Общие сведения о геофизических исследованиях скважин и объекте исследования

ЛЕКЦИЯ 1 Общие сведения о геофизических исследованиях скважин и объекте исследования При геолого – разведочных работах необходимо иметь информацию о геологическом строении пород, вскрытых скважиной. Длительный период источником информации о строении горных пород являлось изучение их образцов (керна), отобранных на отдельных участках разрезов скважин. Необходимость сведений обо всех отложениях в разрезах скважин стало причиной создания геофизических методов исследования пород по их физическим свойствам. Геофизические исследования скважин (ГИС) или иначе каротаж - совокупность физических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах. Различают следующие виды каротажа: - электрические, - радиоактивные, - сейсмоакустические, - термические, - магнитные и др. Геологическое тело плитообразной или линзообразной формы, сложенное отложениями однообразного состава, ограниченное двумя поверхностями, отделяющими отложения от подстилающих и покрывающих пород, получило название – слой (пласт). Верхняя поверхность получила название кровля, нижняя — подошва. Коллекторы – это породы, способные вмещать флюиды - нефть, газ и воду и отдавать их при эксплуатации скважин в промышленных масштабах. Неколлекторы – это породы с такими геолого - физическими свойствами, при которых движение нефти, газа, воды в них физически невозможно (непроницаемые породы). Коэффициент пористости (пористость) – отношение объема пор в породе ко всему объему породы. Измеряется в процентах или в долях 1. Коэффициент проницаемости (проницаемость) – отражает способность горной породы пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления. Единица проницаемости в системе СИ – м2. Внесистемная единица проницаемости - Дарси (Д), миллидарси (мД). Коэффициент нефтегазонасыщенности - отношение объема пор, занятых нефтью и газом, к общему объему пор породы. Измеряется в процентах или в долях 1. Процесс поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых связан с бурением скважин. Элементы скважины: устье — выход на поверхность или дно моря; забой — дно; ствол или стенка — боковая поверхность. При бурении скважин используют растворы или иначе промывочные жидкости. Промывочные жидкости подразделяются на следующие типы: -водной основе, на неводной основе, аэрированные жидкости. Наиболее часто – бурение проводится на глинистом растворе. Плотные породы при бурении не разрушаются. Диаметр скважины против них остаётся равным диаметру долота и называется номинальным . При разбуривании рыхлых, хрупких, трещинных пород стенки скважины размываются промывочной жидкостью. Диаметр скважины при этом увеличивается по сравнению с диаметром долота, то есть образуются каверны. В коллекторы проникает жидкая составляющая глинистого раствора (фильтрат). Глинистые частицы из раствора оседают на стенке скважины против коллекторов и образуют глинистую корку. Диаметр скважины, где образовалась глинистая корка, становится меньше номинального. При бурении в коллектор проникает фильтрат бурового раствора. Зона в пласте, в которую проник фильтрат бурового раствора называется зоной проникновения. Геофизическая аппаратура и оборудование Скважинные измерения проводятся с помощью наземных геофизических лабораторий (иначе станций) и скважинных геофизических приборов. Стыковка приборов с лабораторией осуществляется посредством геофизического кабеля. Спуск и подъём приборов, соединённых с кабелем, проводится с помощью подъёмника (автомобиль) с лебёдкой, на которой уложен геофизический кабель, и блок – балансов. Станция (лаборатория) размещается в одном автомобиле. В подъёмнике размещаются лебёдка, блок – балансы и геофизические приборы. Телеметрия Телеметрия - это технология, позволяющая передавать измеренные данные на расстояние. Телеметрия, которая используется при ГИС, - измерение сигналов на расстоянии с помощью каналов связи. Она представляет собой совокупность измерительных и преобразовательных приборов с линией связи между ними. Одним из основных элементов телеметрии является датчик. Это первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент). Практическая реализация телеизмерительной системы при проведении ГИС состоит в следующем. К кабелю (2), намотанному на барабан лебедки (5) подъемника (6), подсоединяется скважинный прибор (1), в котором находятся датчик (приёмник) и электронные узлы. Скважинный прибор опускается в скважину на забой через направляющий блок – баланс (3) и дополнительно может через подвесной блок – баланс (4). При подъёме прибора датчиком записывается сигнал от среды. Он преобразуется в сигнал, удобный для передачи по кабелю, на поверхность. Сигналы с кабеля передаются в геофизическую лабораторию (7). В лаборатории регистрация сигналов проводится в цифровом виде. Это означает, что сигнал от породы преобразуется в значение её измеряемого физического параметра. График изменения значений физического параметра породы с глубиной называется каротажной диаграммой. Переход от значений измеряемого физического параметра породы к её геологической характеристике называется интерпретацией ГИС. Основные методы ГИС, применяемые для изучения геологического строения месторождений Электрические методы – это методы, предназначенные для измерения характеристик электрических полей, возникающих самопроизвольно или создаваемых искусственно. Перечень электрических методов: 1) метод кажущихся сопротивлений (КС); 2) боковое каротажное зондирование (БКЗ); 3) микрозодирование (МКЗ); 4) боковой каротаж (БК); 5) боковой микрокаротаж (БМК); 6) индукционный каротаж (ИК); 8) диэлектрический каротаж (ДК); 9) резистивиметрия; 10) метод потенциалов самопроизвольной поляризации (СП или ПС); 11) метод потенциалов вызванной поляризации (ВП). Ядерные (радиоактивные) методы - это методы, предназначенные для изучения естественных и искусственно вызванных полей ядерных излучений в горных породах. Перечень основных ядерных (радиоактивных) методов: 1) гамма - каротаж (ГК); 2) гамма – гамма каротаж (ГГК); 3) нейтронный гамма - каротаж (НГК); 4) нейтрон – нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (НКТ); 5) импульсный нейтронный гамма - каротаж (ИНГК); 6) импульсный нейтрон – нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ИНКТ). Перечень некоторых других методов ГИС: - акустический каротаж (АК); - термометрия; - кавернометрия (КВ); - микрокавернометрия (МКВ); - профилеметрия; - газовый каротаж; - инклинометрия; - цементометрия; - дефектометрия. ЛЕКЦИИ 2-4 Физические основы геофизических методов исследования скважин при изучении геологических разрезов Физические основы кавернометрии (КВ) Диаметр скважины измеряется каверномером. Каверномер рычажный механизм (имеется 4 рычага). Кавернометрия – это - измерение диаметра скважины. Принцип получения информации о диаметре скважины с помощью каверномера следующий. При исследованиях концы рычагов каверномера прижимаются к стенке скважины, совершая механические движения. Эти движения рычагов преобразуются в электрические сигналы. Сигналы пропорциональны суммарному радиальному смещению концов рычагов. Сигналы передаются на поверхность, а затем – на регистрирующий прибор. График (кривая) изменения среднего диаметра скважины с глубиной называется кавернограммой. Увеличение диаметра скважины соответствует глинам, уменьшение диаметра наблюдается против проницаемых песчаников и алевролитов. Против плотных слабопроницаемых песчаников и карбонатных пород фактический диаметр скважины соответствует его номинальному значению (диаметру долота). Электрические методы Удельное электрическое сопротивление (УЭС) горной породы - это сопротивление между двумя противоположными гранями куба породы с ребром в 1 м ( = R). Единицей измерения УЭС является омметр (Омм). Удельное электрическое сопротивление горных пород обусловлено наличием в их порах воды. Электрический ток проводят ионы, растворённых в пластовой воде солей. Физические основы обычных зондов кажущегося сопротивления (КС) (основные понятия) Для измерения сопротивления пород (но непосредственно сопротивление не измеряется, а вычисляется) применяются установки (зонды), состоящие из 4 свинцовых электродов, укреплённых на кабеле. Электроды обозначаются латинскими буквами: А, В, М, N. Электроды А, В – токовые, электроды М, N – измерительные. Из четырёх электродов в скважине размещаются три. Из них два электрода либо токовые, либо измерительные. Четвертый электрод устанавливается на поверхности вблизи устья скважины. Такие установки называют - обычные зонды кажущегося сопротивления (КС). Шифр (название) зонда составляется из обозначений электродов, находящихся в скважине, начиная с верхнего, и расстояний в метрах между электродами. Например, N0.5М2A. При измерении сопротивления пород установкой N0.5М2A от блока питания БП через электроды А и В, называемые токовыми, в скважину и окружающие ее породы подается электрический ток силой I. Он создаёт искусственное электрическое поле вокруг электрода А. Замеряя разность потенциалов в двух точках M и N скважины, замеряют разность потенциалов в двух точках породы, находящихся от электрода А на тех же расстояниях, что и точки M и N в скважине. Электроды, включённые в одну цепь, токовую (электроды А и В) или измерительную (электроды M и N) называются парными. Величина сопротивления пород, которая регистрируется зондами КС, зависит от многих факторов, в том числе, от конструкции (типа) зонда и его размеров. Поэтому измеряется зондами КС не истинное сопротивление пород, а кажущееся (ρк). Оно вычисляется по формуле: ρк = K(ΔU/I), где К—коэффициент зонда, зависящий от его типа и размеров. В зависимости от соотношения расстояний между электродами зонды бывают двух типов: потенциал - зонды и градиент – зонды. Зонд, у которого расстояние между парными электродами во много раз больше расстояния между непарными электродами называется потенциал - зондом. Зонд, у которого расстояние между парными электродами во много раз меньше расстояния между непарными электродами, называется градиент – зондом. По порядку расположения электродов в скважине зонды делятся на последовательные и обращенные. У последовательного зонда парные электроды находятся ниже непарного, у обращенного – парные электроды выше непарного. Зонд, у которого только один токовый электрод расположен в скважине, называется однополюсным. Зонд, у которого два токовых электрода расположены в скважине, называется – двухполюсным Точка записи у обычных зондов расположена посередине между сближенными электродами, обозначается буквой О. Расстояние между сближенными непарными электродами потенциал – зонда является размером или длиной и обозначается L или Lп. Расстояние между серединой сближенных парных электродов и непарным электродом градиент – зонда является его размером или длиной и обозначается L или Lг. Формы кривых обычных зондов КС против пластов Кривые градиент – зондов ассиметричны. Против мощных пластов высокого сопротивления на кривых последовательных градиент – зондов (ГЗ) отмечается максимальное значение в подошве пласта, минимальное – в кровле. Если в пласт отсутствует проникновение фильтрата бурового раствора, то против середины пласта показание кажущегося сопротивления ГЗ равно истинному УЭС. Кривая обращенного градиент – зонда (ОГЗ) – это кривая ГЗ, отражённая зеркально относительно середины пласта. Кривые потенциал – зондов (ПЗ) симметричны относительно середин пластов. Боковое каротажное зондирование (БКЗ) Измерение кажущегося сопротивления однотипными обычными зондами разной длины называется боковым каротажным зондированием (БКЗ). В Западной Сибири в комплекс БКЗ входят последовательные градиент - зонды A0.5M0.1N, A1.0M0.1N, A2.0M0.5N, A4.0M0.5N, A8.0M1.0N. Основное назначение БКЗ – определение: - истинного сопротивления мощных пластов; - диаметра зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласты; - сопротивления зоны проникновения; - границ пластов. Физические основы обычных микрозондов (МКЗ) Метод изучения сопротивления пород в прискважинной части пласта обычными зондами очень малой длины — микроградиент – зондом (МГЗ) и микропотенциал – зондом (МПЗ) называется микрозондированием (МКЗ). Устройства, используемые для исследования скважин обычными микрозондами, носят название – микрозонды. МГЗ и МПЗ монтируются на внешней стороне башмака микрозонда. Для исключения влияния скважины на результаты измерений башмак внешней стороной прижимается к стенке скважины. Обычно применяют: МПЗ - А0.05M и МГЗ - А0.025М0.025N. На кривых обычных микрозондов: - непроницаемые плотные породы выделяются высокими показаниями микрозондов; - глины отмечаются невысокими и примерно равными значениями микрозондов; - коллекторы отмечаются невысокими значениями микрозондов, но показания МГЗ меньше показаний МПЗ. Между электродами зонда и породой находится промежуточный слой — глинистая корка или плёнка промывочной жидкости. Этот слой сильно влияет на показания МГЗ и МПЗ (занижает показания). Границы пластов по МКЗ отбиваются по резкому подъёму кривых. Боковой микрокаротаж (БМК) Под боковым микрокаротажем (БМК) понимают микрокаротаж зондом с фокусировкой тока. Зонд БМК монтируется на башмаке, который прижимается к стенке скважины. Состоит зонд из центрального электрода А0, двух измерительных электродов M, N, окружающих его, и экранного электрода Аэ. Через электрод А0 пропускают ток постоянной силы. Через экранный электрод Аэ пропускают ток той же полярности, что и через электрод А0, но сила его регулируется так, чтобы разность потенциалов между измерительными электродами M и N была равна нулю. Кажущиеся УЭС получают в результате измерения потенциала одного из электродов M или N относительно удалённого электрода N1 на кабеле. 1- рессора; 2- пружина; 3-штанга; 4-электроды; 5 – башмак Схема конструкции аппаратуры БМК 1 - башмак; 2 - изучаемая среда; заштрихована область фокусировки тока Устройство башмака зонда БМК При БМК, измеряемое сопротивление породы, принято называть эффективным. Кривые БМК симметричны относительно середин пластов. Границы пластов отбиваются по резкому подъёму кривой. БМК используется для расчленения разреза, определения сопротивления прискважинной части пласта. Боковой каротаж (БК) Боковой каротаж – метод изучения сопротивления горных пород при помощи зонда, обеспечивающего распространение тока перпендикулярно стенке скважины. Трёхэлектродный зонд БК состоит из центрального электрода А0 и двух экранных (фокусирующих) электродов А1 и А2. Через электроды пропускают переменный ток. Ток регулируется так, чтобы потенциалы всех трёх электродов были одинаковыми. Достигается это путём соединения электрода А0 (сила тока в нём поддерживается постоянной) с экранными А1 и А2 через малое сопротивление R0. Равенство электрических потенциалов электродов А0, А1, А2 заставляет ток I, стекающий с основного электрода А0, направляться перпендикулярно к стенке скважины. Схема зонда бокового каротажа (а) и направление токовых линий при записи БК (б) При БК измеряют сопротивление в радиусе 1-2 м от оси скважины. Оно называется эффективным. Кривые БК симметричны относительно середин пластов. Границы пластов проходят по началу подъёма кривой. Характерными показаниями являются экстремальные. Используется БК для расчленения разреза, определения сопротивления пласта и его характера насыщения. Это метод информативен при высокой минерализации фильтрата бурового раствора, в разрезах скважин с высоким сопротивлением и представленных чередованием слоёв высокого и низкого сопротивлений. Индукционный каротаж (ИК) Индукционный каротаж (ИК) – метод для измерения электропроводности пород в разрезах скважин. Может проводиться при непроводящем растворе. Простейший зонд ИК состоит из двух катушек – генераторной Г и приемной П. Расстояние между ними считается его размером L. Через генераторную катушку пропускается переменный ток частотой от 20 до 80 кГц от генератора переменного тока. Ток, протекающий по генераторной катушке, создает в окружающей среде переменное магнитное поле (первичное), которое создает в среде, окружающей зонд, вихревые токи. Вихревые токи формируют вторичное магнитное поле той же частоты, что и первичное. Вторичное магнитное поле наводит ЭДС в измерительной катушке, которая пропорциональна электропроводности горных пород. Активный сигнал фиксируется на поверхности измерительным устройством в виде кривой, отражающей изменение электропроводности (называемой эффективной) пород () по разрезу скважины. Кривые ИК симметричны относительно середины пласта. Границы пластов отбиваются по середине спуска – подъёма кривой. Характерными показаниями являются экстремальные. Используется ИК для расчленения разреза, определения сопротивления пласта и его характера насыщения. Метод потенциалов собственной поляризации (ПС) Метод ПС основан на изучении естественного стационарного электрического поля в скважинах. Оно возникает при вскрытии пород. Образование электрического поля связано с физико-химическими процессами, протекающими на поверхности скважина - порода и между пластами различной литологии. При пресном буровом растворе в результате, указанных физико-химических процессов: - буровой раствор заряжается отрицательно против коллектора и положительно против глин; - на поверхностях разделов пород разной литологии и на поверхности раздела скважина - порода образуются двойные электрические слои. Образование естественного электрического поля в скважине Измерение естественных потенциалов сводится к замеру разности потенциалов между электродом М, перемещаемым по скважине, заполненной промывочной жидкостью, и электродом N, находящимся на поверхности вблизи устья скважины: Знак потенциала электрического поля против породы совпадает со знаком заряда бурового раствора. При интерпретации кривой ПС через её максимальные показания кривой проводят прямую линию, называемую «линией глин». Ей присваивают значение 0 мВ. Отклонение кривой ПС от «линии глин» против пласта носит название – амплитуда ПС (). Принципиальная схема записи кривой ПС: 1- глина, 2 – песчаник Относительная амплитуда ПС () – это отношение амплитуды ПС против пласта () к амплитуде ПС опорного пласта – коллектора (мощного), против которого значение максимально (). Кривая ПС используется для отбивки границ пластов. Они проходят по середине спуска – подъёма кривой. Кроме того, кривую ПС () используют для выделения коллекторов, для корреляции разрезов скважин, для определения коэффициентов пористости , проницаемости , глинистости , коллекторов. Ядерные (радиоактивные) методы Физические основы гамма – каротажа (ГК) Метод, основанный на измерении интенсивности естественной радиоактивности горных пород, называется гамма каротажем (ГК). Зонд ГК содержит датчик (детектор) радиоактивного излучения и электронную схему, размещенные внутри металлического кожуха. Под действием гамма - излучения (γ) в счетчике датчика (детектора) возникают электрические импульсы. Они преобразуются в постоянный ток. Сила тока пропорциональна среднему числу импульсов, попадающих в детектор, в единицу времени. Регистрируя силу тока при перемещении прибора в скважине, получают кривую ГК. На диаграмме ГК глины выделяются высокими показаниями, известняки, доломиты, угли, песчаники – низкими показаниями. Единицы измерения – имп/мин, мкР/ч. Вид прибора ГК Кривая ГК Физические основы гамма – гамма каротажа плотностного (ГГК-П) Гамма – гамма каротаж (ГГК) — метод исследования разрезов скважин, основанный на измерении рассеянного гамма - излучения, возникающего при облучении пород гамма – квантами (от стационарного источника). При облучении горных пород гамма - квантами энергией свыше 0.5 МэВ интенсивность рассеянного гамма - излучения определяется главным образом плотностью пород. Эта модификация ГГК носит название гамма – гамма каротаж плотностной (ГГК-П). Для уменьшения влияния прослоя бурового раствора между породой и корпусом скважинного прибора зонды ГГК-П прижимаются к стенке скважины. Чем больше электронов в единице объема вещества (чем больше плотность пород), тем меньше гамма - квантов приходит к детектору. Интенсивность рассеянного гамма - излучения может быть записана в имп/мин, мкР/ч, но обычно кривую ГГК-П записывают в единицах плотности (г/см3). При цифровой записи диаграммы ГГК-П границы пластов проходят в середине – спуска - подъёма кривой. В качестве характерных показаний ГГК-П против пластов принимают экстремальные или средние показания. По ГГК-П определяют пористость коллекторов, расчленяют разрезы скважин, выделяют газонасыщенные коллекторы. Физические основы стационарных нейтронных методов Нейтронными методами изучают процессы, происходящие в горных породах при облучении их потоком нейтронов. Эти методы основаны на различной способности горных пород рассеивать и поглощать нейтроны. Нейтроны свободно проникают сквозь электронные оболочки атомов и взаимодействуют с ядрами. Основными видами взаимодействия нейтронов с ядрами вещества являются их рассеяние и захват. Различают несколько видов нейтронного каротажа: нейтронный гамма - каротаж (НГК), нейтрон - нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (НКТ), импульсный нейтрон - нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ИННКт), импульсный нейтронный гамма – каротаж (ИНГК), импульсный нейтронный гамма – каротаж спектрометрический (ИНГК-С) и другие. Зонды нейтронного каротажа (НК) однотипны и состоят из источника и детектора. При нейтронном гамма - каротаже (НГК) - измеряют интенсивность гамма – излучения в скважине, которое возникает при облучении горных пород потоком нейтронов, испускаемых стационарным источником, и их захвате ядрами химических элементов, входящих в состав горной породы. При нейтрон – нейтронном каротаже по тепловым нейтронам (НКТ) – регистрируют в скважине плотность рассеянных нейтронов тепловой энергии (0,025 эВ при температуре 18-20 оС) возникающий при облучении горных пород быстрыми нейтронами, которые испускаются стационарным источником. Диаграммы нейтронного каротажа (НК) при цифровой записи симметричны относительно середины пласта. Границы пластов в этом случае отбиваются по серединам спуска – подъёма кривых. Применяемая аппаратура нейтронного каротажа для исследования пород создана так, что показания НК тем выше, чем меньше в породе молекул водорода. Показания НК против: - плотных пород – высокие, - глин – низкие, - песчаников – средние, - углей – низкие, - известняков пористых – средние. По данным НК расчленяют разрезы скважин на литологические разности, определяют пористость пород, положение газожидкостных и водонефтяных контактов. Физические основы акустического каротажа (АК) Акустический каротаж (АК) – метод исследования скважин, при котором исследуются скорость, время распространения и энергия продольных и поперечных упругих волн, возбуждаемых в скважинах и породах. При прохождении продольной упругой волны (Р) в среде частицы этой среды перемещаются в направлении распространения волны. При прохождении поперечной упругой волны (S) в среде частицы этой среды перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны. Продольные волны распространяются в твердых, жидких и газообразных телах, поперечные - только в твердых. Скорость, время - кинематические характеристики, а энергия упругих волн (амплитуды волн) - динамические. Применяются приборы типа СПАК для регистрации характеристик упругих волн с целью изучения геологических разрезов скважин и их технического состояния. Стандартные исследования акустическим каротажем выполняются на частотах 25-30 кГц. Различают двух-, и трех- и многоэлементные акустические зонды. Применяются чаще трехэлементные. Трехэлементные зонды могут состоять из двух источников (И1 и И2) ультразвуковых колебаний и одного приемника (П) или двух приемников П1, П2 и одного источника И. Расстояние между сближенными одинаковыми элементами называется базой зонда (S). Точка, расположенная в середине между сближенными одинаковыми элементами, является точкой записи (О). При одном источнике ближний к нему приёмник считается первым (П1), дальний – вторым (П2). Шифры зондов АК обозначаются сочетанием условных обозначений элементов зонда в порядке расположения их в скважине (сверху вниз) и числами, указывающими в метрах расстояния между ними. Например, И1.0П10.6П2. При акустическом каротаже упругие продольные волны ультразвуковой или звуковой частоты распространяются от источника по раствору во все стороны - обозначены Р0. Достигнув стенок скважины, часть волн Р0 отражается от неё, а часть преломляется. Волна Р0, которая попадает на стенку скважины под особым критическим углом, преломившись на стенке скважины, образует в породе две основные преломлённые волны - продольную Р0Р и поперечную Р0S. Они распространяются вдоль стенки скважины и при своём движении образует головные волны. Головные волны по раствору попадают в приемник - обозначены Р0. Первой к приемнику приходит продольная преломлённая волна (обозначена Р0РР0), затем поперечная преломлённая волна (обозначена Р0SР0). В трёхэлементном зонде упругая волна от источника И достигнет приемника П1 за время Т1, приёмника П2 — за время Т2. Величины Т1 и Т2 регистрируются аппаратурой акустического каротажа. Вычислительным блоком этой аппаратуры рассчитывается кривая интервального времени: ΔТ = (Т2 —Т1)/S, где Т2 и Т1 в мкс, S – база зонда в метрах (расстояние между парными элементами); единица измерения ΔТ – мкс/м. Энергию упругих волн характеризуют их амплитуды. В трёхэлементном зонде упругая волна от источника И достигнет приемника П1 с амплитудой А1, приёмника П2 — с амплитудой А2. Величины А1 и А2 регистрируются аппаратурой акустического каротажа. Вычислительным блоком этой аппаратуры рассчитывается коэффициент поглощения упругих волн (). Он характеризует интенсивность поглощения энергии волн в среде. Определяться по формуле: =×Ln(A1/A2) в 1/м или =×Lg(A1/A2) в дБ/м. Акустический каротаж используется при литологическом расчленении разреза, определении пористости и характера насыщения коллекторов. Границы пластов по кривой ΔТ отбиваются началу её спуска - подъёма. В качестве характерных показаний ΔТ против пластов принимают экстремальные показания или средние. Показания ΔТ против: • плотных пород - низкие, • коллекторов и уплотнённых глин – средние, • размытых глин -высокие. Общие понятия о термометрии Термические методы исследования разрезов скважин основаны на изучении в скважинах и, окружающих их горных породах, естественных и искусственных тепловых полей. Интенсивность возрастания температур с глубиной характеризуется величиной геотермического градиента. Геотермический градиент (Г) – это изменение температуры на 100 метров глубины: Г = (t2- t1)×100/(Н2-Н1), где t1 и t2 температуры пластов на глубинах Н1 и Н2 соответственно. Геотермическая ступень (G) это – вертикальный интервал в разрезе земной коры в метрах ниже зоны постоянной температуры, на котором температура горных пород повышается на 1 ºС. Определяется G по формуле: G = (Н-h)/(T-t), где G – геотермическая ступень, м/°С; Н – глубина места замера температуры, м; h – глубина слоя с постоянной температурой, м; Т – температура на глубине Н, °С; t – средняя годовая температура воздуха на поверхности, oС. Термометры представляют собой корпус (1) в нижней части конусообразной формы с отверстиями (2) для фильтрации промывочной жидкости. Внутри помещается медная трубка (3) со спиралью из медной проволоки (4). С изменением температуры изменяется сопротивление спирали. По зарегистрированному значению сопротивления спирали получают информацию о температуре промывочной жидкости. С помощью термометрии решают многие вопросы, которые связаны с контролем разработки нефтяных и газовых залежей, с техническим состоянием скважин. Схема скважинного термометра ЛЕКЦИЯ 5 Изучение технического состояния скважин Изучение технического состояния скважин включает определение: • искривления и геометрии ствола скважин (инклинометрия); • диаметра и профиля сечения ствола скважины; • мест прихватов бурового инструмента; • качества цементирования обсадных колонн; • степени износа обсадных колонн; • мест притока и поглощения жидкости; • интервалов перетоков жидкости в затрубном пространстве. Инклинометрия Измерение угла отклонения оси скважины от вертикали (зенитный угол) и азимута ее искривления по отношению к устью называется инклинометрией. Положение ствола скважины определяется зенитным углом и азимутальным (азимутом). Отклонение оси скважины от вертикали - зенитный угол. Азимут – это угол между проекцией отрезка оси скважины на горизонтальную плоскость и направлением по магнитному меридиану. Приборы, которые при этом применяются при инклинометрии, называются инклинометрами. Контроль качества цементирования обсадных колонн Контроль качества цементирования обсадных колонн по данным термометрии Затвердевание цементного раствора - реакция экзотермическая. Тепло, выделяемое цементным раствором, вносит изменения в тепловое поле скважины, которые могут быть зафиксированы. На термограмме, зарегистрированной через 12—36 ч после окончания заливки цемента, наличие цемента за колонной и его верхняя граница подъема устанавливаются по увеличению температуры по стволу скважины по сравнению с геотермограммой (кривая отражающая естественную температуру Земли с глубиной). Контроль качества цементирования обсадных колонн по данным гамма – гамма цементометрии Существенное различие плотностей цементного камня (1.8 – 1.9 г/см3), промывочной жидкости и пластовой воды (1.0—1.3 г/см3) позволяет использовать плотностной гамма - гамма каротаж для контроля качества цементирования. Метод носит название гамма – гамма цементометрия (ГГЦ). Измерительная установка содержит источник и несколько детекторов гамма - излучения (обычно три), расположенных равномерно по периметру прибора симметрично относительно его оси. Гамма - излучение от источника направляется так, что показания метода зависят от плотности вещества в затрубном пространстве. Каждый детектор дает информацию о величине рассеянного гамма - излучения, фиксируемую в виде кривой – цементограммы (ГГЦ). Если обсадная колонна центрирована в стволе скважины, а затрубное пространство равномерно заполнено цементным раствором, то значения интенсивности излучений, регистрируемых всеми детекторами ГГЦ, будут одинаковые. Если обсадная колонна расположена эксцентрично, то показания детектора, расположенного на самом близком к стенке скважины расстоянии, будут минимальны. Чем дальше детектор от стенки скважины, тем выше его показания. Акустический метод оценки качества цементирования обсадных колонн (АКЦ) Акустическая цементометрия основана на измерении затухания продольной упругой волны, распространяющейся по обсадной колонне, цементному кольцу и породе. Акустические цементомеры (АКЦ), как правило, представляют собой двухэлементный или трёхэлементный акустический зонд. Двухэлементный акустический зонд состоит из излучателя (И) и приемника (П). Исследования качества цементирования колонны двухэлементным (а) и трёхэлементным (б) зондами акустического цементомера Считается, что всегда первой к приёмнику приходит волна, идущая по колонне. Время необходимое для прохождения волны по колонне от источника до приёмника зафиксировано в аппаратуре. Если при измерении прибором АКЦ волна по колонне не зарегистрирована приёмником через установленный промежуток времени, то значение её амплитуды (Ак) принимается в приборе АКЦ равным 0. Если волна пришла по незацементированной колонне с Ак > 0, то она зарегистрируется с её фактическим значением Ак. В зависимости от качества цементирования колонны вторая волна приходит в приёмник с амплитудой, обозначаемой Ап. Амплитуда этой волны отлична от нуля. Она может прийти по обсадной колонне либо по цементному кольцу, либо по породе. Волна, пришедшая к приёмнику третьей, не регистрируется им. Сигналы от прибора АКЦ передаются на поверхность, где фиксируются в виде трех диаграмм. Диаграмма: 1) амплитуды волны, пришедшей по колонне (Ак); 2) амплитуды волны, как бы пришедшей по породе (Ап), но в действительности может быть пришедшей по колонне, цементу, породе; 3) времени прихода волны (Тп) с наибольшей амплитудой при двухэлементном зонде и интервального времени (ΔТп) волны с наибольшей амплитудой при трёхэлементном зонде. О качестве цементирования судят по характеру изменения кривых Ак, Ап, Тп или ΔТп. В случае отсутствия цемента в затрубном пространстве регистрируются приёмниками только волны, идущие по колонне. Этому случаю соответствуют высокие показания на кривых Ак и Ап, низкие - на Тп (ΔТп = 180 мкс/м). В случае полного заполнения затрубного пространства цементом и его жёсткого сцепления с колонной и породой регистрируются две волны, пришедшие по колонне и породе. Волна, пришедшая по колонне, имеет малую амплитуду (Ак), близкую к нулевой. Волна, пришедшая по породе (второй), имеет значительно большую амплитуду (Ап). На кривой Ак отмечаются минимальные значения и повышенные - на кривых Ап и Тп (соответствуют значениям, записанным в открытом стволе). Волна, распространяющаяся по цементу, приходит позднее второй и не регистрируется приёмниками. В случае неполного (частичного) заполнения затрубного пространства цементом первыми к приёмникам приходят волны по колонне. На кривых Ак и Ап средние показания, Тп - минимально (ΔТп = 180 мкс/м). В случае жёсткого сцепления цементного камня с колонной и отсутствия сцепления цементного камня с породой показания Ак минимальны. Второй к приёмнику приходит волна с амплитудой отличной от 0, идущая по цементу. Её амплитуда, обозначаемая Ап, больше, чем Ак. Значение Тп для этой волны – максимально. Величина ΔТп = 600 - 650 мкс/м. Волна, распространяющаяся по породе, приходит позднее второй и не регистрируется приёмниками.