Відбір та документація керна
Лекція 1. ВІДБІР І ДОКУМЕНТАЦІЯ КЕРНА
Керн – циліндричний моноліт гірської породи, отриманий
шляхом кільцевого руйнування вибою свердловин під час буріння
Керн служить основним матеріалом для вивчення геологічної будови розрізу свердловини, є головним прямим джерелом та носієм інформації про властивості гірських порід, забезпечуючи візуальне та безпосереднє їх вивчення. Він використовується для визначення відносного та абсолютного віку, речовинного складу, петрографічних, фізичних, фізико-хімічних та інших характеристик гірських порід на всіх стадіях геологорозвідувального та нафтопромислового процесу.
Планування відбору керна здійснюється геологічними службами підприємств, відбір керна виробляють бурові бригади у відповідності з геолого-технічним нарядом на буріння свердловини. Відбір керна регламентується залежно від ступеня вивченості території глибинним бурінням та призначенням свердловин [11].
У параметричних свердловинах, які буряться для вивчення глибинної геологічної будови, для визначення нафтогазоносності районів можливого нафтогазононакопичення та виявлення найбільш перспективних ділянок, керн відбирається рівномірно по розрізу найбільш цікавих для вивчення геологічної будови району інтервалах.
На нових родовищах у маловивчених районах з невстановленою промисловою нафтогазоносністю при бурінні першої свердловини рекомендується проводити суцільний відбір керна рівномірно по всьому стовбуру, у другій та третій – відбір керна обмежується і приурочується до певних стратиграфічних та літологічних кордонів. У наступних пошукових та розвідувальних свердловинах відбір керна проводиться лише в межах нафтогазоносних.горизонтів.
На родовищах, де верхня частина розрізу вивчена, а нижня ще підлягає дослідженню, у вивченому інтервалі потрібно відбирати керн лише в контактах світ (а також у зонах наявності маркуючих прошарків) або ж застосовувати каротаж (електричний та радіоактивний), а в невивченому інтервалі – виробляти суцільний відбір керна та інші вказані вище дослідження.
На нових площах у нафтогазоносних районах у перших двох-трьох пошукових свердловинах рекомендується брати керн у межах маркувальних та продуктивних горизонтів, а в наступних пошукових та розвідувальних свердловинах відбір керну проводиться лише в межах продуктивних горизонтів.
В оцінних свердловинах, які буряться на покладах, що знову вводяться в розробку, і на тривало розроблюваних родовищах нафти з метою визначення величини нафтонасичення та оцінки залишкових запасів, проводиться суцільний відбір керна по всій потужності продуктивного пласта.
В експлуатаційних свердловинах керн для контролю за проходкою свердловини, як правило, не відбирається, і всі спостереження базуються на даних каротажу та непрямих дослідженнях. У цьому випадку керн беруть лише в продуктивному горизонті для його детального вивчення, а також в маркуючих горизонтах і характерних контактах світ на тих ділянках свердловин, де тектоніка і будова покладу вимагають уточнення.
При бурінні свердловин нагнітальних також рекомендується відбирати керн в інтервалах залягання продуктивних пластів. Детальні відомості про характер колекторських властивостей пласта значною мірою допоможуть освоєння нагнітальних свердловин та регулювання процесу заводнення.
Для отримання керна свердловину на бурильних трубах опускають керновідбірний снаряд. Знизу до нього приєднують породоруйнуючий інструмент. Длязапобігання вигину і підвищення безпеки керна корпус керновідбірного снаряда, що передає навантаження і обертання породоруйнуючого інструменту виконується жорстким товстостінним зі стабілізаторами.
Розрізняють керновідбірний снаряд зі знімними та стаціонарними керноприймачами. Керновідбірний снаряд зазвичай складається з кількох секцій довжиною 7-8 м, що дозволяє відбирати керн значної довжини (за рейс до 13-14 м). Залежно від типу снаряда одержують керн різного діаметра та довжини. Діаметр керна, що відбирається, 40–120 мм. При бурінні на нафту та газ використовуються роторні керновідбірні снаряди типу «Надра» (для свердловин діаметром 130–300 мм), турбінні керновідбірні снаряди (для свердловин діаметром 130–220 мм), а також снаряди серії КІМ. Останні забезпечують відбір керна підвищеної інформативності: керн витягується без техногенних деформацій із збереженою структурою та текстурою, з максимально можливим збереженням пластового флюїдонасичення.
Зруйнована по кільцевому затрубному або внутрішньому простору порода виноситься на поверхню рідиною, що промиває, або стисненим повітрям (газом), що нагнітається в свердловину буровим насосом або компресором, а керн входить в колонкову трубу.
Періодично (через 0,5-6 м і більше) керн заклинюють, відривають від вибою, піднімають на поверхню разом із колонковим снарядом і вилучають із колонкової труби. Вилучення керна з бурового снаряда здійснюється працівниками бурової бригади у присутності геолога. Застосовують майже безперервне транспортування керна внутрішньої порожнини колони труб на поверхню; при цьому керн виймається акуратно, без порушення його орієнтації з обов'язковою фіксацією глибини відбору керна у свердловині.
Первинна розкладка керна здійснюється прямо на буровий. Керн очищають ганчір'ям, папером абовідмивають від бурового розчину в ємності з водою, потім укладають у спеціальні керноприймальні ящики або на землю у суворій послідовності з його вилученням з колонкової труби.
Інтервали, з яких піднято керн, поділяють дерев'яними брусами, дошками тощо. Одночасно підписують (на роздільниках чи етикетках) глибину відбору, проходку і вихід керна.
Дрібні шматочки та уламки керна, послідовність яких неможливо встановити, поміщають у мішечки або загортають у цупкий папір і укладають у ящики в тій же послідовності, що й керн.
Якщо в призначеному інтервалі керн не відбирався, у ящик укладають етикетку із зазначенням, у якому інтервалі глибин винос керна був відсутній.
До безпеки та якості керна пред'являються вимоги, що забезпечують достовірність відомостей про склад та будову розкритих свердловиною гірських порід та корисних копалин. Контроль та спостереження за умовами та якістю керна здійснюються представниками технологічної та геологічної служби підприємств.
Збереження керна оцінюється його лінійним або об'ємним виходом - відсотковим ставленням сумарної довжини (або фактичної маси) піднятого керна до довжини пробуреного інтервалу (або розрахункової маси пробуреного інтервалу) свердловини. Вихід керна регламентується інструкціями. Частка керна при суцільному відборі у загальному інформаційному забезпеченні геологорозвідувальних робіт може досягати 70-80%.
При бурінні снарядами серії КІМ вихід керна становить 90% і більше (з неконсолідованих порід не менше 75%). Стовідсотковий вихід керна дозволяє з повною достовірністю вивчати гірські породи, пересічені свердловиною, і визначати запаси корисних копалин.
До спеціальних методів вилучення керна відносяться відбір орієнтованогокерна та герметизація керна.
1.1. Відбір орієнтованого керна
Відбір орієнтованого керна дозволяє уточнити геологічну модель покладу, визначити потенційний нафтовидобуток, режим розробки родовища та ін., оскільки дає точну геологічну інформацію:
про кути падіння пластів,
про напрями їх простягання,
про просторовий розподіл характеристик колекторів,
про тенденції зміни пористості та проникності.
Орієнтація керна досягається за допомогою спеціального черевика, розташованого нижче кернорвателя, який виконує на керні три насічки. Одна насічка служить для ідентифікації, дві інші розташовані від неї під кутом 135 ° по колу поперечного перерізу керна.
Просторова орієнтація піднятого на поверхню керна здійснюється за результатами його палеомагнітного аналізу та визначення положення насічок, нанесених на керн, щодо сторін світла (напрями північ-південь).
1.2. Відбір герметизованого керна, герметизація керна
Відбір герметизованого керна продиктований необхідністю прямого визначення по керну пластових значень нафто- та газонасичення та встановлення фазового складу флюїдів. Інформативність герметизованого керна вище керна, відібраного без герметизації, оскільки крім збереження залишкового водонасичення в герметизованому керні можливе збереження нафто-і газонасичення, а також температури при термостатуванні керноприймача, завдяки чому забезпечується можливість:
прямого визначення по керну пластових та поточних значень нафто- та газонасичення;
збереження фазового складу флюїдів, що особливо важливо при відборі керна із газогідратних покладів.
Відбір герметизованого керна здійснюєтьсягерметичними керновідбірними снарядами. Вони забезпечують (після відокремлення керна від вибою) герметичне перекриття керноприймача в нижній та верхній частинах. При цьому виключається гідродинамічний сполучення порожнини керноприймача, заповненого керном, зі свердловиною і зберігається вибійний тиск.
При відборі герметизованого керна виконуються такі операції:
буріння з відбором керна герметичним керновідбірним снарядом, оснащеним апаратурно-вимірювальним комплексом запису термобаричних параметрів у порожнині керноприймача;
контроль герметичності керноприймача снаряда на поверхні;
ступінчаста дегазація керноприймача із виміром витрати та відбором проб газу для його подальшого аналізу;
розгерметизація керноприймача та вилучення керна;
зчитування даних апаратурно-вимірювального комплексу, їх комп'ютерна обробка та інтерпретація;
обробка, експрес-аналіз керна, препарування та консервація зразків.
Під час відбору герметизованого керна використовують спеціальні пластикові туби.
Консервація вуглеводнів у зразках керна може бути проведена після підйому його на поверхню. Вона проводиться з метою збереження залишкових флюїдів для подальшого визначення нафтонасиченості. Консервація здійснюється у окремих зразках керна, відібраного з інтервалів з ознаками вуглеводнів. Найпростіший і найпоширеніший спосіб консервації керна – герметизація в розплавленому парафіні (парафінізація керна).
Відразу після вилучення керна з керноприймача та розкладки його на буровий керн за допомогою тканини, зволоженої в дизельному паливі, швидко очищають від бурового розчину та упаковують у поліетилен. На поверхню поліетилену кріпиться етикетка із зазначенням площі, номера таінтервалу відбору керна, місця взяття зразка керна. Підготовлений таким чином зразок обтягується марлею, перев'язується шпагатом і для рівномірного покриття кілька разів занурюється в розплавлений парафін, температура якого 70-90°.
Далі на парафін накладається нова етикетка (з тими самими вихідними даними), а зразок знову опускається до парафіну. Занурення здійснюється неодноразово (щоразу стежать за тим, щоб парафін, що просочує марлю, затвердів) доти, доки зразок рівномірно не покриється шаром парафіну. При цьому слід стежити, щоб напис на етикетці легко читався.
Запарафіновані зразки укладаються в ящики строго відповідно до розташування їх у керновій колонці. Для відправки на лабораторні дослідження запарафіновані зразки порід поміщають у металеві банки з кришками, що щільно закриваються. З метою запобігання парафінової оболонки від пошкодження зразки перекладають м'яким папером, ватою і т. п. Правильне виконання перерахованих операцій забезпечує консервацію початкового вмісту води та нафти протягом декількох тижнів.
1.3. Укладання та документація керна
Піднятий та очищений від бурового розчину керн піддається попередньої підготовки. Вона включає укладання зразків в ящики, упаковку ящиків та операції з їх маркування, а також складання супроводжуючих керн документів.
Укладання керна проводиться в спеціальні ящики, виготовлені з дерева і розділені на поздовжні секції шириною трохи більше діаметра керна з п'ятьма (для керна d=80мм), чотирма (для керна d=100 мм) або шістьма (для керна d=60 мм) поздовжніми секціями.
Ящики виготовляються із струганої дошки хвойних порід завтовшки 20-25 мм із розміром по довжині між внутрішніми стінками строго 1 м.
Ящик обв'язується металевою стрічкою чи дротом. Кришка закріплюється на шарнірах.
Крім дерев'яних ящиків, керн укладають також у картонні коробки, що складаються з двох секцій завдовжки по 1 метру та пластикові пенали.
Дерев'яні ящики та пластикові туби найчастіше використовують для перевезення керна, картонні коробки – при закладці керна на постійне зберігання.
Керн укладається послідовно (зліва направо) у порядку зростання глибини свердловини у суворій відповідності до його положення в колонковій трубі (укладання в "рядок"). Забороняється укладати керн у ящики "змійкою" - в два і більше рядів в одній секції ящика. У випадках, коли керн не поміщається в ящик, кернова колонка розбивається на шматки, при укладанні шматки поєднують по площині розколу.