Геофізичні дослідження свердловин
Геофізичні дослідження свердловин - комплекс фізичних методів, що використовуються для вивчення гірських порід в навколосвердловини і міжсвердловини просторах, а також для контролю технічного стану свердловин. Геофізичні дослідження свердловин поділяються на дві дуже великі групи методів - методи каротажу та методи свердловинної геофізики. Каротаж, також відомий як промислова або бурова геофізика, призначений для вивчення порід, що безпосередньо примикають до стовбура свердловини (радіус дослідження 1-2 м). Часто терміни каротаж та ГІС ототожнюються, проте ГІС включає також методи, що служать для вивчення міжскважинного простору, які називають свердловинною геофізикою.
Методи потенціалів мимовільної поляризації гірських порід ґрунтуються на вивченні природних електричних полів у свердловинах. Природні поля виникають внаслідок електричної активності дифузійно-адсорбційного, окислювально-відновного, фільтраційного та електродного характеру. Діаграми методів ПС характеризують зміни відповідних потенціалів – дифузійно-адсорбційних, фільтраційних, електродних залежно від глибини свердловини.
Фізичні засади методу ПС
Головну роль формуванні природних електричних полів у свердловині, заповненої буровим розчином на водній основі, відіграють потенціали дифузійного походження. Дослідження методом СП проводять, реєструючи діаграму зміни розрізу свердловини різниці потенціалів між електродом М, що переміщається по стовбуру свердловини, і електродом N, розташованим на земній поверхні поблизу гирла свердловини.
Вимірювання в свердловині потенціалу мимовільної поляризації UПС зводиться до виміру різниці потенціалів міжелектродів М, що переміщуються вздовж стовбура свердловини, і електродом N, що знаходиться на поверхні поблизу гирла свердловини. (Рис.2.3.).
Потенціал електрода N практично зберігається постійним, і різниця потенціалів між електродами М та N:
Різниця потенціалів між рухомим М і нерухомим N електродами вказує на зміну електричного потенціалу вздовж стовбура свердловини. Причина цього - наявність у свердловині і біля неї електричного поля, що мимоволі виникає.
Крива потенціалів мимовільної поляризації (крива ПС) зазвичай записується одночасно з кривою опору або іншими кривими.
Крива ПС показує зміну потенціалу електричного поля електрода М з глибиною. Точка запису ∆UПС відноситься до електрода М. Різниця потенціалів ПС вимірюється в мілівольтах.
Найбільшого поширення набули методи, що ґрунтуються на дифузійно-адсорбційній активності. Як нуль на діаграмах умовно вибирають положення, що відповідає позитивному максимальному відхилення, - лінію глин. Відлік беруть праворуч наліво. Отже, амплітуда ПС у чистих глинах дорівнює нулю.
Метод ПС одна із основних електричних методів щодо розрізів нафтогазових свердловин. Він включений також до обов'язкового комплексу досліджень інженерно-геологічних та гідрогеологічних свердловин. Для вивчення рудних та вугільних свердловин використовують методи гальванічних пар (МГП) та електродних потенціалів (МЕП).
Петрофізичні засади методів КС. Як відомо, електрична провідність гірських порід може мати електронний та іонний характер. Питомий електричний опір гірських порід з іонною провідністю залежить, головним чином, від кількості води, що міститься в них, і ступеня її мінералізації, тобто відкоефіцієнта пористості породи та питомого опору пластової води, який приблизно обернено пропорційно її мінералізації.
У нафтогазононасичених породах лише частина порового простору зайнята водою, тому їх питомий опір більший, ніж у водонасичених порід. Це збільшення оцінюють параметром насичення
Електричний опір, що здається. Вище середовище вважалося однорідним. Практично вона завжди має межі, що спотворюють вигляд поля. Наприклад, наявність свердловини, питомий опір у якій ρс ≪, можна вважати ρк = ρп. Подальше збільшення довжини зонда не змінює картини. Якщо збільшити шунтуючий вплив свердловини, збільшивши ρп та зберігши колишнє ρс, то для виконання умови ρк ≈ ρп потрібно зонд більшої оптимальної довжини L2. Сімейство графіків, що відбивають залежність від довжини зонда L, називають палеткою. Шифр графіка - відношення ρп / ρс = μ, - називають його модулем. При значеннях μ >20 застосовувати зонди оптимальної довжини, як правило, не вдається, так як вони виявляються зрівнянні з потужністю пластів або більше за неї. Однак для визначення ρп достатньо провести вимірювання ρк декількома зондами різної довжини, меншою ніж оптимальна. Отримані при цьому точки з координатами lgρк -lgL ляжуть на той графік палеткового сімейства залежностей lgρк / ρс -lgL/dс, модуль якого μ відповідає шуканому значенню ρп. Визначивши μ, можна легко знайти ρп: ρп = μ/ ρс. Таку методику називають бічним каротажним зондуванням (БКЗ).
Існують альбоми палеткових залежностей, призначені для інтерпретації матеріалів у пластах великої та обмеженої потужності, а також за наявності зони проникнення. Розроблено алгоритми та програми, що автоматизують процес інтерпретації БКЗ. Методом БКЗ досліджують розрізиз метою детального вивчення пластів та отримання їх кількісних характеристик (насамперед коефіцієнта пористості та коефіцієнта нафтонасиченості). Зазвичай БКЗ проводять лише у продуктивній ділянці розрізу.
Каротаж опору звичайними зондами неефективний у разі тонкошарового розрізу зі значною диференціацією пластів з низьким і високим опорами та свердловини, заповненої високомінералізованим глинистим розчином. Через витік струму в пласти з низьким опором в першому випадку і через витік струму по свердловині в другому випадку реєструють опори порід, що здаються, набагато відрізняються від істинних. Основна відмінність бічного каротажу (методу екранованих зондів) від каротажу опору зі звичайними зондами полягає в тому, що в цьому методі здійснюється фокусування струму, що виходить з центрального електрода, внаслідок чого вплив свердловини і порід позначається на результатах вимірювань значно менше.
Бічний каротаж (БК) проводять три-, семи-і дев'ятиелектродними зондами з автоматичним фокусуванням струму.
Триелектродний екранований зонд. Апаратура АБКМ, Е1. Зонд складається з центрального електрода А0 і двох подовжених циліндричних фокусуючих електродів А1 і А2. Всі вони розділені між собою ізоляційними прокладками та живляться струмом однієї полярності. Рівність їх потенціалів забезпечується тим, що основний електрод через незначний опір коротко з'єднується з екранними електродами. Оскільки різниця потенціалів між електродами дорівнює нулю, то сила струму вздовж осі свердловини на цьому інтервалі також дорівнює нулю. Струм з електрода А0 поширюється в радіальному напрямку перпендикулярно до осі свердловини, а не вниз і вгору по свердловині, що вміщають, більшепровідні породи.