Задачи, решаемые геофизическими методами исследования скважин, при поиске и разведке месторождений нефти и газа.
ГИС – совокупность физ. методов для изучения пород в скважине и рядом. К ГИСам относят: изучения тех. состояния, опробование пластов, керн, перфорацию. ГИС – область прикладной геофизики, в которой физические методы исследования вещества используются для геологического изучения разрезов, пройденных скважинами, выявления и оценки запасов полезных ископаемых, получения информации о ходе разработки месторождений и о техническом состоянии скважин. ГИС для изучения пород рядом со стволом – каротаж (в 1927 – К.Шлюмберже, в 1929 – Губкин и Голубятников провели электрический каротаж). Совокупность этих методов – промысловая геофизика.
Сущность ГИС в обнаружении полезных ископаемых или условий, благоприятных для них, на основании изучения с поверхности физических полей: магнитного, электрического, температурного и других. Особенность физического поля – зависимость его параметров не только от свойств пород, но и от свойств окружающего пространства. Специфика измеряемых параметров – изучаются не свойства горных пород, а параметры полей. Эти величины содержат влияние условий измерения и называются «кажущимися».
По этим параметрам определяют физические свойства горных пород: ρ, σпороды, q – потом используются для определения литологических, коллекторских свойств пород в качественной и количественной форме.
Прямая задача – нахождение параметров поля по параметрам среды. Специфика обратной задачи – в недоступности исследуемого объекта, о его параметрах судят по косвенным проявлениям (по значению поля в скважине, которое имеет интегральный характер), что создаёт неоднозначность решения. Чтобы этого не было – используют данные других методов (с другой глубинностью).
Классификация ГИС по изучаемым физическим свойствам пород: электрические, радиоактивные, термические, акустические, геохимические, механические, магнитные.
ГИС даёт:
- более точную информацию о привязке исследований по глубине и больший радиус исследования.
- полученные результаты соответствуют естественным условиям залегания.
- решение задач в системе скважина-пласт.
Оценка по данным ГИС требует знаний физических свойств горных пород, которые даёт керн. Керн и ГИС созданы друг для друга. Петрофизика изучает закономерности изменения физических свойств горных пород, т.е. их способность взаимодействовать с естественными и искусственными полями.
Решаемые задачи ГИС:
Перед бурением проводят региональные исследования: аэрокосмические, наземные геохимические, незначительное количество поисковых скважин. Результат: 3D модель перспективного геологического объекта.
Задачи при поисково-разведочных работах: литологическое расчленение, вычисление реперов (опорных пластов), выделение пластов-коллекторов, оценка продуктивности.
Задачи при разведочном, эксплуатационном бурении: выявление размеров залежи, уточнение мощности отложений нефти и газа, определение коэффициента пористости и газонасыщенности.
Задачи при разработке месторождения: выделение продуктивных интервалов, контроль за состоянием залежи, определение ВНК \ ГНК, дебита и состава флюидов в стволе, технический контроль скважины, контроль нефтеотдачи пластов.
Классификация геофизических методов исследования скважин.
I. Электрические (электрометрия):
a. Метод кажущегося сопротивления (КС): ρК = K·ΔUMN / I. AB – ток, MN – приём. Зонд длиной 0,4÷8 м. Модификация – метод микрозондов, метод резистивиметрии (определяют ρРАСТВОРА, чтобы потом учесть его влияние).
b. Метод сопротивления экранированного заземления (БК): сверху\снизу экранируют и ток течёт по ρП, куда до этого бы не потёк из-за ρП > ρВМ. Модификация – микроэкранированное заземление. ρК
c. Электромагнитные методы: на высокой частоте. Индукционный метод – до 60кГц.измеряет проводимость. Метод волновой проводимости (ВМП) – до 40-60 МГц.
d. Диэлектрические методы. Измеряют ε (во сколько раз напряжённость ЭП в данном диэлектрике меньше напряжённости поля в вакууме). εВОДЫ = 81.
e. Метод потенциалов собственной поляризации (СП). Изучение естественных электрических полей, возникающих в результате физико-химических процессов диффузии солей в растворах электролитов, фильтрации жидкости, окислительно-восстановительных реакций. Эти процессы порождают потенциалы диффузионные (главная роль в формировании полей), течения, окислительно-восстановительные.
II. Радиоактивные (радиометрия): R = 40÷50 см.
a. Гамма методы:
i. Естественной радиоактивности (ГМ).
ii. Спектрометрический ГМ.
iii. Рассеянного γ-измерения.
b. Нейтронные методы:
i. Стационарный (ННМНТ, ННМТ, НГМ).
ii. Импульсный (ИНМТ, ИНГМ).
III. Термометрия:
a. Метод естественного теплового поля.
b. Метод искусственного теплого поля.
IV. Акустические (АК):
a. Метод естественных акустических полей (выделение газоотдающих интервалов путём регистрации шумов при поступлении газа в скважину; определение характера проходимых пород по спектру колебания бурового инструмента).
b. Метод искусственных акустических полей (изучение скорости распространения и затухания).
V. Геохимические:
a. Газометрия (содержание углеводородных газов в буровом растворе, выходящем из скважины на поверхности).
b. Люминесцентно-битуминологический метод (обнаружение битумов в шламе по их люминесценции под действием ультрафиолетовых лучей).
VI. Геолого-технологические исследования в процессе бурения:
a. Детальный механический каротаж.
b. Методы энергоёмкости (по затрату энергии при бурении).
c. Метод изучения гидравлической системы скважина-пласт (фильтрационный каротаж, где идеальный вариант QВХОДНОЕ=QВЫХОДНОЕ, Q – объёмы жидкости).
VII. Методы изучения технологического состояния скважины:
a. Кавернометрия, профилеметрия (изменение диаметра скважины).
b. Инклинометрия (угол отклонения скважины от вертикали).
c. Цементометрия (уровень подъёма цемента, качество цементирования).
d. Контроль за техническим состоянием колонн.
VIII. Методы исследования при испытании и опробовании скважин:
a. Прострелочно-взрывные работы.
b. Отбор образцов пород из стенок скважины.
c. Отбор пластовых флюидов.
IX. Методы исследования при контроле за разработкой и эксплуатацией месторождения:
a. Дебитометрия.
b. Плотностнометрия.
c. Диэлькометрия.
d. Притокометрия.
Физические основы метода потенциалов собственной поляризации пород. Причины, обусловливающие возникновение потенциалов собственной поляризации в скважинах: диффузионно-адсорбционные потенциалы, их возникновение и зависимость от различных факторов, статические и наблюденные амплитуды СП. Фильтрационные и окислительно-восстановительные потенциалы.
Изучаются естественные электрические поля, возникающие в результате физико-химических процессов диффузии солей в растворах электролитов (потенциал диффузии – главная роль в формировании полей в скважинах на РВО), фильтрации жидкости (потенциал течения), окислительно-восстановительных реакций (ОВ-потенциал). Регистрируется диаграмма разности потенциалов между перемещаемым электродом M и находящимся на поверхности N.
Диффузионная ЭДС. При контакте электролитов с разной концентрацией – в результате диффузии ионов на границе возникает двойной электрический слой с разностью потенциалов: 
, R – газовая постоянная, n – валентность электролита, F – число Фарадея, u и v – подвижность катионов и анионов; KД – коэффициент диффузионной ЭДС (для NaCl при t = 20˚C KД = -11,6мВ). Формула определяет потенциал раствора «2» по отношению к раствору «1». Если подставить константы, T = 293K, n = 1 и перейти к десятичному логарифму: 
.
Диффузионно-адсорбционная ЭДС. Растворы разделены пористой перегородкой. Если в перегородке крупные поры, то толщина d двойного слоя на поверхности поры пренебрежимо мала по сравнению с радиусом канала r (d/r ≈ 0) канала – то nК и nA (числа переноса катионов и анионов) такие же, как и при непосредственном контакте растворов. При уменьшении размера пор r стремимся к d/r→1, nК→1, nA→0: EДА = 58· lg C1/C2 = KДА· lg C1/C2. Для NaCl при t = 20˚C коэффициент -11,6мВ< KДА <58мВ.
Ёмкость обмена: qП = σ · S/kП, где σ – количество активных центров на 1 см2 поверхности твёрдой фазы минерального скелета, S – удельная поверхность адсорбции, см-1, kП – коэффициент пористости. Характеризует концентрацию катионов в 1 см3 объёма пор, поглощённых поверхностью породы.
Рисунок показывает: зависимость EДА(lgC2) при C1=const. Шифр кривых qП.
Электрохимические поля диффузионного происхождения. Рассмотрим на примере:
1 – вмещающие породы (глины); 2 – песчаник; 3 – двойные электрические слои на границах скважина-глина, глина-песчаник, песчаник-скважина; 4 – замкнутый электрический контур – эквивалентная электрическая схема поля СП в скважине; 5 – график ES; 6 – график UСП.
Справедлив закон Кирхгофа: EР ГЛ+EГЛ П+EП Р = i (RГЛ+RП+RC). Статическая амплитуда аномалии UСП, которая была бы зарегистрирована при перемещении электрода M как скачок разности потенциалов при отсутствии тока в цепи, есть ES = EР ГЛ+EГЛ П+EП Р. Однако в скважине регистрируется скачок потенциала ΔUСП = i RС = ES- i (RГЛ-RП), который определяется падением напряжения, создаваемым при прохождении тока i на участке цепи, представленной скважиной. В качестве условной нулевой линии на диаграммах используют «линию глин», проводя её по значениям ΔUСП в глинистых породах.
Фильтрационный потенциал. При течении жидкости через горные породы возникают потенциалы фильтрации, происхождение которых также связано с наличием двойного электрического слоя и, в частности, его подвижной диффузной части. Поскольку ионы диффузного слоя подвижны, протекающая через капилляр жидкость увлекает часть ионов диффузного слоя, в результате чего сам капилляр заряжается положительно. В той его части, где за счёт смещения диффузного слоя отрицательный заряд оказался некомпенсированным, возникает отрицательный потенциал. При течении жидкости в пласт, в скважине возникает отрицательный потенциал, при течении из пласта – положительный. Методы ПС, основанные на фильтрационной активности, применяют в гидрогеологических скважинах с целью выделения участков притока или поглощения жидкости.
Электродные потенциалы (они же, наверное, окислительно-восстановительные). Катионы пород, обладающих электронной проводимостью (сульфидные руды, графит, антрацит), взаимодействуя с полярными молекулами воды, переходят в раствор. Поверхность пород заряжается при этом отрицательно, а раствор – положительно. Возникающую разность потенциалов называют электродной.
