Лекция 1. Геофизические исследования скважин и Скважинная геофизика

А.А. Молчанов

 

ПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОФИЗИКА

(конспект лекций для специальности НГ)

 

Санкт-Петербург

2010 г.

ЛЕКЦИЯ 1. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН И СКВАЖИННАЯ ГЕОФИЗИКА

При поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых важным этапом является бурение параметрических (разведочных), структурных и эксплутационных скважин.

Для каждой пробуренной скважины необходимо изучить ее геологический разрез: определить последовательность залегания горных пород, вскрытых скважиной, их литолого-петрографическую характеристику, наличие в них полезных ископаемых, глубины залегания пластов или рудных тел и т.п. Для решения указанных задач производили отбор образцов горных пород (керн), отбираемых в процессе бурения скважины, и обломки горных пород (шлам), получающиеся при разбуривании пород и выносимые промывочной жидкостью на устье скважины.

Однако указанные методы не обеспечивали достаточно эффективного изучения геологического разреза скважины. Трудности, возникающие при изучении геологического разреза скважины по керну из-за малого его выноса на поверхность, и значительное замедление бурения скважины при отборе керна привели к созданию комплекса геофизических методов исследования скважин без отбора керна. Эти методы получили название промыслово-геофизических исследований (применительно к исследованиям нефтяных и газовых скважин) или каротажа.

В настоящее время комплекс и задачи этих исследований расширились и геофизическими исследованиями в скважинах (ГИС) называют исследования, основанные на изучении особенностей физических свойств горных пород и продуктивных интервалов (рудных тел или нефтегазовых и др. пластов), производимые с целью изучения геологического разреза, выявления полезных ископаемых, контроля технического состояния скважин и разработки месторождений, опробования пластов и отбора образцов пород из стенок скважины.

Скважинная геофизика включает в себя изучение геофизическими методами из скважин межскважинного пространства с целью решения пространственного залегания рудных тел, угольных пластов, залежей нефти, газа или воды, состояния горного массива.

Начало геофизическим исследованиям скважин было положено геотермическими измерениями, проведенными Д.В. Голубятниковым на нефтяных месторождениях Баку в 1906-1907 г.г.

Электрический каротаж предложен братьями К. и М. Шлюмберже во Франции и опробован в СССР в районах Грозного и Баку в 1929-30 г.г. С 1931 г. электрический каротаж по методу сопротивлений был дополнен измерением потенциалов самопроизвольно возникающего электрического поля.

И.М. Губкин, Д.В. Жабрев, С.Г. Комаров, В.Н. Дахнов, Л.М. Альпин – внесли существенный вклад в развитие электрического каротажа.

В 1933 г. предложен В.А. Соколовым, И.М. Бальзамовым и В.М. Абрамовичем газовый каротаж. 1934 г. – В.А. Шпак, Г.В. Горшков, Л.М. Курбатов и А.Н. Граммаков – гамма-каротаж. 1935 г. – В.И. Гороян, Г.М. Минизон – механический каротаж. 1941 г. – Б.М. Понтекорво – нейтронный каротаж.

Радиоактивный каротаж начал интенсивно развиваться в СССР с 1951 г. на основе работ, проведенных в МИНХ и ГП (Б.Б. Лапук, Л.С. Поляк, Г.Н. Флеров, Д.Ф. Беспалов, Б.Г. Ерозолинский), во ВНИИГеофизике (А.А. Коржев и др.), тресте Азнефтегеофизике (С.М. Аксельрод и др.), ВНИИЯГГ (В.М. Запорожец, Ю.С. Шимелевич, Д.Ф. Беспалов).

АК –ВНИИГИС (Д.В. Белоконь, В.Ф. Козяр)

ВНИИЯГГ (О.Л. Кузнецов, Е.В. Карус)

ИК – ВНИИГИС, МГРИ, ВНИИГеофизика (Г.Н.Зверев, К.Л.Санто, М.И.Плюснин, Д.Я.Даев, В.Т.Чукин).

-ВНИИГИС (г. Октябрьский, Башкирия) – головной в отрасли геология по каротажу.

-НИГИ (г. Грозный) – термостойкая аппаратура (А.Г. Барминский, Шнурман, Александров и др.)

-ОКБ ГП (г.Киев) – разработчик документации на аппаратуру ГИС (Р.С.Челокьян, П.А.Зельцман)

-ЦГЭ, ВНИИНПГ – ведущая организация в системе Миннефти (А.С. Кашик, И.Г. Жувагин и др.)

-АСОИГИС – (Н.Н. Сохранов, Г.Н. Зверев и др.)

-Каротаж в процессе бурения (И.К. Саркисов, А.А. Молчанов).

Геофизические исследования скважин по их роли в геологоразведочном процессе занимают все большее значение при поисках, разведке и разработки нефтегазовых месторождений, занимая 18% в комплексе геофизических работ. В нефтяной геологии – это основной вид исследований (после сейсморазведки, точнее, наряду со сейсморазведкой).

 

ГИС
	Нефтяные скважины	Угольные скважины	Рудные скважины	Гидрогеологические скважины

 

Скважинная геофизика
Нефтяные месторождения	Рудные объекты	Угольные объекты	Инженерно-геологические объекты

 

ГИС и СГ выполняются в скважинах.

В скважинах измеряются естественные и искусственно возбуждаемые поля. Это электромагнитное поле (электрический, индукционный, электромагнитный, диэлектрический, магнитный и др.), радиоактивное поле (естественная и вызванная радиоактивность); методы: ГК, ГГК-П, ГГК-С, ННК, НГК, ГНК, ИННК, РРК, НАК и др.) и упругое поле (акустический, волновой, сейсмический каротаж и др.).

Геофизические исследования проводят в бурящихся необсаженных и обсаженных скважинах, эксплуатирующихся скважинах. Измеряют геотермические характеристики скважин (диаметр, профиль, направление), техническое состояние (целостность бурильной или обсадной колонны, состояние цементного кольца, зону перфорации или опробования (испытания), заколонные перетоки и др.). В эксплуатирующихся нефтяных и газовых скважинах ГИС используются для определения состава добываемого флюида, профиль притока, расход и приемистость пласта в нагнетательных скважинах и др.

Измерения производятся однометодной и комплексной аппаратурой с многоканальной передачей сигналов в т.ч. в цифровой форме и обработкой информации цифровыми каротажными программно – управляемыми станциями.

Методами скважинной геофизики (электромагнитное, радиоволновое, акустическое просвечивания) удается решать задачи определения объема и формы залежи, ее строение.

Методы скважинной геофизики успешно применяются в рудной, угольной геологии, гидрогеологии и инженерной геологии, с целью контроля выработки нефтяных месторождений и выявления целиков нефти начали применяться нефтяниками и газовиками.

Разработанные советскими учеными и конструкторами методы и технические средства позволяют решать практически все вопросы ГИС при поисках и разведке всех видов и типов месторождений полезных ископаемых.

Самая глубокая скважина в мире изучения ГИС – СГ-3 (Кольская) глубиной 12,5 км. Самая горячая скважина – на Мутновском месторождении парогидротерм (Камчатка) – температура – 315°С.

Рекомендуемая литература по курсу «Промысловая геофизика»:

1. В.Н. Дахнов. Промысловая геофизика. Гостехиздат, М, 1959 г.

2. В.Н. Дахнов. Электрические и магнитные методы исследования скважин. М, Недра, 1981 г.

3. С.Г. Комаров. Промысловая геофизика (для техникумов).

4. Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин. Под редакцией Л.И. Померанца. М, Недра, 1981 г.

5. А.А. Молчанов и др. Аппаратура и оборудование для исследований нефтяных и газовых скважин. Справочник, М, Недра, 1984 г.

6. Л.И. Померанц, В.Т. Чукин. Аппаратура и оборудование для геофизических методов исследования скважин. М, Недра, 1978 г.

7. Геофизические методы исследования скважин. Справочник под редакцией В.М. Запорожца, М, Недра,1983 г.

8..

9. В.Н. Дахнов. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М, Недра, 1982 г.

10. А.А. Молчанов. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения. М, Недра, 1983 г.

11. А.А. Мухер, А.Ф. Шакиров. Геофизические и прямые методы исследования скважин. М, Недра, 1992 г. (Профтехобразование).

12. Р.А. Ризванов. Радиометрические методы исследования скважин. М, Недра, 198- г.

13. В.Е. Коваленко. Геофизические работы в скважинах. М, Недра,1992 г. (профтехобразование).

14.

15.

ЛЕКЦИЯ 2

Технические характеристики скважин	ГИС
Нефтяные и газовые скважины (промысловые)	Угольные скважины	Рудные скважины	Гидрогеологические скважины	Инженерно геологические скважины
Н км	4–5, до 12,5	1–2	1–2, до 3	до 1 км	0,2
Dмм	67–400	79–110	46 – 79	79 - 150	36–110
T°	120–150, до 300	50°		30 – 350	до 45
Р, мПа	80–100, до 200	40,0	40,0, до 60,0	20,0	5,0

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ

Электрический каротаж является самым распространённым видом ГИС

Объем электрического каротажа составляет более 50% в общем объеме ГИС. Показание зондов ЭК зависит от электрических свойств пласта, его мощности, электрического сопротивления ПЖ и размеров скважины, промытой зоны, зоны проникновения, вмещающих пород, а также от типа и размеров зонда.

- прямые задачи, моделирование

- обратные задачи в процессе интерпретации

САМОПРОИЗВОЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ В СКВАЖИНЕ

,

где: c₁ и с₂ - концентрация более концентрированного и менее концентрированного растворов;

R – универсальная газовая постоянная;

Т – температура раствора в К;

F – число Фарадея, n – валентность ионов;

u и V – скорость движения катионов и анионов для растворов хлористого натрия

Ес = -11,6 lq (с₁/с₂) = -11,6 lq(r_ф/r_пв)

При наличии перегородки (гл. корки) между контактирующими растворами разной минерализации возникает диффузионно-адсорбционный потенциал самопроизвольной поляризации Еqa.

Еqa= kqa lq(с₁ /с₂) = kqa lq(rф /rпв)

E_g = E_ga-E_c = (k_ga-k_c) lg(r_ф/r_пв)»70мв

Под действием избыточного давления ПЖ фильтруется в пласт и возникает фильтрационный потенциал

,

где: k_ф – коэффициент фильтрационного потенциала;

Р – перепад давления;

r_ф и m_ср – удельное электрическое сопротивление и вязкость фильтрата.

Можно применять броню кабеля для организации стабильного зонда

Е_пс=Е_с=Е_ga+Е_ф

Компенсация напряжения вводится для установления диапазона измерения ПС.

КАРОТАЖ СОПРОТИВЛЕНИЙ

r=R(Ом м)

,

где: g - См/м