса была перпендикулярна оси барабана лебедки и направлена на его середину, а пропущенный через блок-баланс кабель свободно опускался в устье
скважины. С осью блок-баланса соединяют механический и электронный датчики глубин, а на его раме, вблизи каротажного кабеля, размещают ДМГ. ДМГ и электронный датчик глубин соединяются кабелями со станцией. Станция надежно заземляется и только после этого разматывается и подключается сетевой провод.
Перед началом работ с помощью мегомметра проверяют сопротивление между жилами кабеля и броней (оно не должно быть менее 2 ом·м). Затем к каротажному кабелю подключается скважинный прибор (или зонд) и после проведения необходимых операций (эталонирование, запись стандарт-сигналов и т.п.), он опускается на несколько метров в устье скважины, после чего лебедка ставится на тормоз. На счетчиках глубин устанавливают нулевые показания, тормоз отпускается и начинается спуск скважинного прибора в скважину. Для спуска рычаг коробки передач привода лебедки переводится в положение «0».
Скорость спуска не должна превышать 10000м/ч, она регулируется торможением барабана лебедки, которое производится плавно, без рывков. Процесс спуска внимательно контролируется и немедленно замедляется или вовсе прекращается в случае резкого провисания кабеля, что обычно свидетельствует об остановке скважинного прибора или его торможении. Спуск прекращается сразу по достижении скважинным прибором забоя и лебедка ставится на тормоз. В любом случае на барабане лебедки должно оставаться не менее половины последнего ряда витков. Перепуск кабеля может привести к аварии в результате его складывания и образования петель. При прохождении башмака (нижнего конца) обсадной колонны и других технических опасных интервалов, к которым относятся резкие изменения диаметра скважины, обрезки металлических труб и пр., скорость спуска уменьшают.
Большинство каротажных исследований выполняется при подъеме скважинного прибора, для чего переключают режимы работы лебедки со спуска на подъем и включают ее привод. Для этого рычаг коробки передач переводят в положение «I» или «II», в зависимости от требуемой скорости подъема, и сняв лебедку с тормоза, подают питающее напряжение на электродвигатель. Сразу после отрыва скважинного прибора от забоя, регулируя возбуждение двигателя, устанавливают требуемую скорость подъема, которая в основном определяется техническими характеристиками используемой аппаратуры и решаемыми
задачами. С приближением скважинного прибора к устью, скорость подъема снижается до минимальной и внимательно отслеживаются показания счетчиков глубин и предупредительная метка. При появлении предупредительной метки, которая устанавливается на расстоянии около 10 м от конца кабеля и должна быть хорошо видимой, лебедка останавливается и скважинный прибор извлекается из устья вручную. После проведения необходимых операций, как правило, аналогичных выполняемым перед спуском, аппаратура отключается, а скважинный прибор отсоединяется. Для привязки результатов измерений к глубинам, необходимо знать расстояние от роликов кабелеукладчика до поверхности земли у устья скважины («мертвый замер»- Нмз) и цену деления первой метки (НЦ.М.П) – расстояние от точки записи СП(зонда) до метки от которой отмерялись расстояния при разметке кабеля. Эти расстояния измеряются вдоль каротажного кабеля мерной лентой.
Перед проведением ГИС бурение прекращают и буровой инструмент извлекают из скважины. Вместе с тем все большее распространение получают исследования скважин в процессе бурения.
Для исследования наклонных, горизонтальных и восстающих скважин, пробуренных из штолен и горных выработок, применяют приборы с автономным питанием и регистрацией, транспортируемые к забою с помощью специальных устройств или бурового инструмента.
РАБОТА 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 349; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!