Методи дослідження технічного стану свердловин

Вивчення технічного стану свердловин необхідне для оптимізації процесів буріння, випробувань і експлуатації свердловин, а також для інтерпретації результатів окремих геофізичних методів. З цею метою використовується комплекс різних геофізичних методів дослідження.

За допомогою інклінометричного методу визначають кут і магнітний азимут викривлення ствола незакріплених і закріплених свердловин для забезпечення заданого положення вибою, його глибини, істинних глибин залягання і нормальної потужності пластів, виявлення ділянок різких викривлень.

Кавернометричний і профілеметричний методи дають змогу визначити усереднений діаметр і форму перерізу незакріплених і закріплених свердловин. За результатами досліджень проводиться розрахунок об'єму затрубного простору при визначенні кількості цементу, необхідного для цементування обсадних колон, контроль за станом ствола свердловини в процесі буріння, уточнення свердловинних умов при інтерпретації матеріалів окремих геофізичних методів, виявлення колекторів за наявністю глинистої кірки, контроль діаметра закріплених свердловин.

Термометричний метод визначення цементного кільця базується на вивченні природних і штучних теплових полів у незакріплених свердловинах. За допомогою методу встановлюються верхня межа цементного кільца і наявність цементу в затрубному просторі, розв'язуються літологотектонічні задачі, прогнозуються гідрогеологічна та мерзлотна характеристики досліджуваних районів шляхом визначення основних геометрічних параметрів, визначаються термо- і газогідродинамічні характеристики об'єктів, що експлуатуються.

Метод радіоактивних ізотопів базується на реєстрації інтенсивності гама-випромінювання радіоактивних ізотопів, які додаються до цементного розчину при його приготуванні.

Цей метод дає змогу виявити наявність цементу в затрубному просторі, висоту його підйому і характер розподілу в затрубному просторі.

За допомогою гама-гама-методу реєструється інтенсивність розсіяного гама-випромінювання при проходженні гама-квантів через середовища різної щільності. Він дає змогу знайти висоту підйому цементу, наявність і характер його розподілу в інтервалі цементування, фіксувати перехідну зону від цементного каменю до розчину, виявити у цементному камені раковини і канали, визначити ексцентриситет колони.

Акустичний метод контролю цементування колон базується на вимірюванні амплітуди заломленої поздовжньої хвилі та часу пробігу пружних коливань. За допомогою цього методу знаходять висоту підйому цементу, його наявність за колоною, виявляють канали, тріщини, каверни у цементному камені, визначають ступінь зчеплення цементу з колоною і породами, досліджують процес формування цементного каменю в часі.

Припливометричним методом визначають в незакріплених і закріплених свердловинах місця припливів, поглинань і затрубної циркуляції рідини з допомогою дебітомірів, термометрів, резистивіметрів, радіоактивних ізотопів.

Дефектометричний метод. Контроль якості обсадних труб полягає у виявленні спрацювання, вмятин, тріщин, місць порушення герметичності, обривів по тілу труби, роз'єднань по муфтах, зон корозії.

Ці задачі розв'язують за допомогою трубної профілеметрії, електромагнітної профілеметрії, індукційної дефектоскопії, локаторів муфт, свердловинного акустичного телебачення, фотографування стінок свердловини, вимірювання товщини стінки труб.

Коли не вдається виявити інтервал перфорації за даними локатора муфт, використовується апаратура контролю перфорації намагнічування колон.

Акустичний метод

Акустичні методи геофізичних досліджень у свердловинах основані на вивченні пружних властивостей гірських порід, спостерігаючи за процесами послідовного поширення у них деформацій, викликаних пружною хвилею.

У породі виникають різні типи пружних хвиль залежно від виду деформації. Інформативними є такі хвилі: повздожні (Р-хвилі), поперечні (5-хвилі), хвилі Лемба (L-хвилі) і хвилі вторинного походження.

Найважливішими характеристиками пружних хвиль є швидкість їх поширення, амплітуда і коефіцієнт згасання, а також звукові образи. Величина, обернена швидкості поширення пружної хвилі в породі, називається інтервальним часом.

При акустичному каротажі (АК) реєструється повне відображення сигналу, тобто його звукові образи: хвильові картини (ХК)- графічний фотозапис на кіноплівку або на фотопапір повного сигналу спільно з почасовими марками і фазокореляційні діаграми (ФКД) -запис повного сигналу у вигляді фазових ліній. ХК і ФКД використовуються для визначення петрофізичних характеристик порід: щільності, пористості та ін.

Швидкість поширення і згасання пружних хвиль у гірських породах залежить від літолого-мінералогічного стану порід, об'єму і структури перового простору, типу цементу і ступеня цементації, характеру розподілу глинистого матеріалу в породі, типу насичуючої фази і ступеня насиченості пор рідиною або газом, термобаричних умов вимірювання (ефективного тиску, температури та ін.). Переважаючими факторами є пористість породи, структура перового простору і мінеральний склад породи при однаковому заповнювачі.

При АК застосовується триелементний зонд, який складається із випромінювача і двох розташованих на деякій відстані від нього приймачів. Замість приймачів можуть бути встановлені два випромінювачі, а випромінювач замінений приймачем (принцип взаємності). Відстань між приймачами (випромінювачами) називається базою зонда. Довжина зонда дорівнює відстані від випромінювача до приймача.

Випромінювач посилає імпульси коливань, які складаються із трьох-чотирьох періодів. Через деякий час частинка породи починає коливатись. Перше відхилення її від рівноваги називається вступом хвилі, максимальне відхилення амплітудою, а проміжок часу між двома сусідніми максимумами або мінімумами - видимим періодом Т. Частота хвилі - 1/ Т. АК розрізняють за швидкістю і за згасанням. АК за швидкістю оснований на вивченні швидкості поширення пружних хвиль в гірських породах шляхом вимірювання інтервального часу , який визначається як різниця часів вступу на другому і першому ^ приймачах: Така різниця часу запобігає впливу свердловини на поширення хвилі і п реєстрацію з допомогою триелементного зонда. Швидкість поширення пружної хвилі у пласті називається пластовою або інтервальною.

АК за згасанням передбачає вивчення характеристик згасання пружних хвиль у породах. При поширенні хвиль кількість енергії, яка припадає на одиницю об'єму, зменшується пропорційно квадрату відстані від точки спостереження до випромі-нювача; амплітуда коливань зменшується обернено пропорційно до цієї відстані.

На згасання пружних коливань сильний вплив має неоднорідність середовища, яка веде до послаблення коливань і пониження амплітуди хвилі. Поглинаються пружні коливання породою внаслідок процесів перетворення їх енергії в теплову енергію, що приводить до зменшення амплітуди сигналів. Здатність гірських порід поглинати пружні коливання визначається інтенсивністю згасання амплітуди хвилі А. Коефіцієнт поглинання породою пружних хвиль є показником втрати їх енергії внаслідок поширення. Вираз для коефіцієнта має вигляд

(3.5)

де А₁і А₂ — амплітуди хвиль, що реєструються приймачами, розташованими на відстані один від одного (ця відстань називається базою зонда).

Згасання коливань зумовлено в основному неідеальністю пружного середовища, розповсюдженням енергії в щораз більшому об'ємі внаслідок розширення фронту хвилі, розсіюванням і дифракцією хвиль на неоднорідностях порід. В результаті поглинання енергії амплітуда всіх хвиль в інтеравлі послаблюється в ^п раз.

Дані АК використовуються для розчленовування геологічного розрізу, виділен-ня нафтогазових і водонасичених колекторів, вивчення пористості, тріщиноватості та фізико-механічних властивостей гірських порід, а також інтерпретації результа-тів сейсморозвідки.

АК проводять у свердловинах, заповнених рідиною у комплексі з іншими видами геофізичних досліджень згідно з затвердженим комплексом ГДС для даного району. Для нафтогазових свердловин масштаб запису інтервального часу беруть 10 мкс/м/см у карбонатному розрізі і 20 мкс/м/см в піщаноглинистому.

Для побудови геоакустичної моделі розрізу використовується широкосмуговий АК (ШАК). За даними цього методу визначають час поширення пружних хвиль у товщах порід у вертикальному напрямі, а також інтервальну і середню сейсмічні швидкості, які використовуються в сейсморозвідці для побудови меж за методом відбитих хвиль.

Геоакустичні моделі середовища, одержані за даними ШАК, використовуються також при вивченні структури горизонтів, що відбивають хвилі, при виборі опти-мальних параметрів для вивчення простору між свердловинами і побудови сейсмограм.

Термометричний метод

За допомогою термометричних методів вивчаються теплові поля у свердловинах з метою розвідки корисних копалин, контролю за експлуатацією продуктивних пластів, визначення технічного стану свердловин, а також розв'язання задач регіональної геології і геотермії.

Теплові поля поділяються на природні та штучні, а за зміною тепла - на стаціонарні й нестаціонарні. На теплове поле в гірських породах в основному діють два механізми переносу теплоти: кондукція і вимушена конвекція, їх вплив на теплове поле залежить від термічних властивостей середовища: теплопровідності теплового опору , масової (С) і об'ємної теплоємностей, температуропровідності а.

Термічні властивості гірських порід визначаються їх мінеральним складом, структурою, а також термобаричними пластовими умовами. Термічні властивості гірських порід, пластових флюїдів і заповнювачів стовбура свердловини, що є характерні для нафтових і газових свердловин, наведені в табл.3.1.

Таблиця 3.1

Гірські породи	Вт/(мтК)	х 10³ кг/м³	с, х10³Дж/(Кгс)	х10^-7 м²/с
Осадкові гірські породи
Алевроліт	0,4 — 0,6	1,8 — 2,8	0,8 — 1,7	5—15
Аргіліт	1,2 — 3,0	1,7 — 2,9	0,8—1,0	10—15
Глина	0,4—3,0	1,2 — 2,6	0,8 — 3,6	2—12
Доломіт	1,0 — 6,5	1,5 — 3,1	0,8 — 3,5	4 — 20
Вапняк	0,7 — 4,4	1,4 — 2,9	0,7 — 1,7	3 — 20
Кухонна сіль	1,7 — 7,2	2,1 —2,3	0,8 — 4,7	10 — 40
Крейда	0,8 — 2,2	1,5 — 2,8	0,8 — 3,9	2—15
Мергель	0,5 — 3,9	1,5 — 2,8	0,8 — 3,1	3 — 14
Пісковик	0,4 — 5,0	2,0 — 3,0	0,7 — 3,4	3 — ЗО
Метаморфічні гірські породи
Глинистий сланець	0,3 — 3,0	1,7 — 2,9	0,7 — 1,0	6 — 30
Гнейс	1,0 — 5,0	2,6 — 3,1	0,8— 1,2	4—16
Кварцит	2,7 ^ 7,5	2,6 — 2,7	0,7 — 1,3	12 — 30
Мармур	1,3 — 4,0	2,6 — 2,7	0,4—1,0	10 — 50
Магматичні гірські породи
Андезит	1,3 — 3,0	2,2 — 2,7	—	до 13
Базальт	0,5 — 4,3	1,7 — 3,0	0,6 — 2,1	3 — 22
Габро	1,7 — 2,9	2,8 — 3,1	0,7—1,2	8—13
Граніт	1,4 — 4,1	2,5 — 2,7	0,5—1,6	6—15
Діабаз	2,1 —2,9	2,6 — 3,0	0,8 — 2,1	4 — 7
Діоріт	1,4 — 2,9	2,6 — 2,9	0,6—1,2	3 — 12
Кварцевий порфір	біля 1,0	2,5 — 2,7	до 1,2	5 — 7
Пластові флюїди і заповнювачі стовбура свердловини
Вода	0,37 — 0,56	1,04—1,18	3,9 — 4,8	0,87—1,15
Нафта	0,1 —0,14	0,85 — 0,87	1,9 — 2,4	0,56 — 0,86

Продовження табл. З.1.

Гірські породи	λ, Вт/мтК)	р. х10³ кг/м³	с, х10³ Дж/Кгс)	а, х10^-7 м²/с
Газ	0,02 — 0,05	__	2,3 — 4,2	—
ПР звичайна ПР обважнена	0,6 — 0,9 10,6 — 0,9	1,1 — 1,5 1,7 — 2,2	2,8 — 3,6 1,5 — 2,0	1,5 — 2,3 1,9 — 2,6
Цементний камінь
Портландцемент з бетонітовою глиною	0,32 — 0,34	1,4—1,6	1,3 — 2,2	0,9—1,4
з кварцевим піском	0,37 — 0,50	1,0—1,3	1,8 — 2,1	1,6 — 2,3

Для вимірювання температури у свердловинах застосовують спеціальні електричні або електронні термометри, які опускаються у свердловину на каротажному кабелі. Температура у свердловині вимірюється при двох режимах - невстановленому і встановленому. При невстановленому тепловому режимі температура вимірюється для розв'язання таких задач: вияснення температурного режиму роботи бурильного інструменту і геофізичних приладів; врахування температури при інтерпретації даних каротажу; виділення інтервалів затрубних перетоків, визначення місць притоку у свердловину газу і нафти, виявлення дебіту газу, виділення газоносних пластів, визначення висоти підйому цементу у затрубному просторі, поглинаючих і віддаючих пластів, знаходження інтервалів перетоку пластових флюїдів.

При встановленому режимі вимірюється температура порід. Вимірювання проводять через 10 і більше діб перебування свердловини у спокої. У свердловині не повинно бути переливів, газопроявів, затрубного руху. Результати вимірювань представляють у вигляді діаграм зміни природної температури у свердловині з глибиною. Температурну криву записують при спуску термометра. При підйомі термометра проводяться контрольні заміри. За цими даними підраховують геометричний ступінь і геотермічний градієнт для різних ділянок розрізу.