Презентация "Геофизические исследования скважин"


Подписи к слайдам:
PowerPoint Presentation

Геофизические исследования скважин

  • Составитель: асс. каф. ГФХМР
  • Данильева Наталья Андреевна

Геофизические исследования скважин - область прикладной геофизики, в которой современные физические методы исследования горных пород используются для геологического изучения разрезов, пройденных скважинами, выявления и оценки запасов полезных ископаемых, получения информации о ходе разработки месторождений и о техническом состоянии скважин.

  • Геофизические исследования скважин - область прикладной геофизики, в которой современные физические методы исследования горных пород используются для геологического изучения разрезов, пройденных скважинами, выявления и оценки запасов полезных ископаемых, получения информации о ходе разработки месторождений и о техническом состоянии скважин.
  • Геофизические исследования в скважинах, бурящихся на нефть и газ - промысловая геофизика.

История развития ГИС

  • Впервые исследования скважин были проведены в 1906-1913 гг Голубятниковым Д.В. методом термометрии.
  • Позднее бр. Шлюмберже ввели методы сопротивлений в 1926-1928 гг. во Франции, позднее и в СССР.
  • 1931 г – инклинометрия;
  • 1933 г – газовый каротаж;
  • 1934 г – гамма-каротаж;
  • 1935 г – механический каротаж, НК, кавернометрия;
  • 1948 г – АК, ИК, ДК.

Скважина как объект исследований

  • Скважина - горная выработка большой глубины и очень малого диаметра. Сечение скважины – окружность, реже эллипс. Диаметр зависит от горных пород, слагающих скважину. Напротив глин и угля образуются каверны, напротив пористых пластов – глинистая корка.

  • вертикальные
  • наклонные
  • горизонтальные
  • Мелкие
  • h<1000 м
  • глубокие
  • 1000>h<5000 м
  • сверхглубокие
  • h>5000 м
  • Типы скважин

Аппаратура для ГИС

  • Наземная – каротажная лаборатория, лебедка, подъемник;
  • Скважинная – зонд.
  • Г
  • РП
  • ПУ
  • ПУ-приемное устройство
  • РП-регистрирующий прибор
  • Г-генератор
  • Скважинный снаряд
  • Каротажный кабель

Задачи, решаемые ГИС:

  • изучение геологического разреза;
  • выявление и оценка МПИ;
  • контроль за разработкой месторождений;
  • изучение технического состояния скважин;
  • проведение прострелочных и взрывных работ;
  • уточнение данных наземной геофизики;
  • решение экологических задач;
  • решение инженерно-геологических задач;
  • решение гидрогеологических задач.

Классификация методов ГИС

  • Электрические методы: КС, ПС, ВП, БК, БКЗ;
  • Электромагнитные методы: ИК, ДК, ВИКИЗ, ЯМК;
  • Радиоактивные методы: ГК, ГК-С, ГГК, ГГК-П, ГГК-П, ГГК-Ц, ГГК-Д,Т;
  • Нейтронные методы: НГК, ННК-Т, ННК-НТ , НГК-С, ИНГК, ИННК-Т, ИНГК-С, СО-каротаж;
  • Акустические методы: АК, ВАК, АКЦ, ВСП, АК-сканер, АК-Кав., ШМ, виброакустический каротаж;
  • Термические методы: геотермия (естественное поле), термометрия (искусственное поле);
  • Прямые методы: ИПТ, ОПК, ГДК;
  • Изучение тех.состояния скважин: кавернометрия, профилеметрия, инклинометрия, ГГК-Ц, ГГК-Д,Т, ЛМ, ЭМД;
  • Исследования действующих скважин: расходометрия, резистивиметрия, барометрия, ГДК.

Методы технического контроля скважины

  • Кавернометрия и профилеметрия – определение диаметра и профиля скважины (площадь поперечного сечения в каждой точке замера);
  • Инклинометрия – определение положения скважины в пространстве;
  • Термометрия – определение температурного градиента, определение температуры забоя скважины.

Кавернометрия

  • Кавернометрия - это измерение среднего диаметра скважины. 
  • В результате измерений строится кавернограмма, то есть кривая зависимости диаметра скважины от глубины, отражающая изменения диаметра скважины от номинального (отражает наличие каверн и сужений скважины).

Виды каверномеров:

  • Механические и ультразвуковые
  • Строение стандартного механического каверномера подразумевает наличие трех или четырех рычажных щупов  и реостата. Щупы прижаты к стенкам скважины при помощи пружин и связаны с ползунком реостата через толкатели. На поверхности представляется возможным измерение сопротивления реостата, которое является пропорциональным изменению диаметра скважины. Измеряя диаметр скважины на разной глубине, каверномер позволяет составить кривую изменения диаметра скважины от забоя до устья. Управляемое рычажное устройство, ставшее компонентом последних моделей позволяет с поверхности многократно раскрывать и складывать прибор.
  • Ультразвуковой Каверномер - гидролокационное устройство, представляющее собой скважинный прибор с двумя электроакустическими преобразователями направленного действия, которые работают на прием и передачу ультразвуковых колебаний, закрепленными на противоположных его сторонах. На необходимой глубине излучатели попеременно передают колебания в сторону стенок скважины и принимают отраженный импульс. Время между моментом излучения колебания и получением ответного импульса от стенки скважины позволяет измерить расстояние от каждого из преобразователей до   стенок скважины. 

Кавернограмма, отражающая структуру скважины, пробуренной долотами различного диаметра

  • Диаметры скважины:
  • 0-90 м – 78 мм;
  • 90-105 м – 76 мм;
  • 105-150 м – 75 мм.
  • Сильная кавернозность – 88-90 м.

Определение положения скважины в пространстве

  • Инклинометрия – область геофизических исследований скважин, предназначенная для определения положения скважины в пространстве путем измерения зенитного угла (отклонения от вертикали) и магнитного азимута (смещение в горизонтальной плоскости относительно устья).

Решаемые задачи

  • Определение положения скважины в пространстве;
  • Определение глубины забоя;
  • Определение отклонения скважины от заданной траектории;
  • Определение мест «скручивания» скважины;
  • Контроль кривизны нефтяных и газовых скважин;
  • Прогноз оползневых процессов.

Инклинометры

  • В настоящее время известны два типа инклинометра:
  • Гироскопические.
  • Применяют при исследовании скважин, обсаженных металлическими трубами. Инклинометр такого типа работает, основываясь на свойстве гироскопа — сохранении оси вращения неизменной в пространстве (маховик устройства вращается от электромотора).  Один из двух гироскопов инклинометра служит для измерения азимутов, другой — для измерения углов наклона. Угол наклона измеряется совмещением оси вращения гороскопов и вектора направления скважины через составление специальных электрических схем.)
  • Электрические.
  • Применяются для обследования необсаженных скважин. Основа такого прибора — подвешенная в корпусе рамка, расположенная горизонтально по отвесу.  По реохордам азимутов и углов наклона скользят стрелка буссоли и указатель наклона, расположенные на рамке. Стрелка буссоли и указатель наклона поочередно подключаются к источнику тока и обеспечивают передачу напряжения с реохордов.

Гироскопические инклинометры (Российских производителей)

  • Инклинометр гироскопический ИГМ (Ижевск) предназначен для измерения зенитного угла, азимута географического, угла установки отклонителя бурильного инструмента с целью определения пространственного положения оси ствола нефтегазовых и любых других скважин при их бурении, контрольных проверках, ремонте и др.
  • Гироинклинометр может применяться при геофизических исследованиях скважин любого типа: вертикальных, наклонных, наклонно-горизонтальных, горизонтальных, обсаженных, необсаженных; бурящихся скважин, в том числе и в породах с ферромагнитными включениями, а также для определения пространственного положения трубопроводов, проложенных в труднодоступных местах (по дну рек, под водохра-нилищами), или при строительстве для контроля вертикальности металлоконструкций и азимута их наклона.

Технические характеристики

  •  
  • ИГМ 73 М
  • ИГМ 42
  • Диапазон измерения азимутального угла, град.
  • 0…360
  • Погрешность измерения азимутального угла, град.
  • ±2,0
  • ±3,0
  • Диапазон измерения зенитных углов, град.
  • 0…180
  • Погрешность измерения зенитных углов, град.
  • ±0,1
  • ±0,25
  • Наружный диаметр СП, мм
  • 73
  • 42
  • Длина СП без центраторов, мм, не более
  • 2 165
  • 2 250
  • Диапазон температур эксплуатации НПО, оС
  • +10…+45
  • Максимальная рабочая температура окружающей среды СП, оС
  • +120
  • + 85
  • Максимальное рабочее давление СП, МПа
  • 60
  • Напряжение питания, В
  • 220 ±10%
  • Частота питающей сети, Гц
  • 50 ±1
  • Потребляемая мощность общая, Вт, не более
  • 100
  • Потребляемая мощность СП, Вт, не более
  • 30
  • Масса СП, кг
  • 30
  • 15
  • Масса НПО, кг
  • 6
  • Тип интерфейса с компьютером
  • RS-232C
  • Операционная система для ПО
  • WinXP, Win2000
  • Максимальная длина каротажного кабеля, м
  • 6 000

Инклинометр МИГ-42 (Уфа)

  • Диапазон измерения зенитного угла
  • от 0 до 120°
  • Диапазон измерения географического азимута в диапазоне зенитных углов от 0,5 до 70°
  • от 0 до 360° 
  • Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности при   измерении зенитного угла
  • ± 0,2°
  • Пределы  допускаемой  основной абсолютной погрешности  при  измерении географического азимута в диапазоне зенитных углов:
  • от 0,5 до 5°
  • от 5 до 50°
  • от 50 до 70°
  •  
  •  
  •  
  •  
  • ± 2°
  • ± 3°
  • Напряжение питания на головке скважинного прибора
  • 90 ±5В
  • Ток потребления в режиме измерения,  мА
  • не более 350 
  • Габаритные размеры инклинометра,мм, не более
  • диаметр скважинного прибора
  • длина скважинного прибора                                        
  • наземного прибора  (ширина х длина х высота)
  • 43
  • 1800
  • 390 х300 х160
  • Масса, кг, не более 
  • скважинного прибора
  • наземного прибора
  • 9,5
  • 7,5 
  •  

Инклинометр ИММН-42 (Башкирия)

  • Прибор предназначен для измерения азимута и зенитного угла  эксплуатируемых необсаженные скважин, бурящихся на руду, нефть и газ, глубиной до 5000м, а также новых скважин, забуренных из скважин старого фонда.
  • Диапазон измерения зенитного угла, град.
  • 0-180
  • Диапазон измерения азимута, град
  • 0-360
  • Предел основной абсолютной погрешности измерений зенитного угла, град
  • не более +- 0,2
  • Пределы основной абсолютной погрешности измерений в диапазоне зенитных углов, град., не более
  • 3-7
  • 7-173
  • 173-177
  •  
  •  
  • +-3
  • +-1,5
  • +-3
  • Диапазон рабочих температур, оС
  • -10... +80 
  • Максимальное гидростатическое давление, МПа
  • 25
  • Диаметр прибора, мм
  • 42
  • Длина, мм
  • 2200
  • Вес прибора, кг
  • 15

Reflex Gyro

  • Современный гироинклинометр Reflex Gyro, произведенный австралийской компанией REFLEX введен в эксплуатацию на буровом участке УГСЭ в подземном руднике Вадимо-Александровского месторождения. Reflex Gyro позволяет осуществлять надежную инклинометрическую съемку скважин во всех направлениях, в любом окружении, магнитном и немагнитном. Reflex GYRO является самой простой в использовании, самой технически передовой, миниатюрной цифровой гироскопической системой и обеспечивает возможность получать данные наиболее высокого качества.

Икнлиномограммы скважин

Инклинометрия в программном пакете Gintel

  • Выполняется в специализированном модуле.
  • Особенности:
  • Ввод и отображение проектного и фактического ствола, основных и повторных измерений, боковых врезок, любого числа проектных данных (например, на кровлю пластов и на забой)
  • Автоматическая сшивка интервалов измерений при наращивании глубины скважины
  • Контроль корректности исходных данных, автоматическая интерполяция «плохих» участков
  • Аппроксимация вертикального участка ненулевым удлинением при нулевых координатах Х и Y
  • Различные алгоритмы расчета координат ствола
  • Особый алгоритм расчета пересечения ствола и круга допуска для скважин с горизонтальным заканчиванием
  • Анализ пересечения стволов
  • Экспорт данных в формат БД Лукойл-ЗС
  • Экспорт полновесного протокола в Excel с векторной качественной графикой для всех стволов и врезок одновременно.

  • Электрические методы каротажа
  • Методы естественного поля
  • Методы искусственного поля
  • Каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС)
  • Каротаж сопротивлений (КС)
  • Боковой каротаж (БК)
  • БКЗ, МБК
  • Каротаж вызванной поляризации (ВП)

Потенциалы собственной поляризации пород обусловлены следующими физико-химическими процессами:

  • диффузией солей и пластовых вод в промывочную жидкость и наоборот, а также адсорбцией ионов на поверхности минеральных частиц ГП;
  • фильтрацией вод из промывочной жидкости в породы и пластовых вод в скважину;
  • окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и металлами.

Решаемые задачи:

  • литологическое расчленение разреза;
  • выделение нефтегазоносных и водоносных коллекторов;
  • определение минерализации пластовых вод.

В группу методов ПС входят :

  • обычный метод потенциалов СП;
  • метод градиента СП;
  • метод селектированных зондов СП;
  • метод квазистатических потенциалов СП;
  • метод специальных зондов СП.

Обычный метод потенциалов СП

  • M
  • N
  • РП
  • РП – регистрирующий прибор
  • N – заземляемый электрод
  • М – приемный электрод

Метод градиента СП

  • M
  • N
  • РП
  • Схема скважинного снаряда для ПС

Метод селектированных зондов СП

  • В этом методе искусственно создаются условия, уменьшающие влияние ограниченной мощности пласта и сопротивления вмещающих пород на величину напряжения. Этот метод позволяет выделить в разрезах скважин проницаемые и глинистые пласты, залегающие среди пород высокого электросопротивления (карбонатов).
  • При обработке данных обычного метода СП и метода градиента потенциала СП, полученных против пластов ограниченной мощности высокого удельного сопротивления, с помощью палеток вносят соответствующие поправки за влияние мощности и удельного сопротивления пласта, удельного сопротивления вмещающих пород и зоны проникновении, диаметров скважины. Исправленные значения разности потенциалов СП называют квазистатическими.
  • Метод квазистатических потенциалов СП
  • Метод специальных зондов СП
  • В тех случаях, когда по тем или иным причинам невозможно записать кривую СП обычным способом из-за сильных блуждающих промышленных или теллурических токов, применяют специальные зонды (стабильный зонд, трехэлектродный зонд Дахнова – Дьяконова, экранный зонд).
  • Способ с контрольным замером потенциалов СП.

Кривая ПС. Линия глин.

  • Линия глин

Каротаж потенциалов вызванной поляризации

  • В основе явления ВП лежат сложные физические и электрохимические процессы. Электрохимические процессы характерны для пород с электронной и ионной проводимостями.
  • У пород с электронной проводимостью (сульфиды, окислы, графит, антрацит) вызванная поляризация возникает главным образом вследствие окислительно-восстановительных процессов между проводящими ток минералами и соприкасающимися с ними растворами солей.
  • У пород с ионной проводимостью — в результате как деформации ДЭС, так и в результате диффузии ионов ДЭС из участков с повышенной их концентрацией в зоны пониженной концентрации из-за чередования широких и узких капилляров.

Решаемые задачи

  • Высокие значения поляризуемостей рудных электронопроводящих минералов (сульфиды железа, меди, никеля), а также магнетита и графита определяют основную область применения метода ВП.
  • Даже редкая вкрапленность таких минералов, занимающая несколько процентов объема породы, обусловливает высокие значения поляризуемости породы ηК (10-20 %).
  • Против глин, а также чистых очень пористых или сильно кавернозных известняков и доломитов показания ВП характеризуются наименьшими значениями. Значение ВП против названных разностей пород принимают за условный нуль и относят к ним все замеренные значения вызванных потенциалов.
  • Он может быть использован для литологического расчленения пород (преимущественно песчано-глинистых), выделения водоупоров и хорошо промытых разностей песков.

Каротаж сопротивлений

  • Каротаж Сопротивления (Кс) — основной метод электрического каротажа скважин, в основе которого лежит различное удельное электрическое сопротивление г. п. и полезных ископаемых. Измерения кажущегося удельного сопротивления (рk) производятся при помощи зонда, опускаемого в скважину на каротажном кабеле . Зонд состоит из двух сближенных и одного удаленного электрода; четвертый электрод заземляется на поверхности. Через два питающих электрода пропускается электрический ток, с помощью двух др. приемных электродов измеряется разность потенциалов ∆U.
  • При поддержании постоянной силы тока I и постоянном коэф. зонда К, зависящего от его размера и типа, регистрируемое ∆U пропорционально кажущемуся удельному сопротивлению pk.

Зонды, применяемы в КС

  • В зависимости от удельного сопротивления пластов, их мощности и диаметра скважин применяются зонды разл. размеров (от 0,3 до 4 м реже более) и типов:
  • 1) потенциал-зонды (сближены электроды разного назиачения — питающий и приемный); рk пропорционально потенциалу электрического поля; используются гл. обр. при каротаже хорошо проводящих полезных ископаемых;
  • 2) градиент-зонды (сближены электроды одинакового назначения); рк пропорционально градиенту потенциала электрического поля; применяются для выделения пластов полезных ископаемых с высоким сопротивлением.

Наиболее распространенные зонды КС

Скважинный зонд КПС-43/48 предназначен для исследования неглубоких скважин методами КС и ПС.

  • Скважинный зонд КПС-43/48 предназначен для исследования неглубоких скважин методами КС и ПС.
  • Находится в распоряжении кафедры ГФХМР на базе малоглубинной каротажной станции.

Решаемые задачи

  • - расчленение разреза на пласты с различными электрическими свойствами,
  • - определение удельного электрического сопротивления горных пород,
  • - изучение распределения удельного сопротивления в промытой зоне, зоне проникновения и в не затронутой проникновением фильтрата части пласта,
  • - количественно оценивать коллекторские свойства пласта и т. д.

Боковое каротажное зондирование

  • Боковое каротажное зондирование (БКЗ) (lateral logging souding) - каротаж сопротивления, предусматривающий использование приборов однотипных зондов разной длины (в том числе стандартного зонда КС).
  • При очень малом размере (длине) зонда L, по отношению к диаметру скважины D, измеренное рк близко по значению к удельному сопротивлению бурового раствора ро, с увеличением L возрастает радиус проникновения тока и усиливается влияние удельного сопротивления пластов г. п. (полезных ископаемых), рп возрастает на величину рк. При L > D наблюдается асимптотическое приближение pк к рп. По диаграммам БКЗ (серии диаграмм КС) строятся практические кривые БКЗ для каждого пласта в виде зависимости рк от L, в двойном логарифмическом масштабе. Последнее позволяет их легко сопоставлять с теоретическими кривыми —палетками БКЗ, МКЗ и ПКМ, рассчитанными для разл. геол. условий. Наблюдаются двухслойные кривые БКЗ — при отсутствии проникновения в пласт бурового раствора и трехслойные — при его проникновении. В результате интерпретации БКЗ определяется удельное сопротивление пласта; зоны проникновения бурового раствора и ее диаметр. БКЗ проводится преимущественно в скважинах, бурящихся с целью поисков и разведки нефти и газа в пределах нефте- и газоперспективных горизонтов разреза. Величина является одним из критериев при выделении нефте- и газоносных пластов; наличие зоны проникновения бурового раствора свидетельствует об их повышенных коллекторских свойствах.

Боковое каротажное зондирование

  • Распределение токовых линий для трехэлектродного и девятиэлектродного зонда БКЗ

Боковое каротажное зондирование

  • Схема семиэлектродного и девятиэлектродного зонда БКЗ
  • Схема трехэлектродного зонда:
  • а – схема с автокомпенсатором, б – схема с резистором.

Боковое каротажное зондирование

Индукционный каротаж

  • ИК изучает удельную электропроводность горных пород. Метод основан на измерении напряженности переменного магнитного поля вихревых токов, возбужденных в породах источником переменного магнитного поля.
  • Особенности:
  • - не требует контакта с окружающей средой;
  • - не используются электроды;
  • - токовые линии – кольцевые окружности с центром на оси скважины.

Индукционный каротаж

  • Схема зонда ИК:
  • 1 – генератор;
  • 2 – генераторная катушка;
  • 3 – усилитель;
  • 4 – измерительная катушка;
  • 5 – кольцевая зона пласта;
  • 6 – токовая линия;
  • 7 – преобразователь.

Индукционный каротаж

  • Кривые кажущейся проводимости зонда ИК:
  • а – пласт высокого сопротивления; б – пласт низкого сопротивления. О – точка записи, Г – генераторная катушка, И – измерительная катушка

ВИКИЗ

  • ВИКИЗ – Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование представляет собой измерение параметров магнитного поля трехкатушечными зондами, обладающими геометрическим и электродинамическим подобием. Каждый зонд состоит из одной генераторной и двух приемных катушек. За одну спускоподъемную операцию регистрируются показания пяти разноглубинных зондов индукционного каротажа и потенциала самопроизвольной поляризации (СП) пород.
  • При пропускании через генераторную катушку переменного тока с частотой 20-50 кГц (в зависимости от типа аппаратуры). Генераторная катушка питается током, постоянным по амплитуде, частотой 20-50 кГц. Переменный ток, протекающий по генераторной катушке, создает переменное магнитное поле (прямое или первичное), индуцирующее вихревые токи в окружающей зонд среде, которые тем больше, чем больше проводимость г.п. При малых расстояниях и проводимости вихревые токи сдвинуты по фазе относительно тока в генераторной катушке на угол π/2, в противном случае фаза отличается от π/2. Вихревые токи в породах, в свою очередь, создают вторичное магнитное поле. Прямое и вторичное поля индуцируют ЭДС в измерительной катушке. ЭДС, индуцированная прямым полем, компенсируется путем введения равной и противоположной по фазе ЭДС с помощью дополнительных катушек. Остающаяся в измерительной цепи ЭДС усиливается и подается на фазочувствительный элемент.

Фазочувствительный элемент регулируется так, чтобы сигнал на выходе прибора был прямо пропорционален электропроводно­сти среды. Однако при большой проводимости выходной сигнал увеличивается медленнее, чем электропроводность среды, что связано со взаимодействием вихревых токов и обычно называется скин-эффектом.

  • Фазочувствительный элемент регулируется так, чтобы сигнал на выходе прибора был прямо пропорционален электропроводно­сти среды. Однако при большой проводимости выходной сигнал увеличивается медленнее, чем электропроводность среды, что связано со взаимодействием вихревых токов и обычно называется скин-эффектом.
  • Глубина исследования достигается за счет увеличения длины зонда и уменьшения частоты электромагнитного поля.
  • Зонды отличаются радиальной глубинностью исследования. Это позволяет по данным ВИКИЗ обнаруживать радиальный градиент сопротивления и выделять по этому признаку пласты, в которые происходит проникновение промывочной жидкости (коллекторы), определять удельное электрическое сопротивление частей пластов, незатронутых проникновением, зон проникновения и окаймлящих их зон с одновременной оценкой глубины измененной части пласта. По данным об удельном электрическом сопротивлении (УЭС) пластов также определяют характер насыщения пород и положение флюидальных контактов и протяженности переходных зон.

Зонд ВИКИЗ

  • Аппаратура состоит из 5 трехкатушечных (1 генераторная и 2 измерительные)зондов разной длины.
  • Изопараметричность – сохранение одинаковых показаний всех зондов в одной и той же однородной среде с постоянным значением электропроводности.

ВИКИЗ

  • Благоприятные условия:
  • - пресная ПЖ;
  • - УЭС пластов не более 100 Омм.
  • Неблагоприятные условия:
  • - высокоомные породы;
  • - низкоомный буровой раствор (< 0,01 Омм).

Кривые ВИКИЗ

Диэлектрический каротаж (ДК)

  • Предназначен для изучения диэлектрической проницаемости горных пород в разрезе скважин. Измеряются характеристики высокочастотного магнитного поля, вызванного зондом ДК.
  • Решаемые задачи:
  • детальное расчленение разреза;
  • выявление мест прорыва пресной воды;
  • исследование водоносных пресных пластов;
  • определение диэлектрической проницаемости пород;
  • изучение обводненности залежи;
  • контроль положения ВНК.
  • Недостатки:
  • Малый радиус исследования – 0,4-0,6 м.

Зонды ДК

  • Зонд ДК представляет собой трехкатушечный зонд (аналогичен зонду ВИКИЗ), в котором находятся одна генераторная катушка и две сближенные приемные катушки.(ДК1-713 – 1985 г.)
  • Длина зонда L обычно составляет 0,8-1,0 м.
  • База зонда «дельта L» = 0,2-0,3 м.
  • Рабочая частота 40-60 МГц.

Благоприятные условия для применения ДК:

  • Открытый ствол;
  • Скважина обсажена стеклопластиковыми трубами;
  • Пресный буровой раствор;
  • РНО.

Микрокаротаж

  • Предназначен для измерения удельного сопротивления части пласта, прилегающего к стенке скважины.
  • Различают:
  • Микрозондирование (МЗК);
  • боковой микрокаротаж (МБК);
  • Резистивиметрия (Rez).

Микрозонд представляет собой установку небольшого размера. Она состоит из башмака, выполненного из изоляционного материала (например, резины). На внешней стороне башмака расположены три точечных электрода — N, М и А, расстояние между которыми обычно выбирают равным 2,5 см. Внешняя сторона башмака специальной пружиной (рессорой), соединенной с металлическим корпусом прибора, прижимается к стенке скважины, обеспечивая экранирование зонда от бурового раствора и снижение влияния скважины на результаты измерений.

  • Микрозонд представляет собой установку небольшого размера. Она состоит из башмака, выполненного из изоляционного материала (например, резины). На внешней стороне башмака расположены три точечных электрода — N, М и А, расстояние между которыми обычно выбирают равным 2,5 см. Внешняя сторона башмака специальной пружиной (рессорой), соединенной с металлическим корпусом прибора, прижимается к стенке скважины, обеспечивая экранирование зонда от бурового раствора и снижение влияния скважины на результаты измерений.

Зонд микрокаротажа

  • Схемы микрозондов и распространение у них токовых линий в промытой зоне: а — обычный зонд, сочетающий потенциал- (MII3) и градиент- (МГЗ) зонды; б — боковой двухэлектродный зонд (МБК); / — вид спереди; II вид сбоку; 1 — электроды; 2 — изоляционный башмак; 3 — глинистая корка; 4 — порода

Резистивиметрия

  • В наиболее простом случае резистивиметр представляет собой центрированный (не прижатый к стенке скважины) микроградиент-зонд с кольцевыми электродами А, М и N, образующими градиент-микрозонд малой длины.
  • Значения ρс ­используются для интерпретации данных электрического каротажа, других методов ГИС.
  • При контроле технического состояния скважины резистивиметрия позволяет выделить интервалы притока пластового флюида или поглощения бурового раствора путем пони­жения или повышения давления на пласт.

Решаемые задачи:

  • Детальное расчленение разреза;
  • определение остаточной нефтегазонасыщенности в промытой зоне;
  • Оценка наклона пласта.
  • Скважинный прибор – пластовый наклономер - содержит обычно несколько расположенных по окружности прижимных устройств, на каждом из которых размещают зонд БМК или ИК небольшой длины. По вертикальному сдвигу диаграмм зондов находят наклон пласта, а по показаниям встроенного, также в скважинный прибор, инклинометра - азимут угла падения пласта.

Ядерно-магнитный каротаж

  • основан на измерении ядерной намагниченности горных пород в разрезе скважины. Благодаря наличию механического и магнитного моментов, ядра атомов многих элементов подобно намагниченному волчку ориентированы и вращаются (прецессируют) вокруг направления магнитного поля Земли.

Принцип ЯМК заключается в следующем:

  • Принцип ЯМК заключается в следующем:
  • на породы воздействуют постоянным магнитным полем, под его влиянием магнитные моменты ядер элементов пород меняют свою ориентацию;
  • после снятия поляризующего поля ядерные магнитные моменты, возвращаясь к исходной ориентации, свободно прецессируют, создавая своё, затухающее во времени электромагнитное поле, напряженность которого измеряется. Индуцированная полем в катушке зонда эдс является сигналом свободной прецессии.

Амплитуда сигнала зависит только от количества ядер водорода, находящихся в составе подвижной жидкости, заключенной в порах породы.

  • Амплитуда сигнала зависит только от количества ядер водорода, находящихся в составе подвижной жидкости, заключенной в порах породы.
  • Сигнал свободной прецессии от ядер других элементов, входящих в состав твердой фазы породы и вязкого вещества ее пор, а также от ядер водорода кристаллизационной и связанной воды скважинной аппаратурой не регистрируется.
  • Для характеристики амплитуды сигнала свободной прецессии в ЯМК используется индекс свободного флюида (ИСФ) — отношение начальных амплитуд сигналов, наблюдаемых при ЯМК и в дистиллированной воде.

Решаемые задачи:

  • определения эффективной пористости пород (ИСФ ~ Кп. ), 
  • выделения коллекторов (неколлекторы на диаграммах не выделяются и ИСФ = 0), 
  • выяснения характера насыщения пластов,
  • определения эффективной мощности продуктивных коллекторов.

Ядерно-магнитные свойства флюидов и насыщенных ими горных пород при 20С

  • Порода, флюиды
  • ИСФ, %
  • Т2, мс
  • Т1, мс
  • Сильное поле (300 Гс)
  • Слабое поле (0,5 Гс)
  • Вода дистиллированная,
  • содержащая растворённый воздух
  • 100
  • 500-1500
  • 2300
  • 2300
  • Вода, содержащая в 1 л: 200 г NaCl
  • 0,4 г CuSO4
  • 92
  • 100
  • 500-1500
  • 50-100
  • 1700
  • 180
  • 1650
  • 180
  • Нефть
  • 5-100
  • 250-1200
  • 250-1200
  • 250-1200
  • Конденсат
  • 100
  • 500-1500
  • до 3500
  • До 3500
  • Песчаник водонасыщенный
  • Песчаник нефтенасыщенный
  • 0-40
  • 0-40
  • 30-100
  • 30-200
  • 100-1500
  • 250-1200
  • 150-1500
  • 250-1200
  • Известняк водонасыщенный
  • Известняк нефтенасыщенный
  • 0-40
  • 0-40
  • 30-200
  • 30-200
  • до 2000
  • 250-1200
  • до 2000
  • 250-1200
  • Глина
  • 0
  • 20
  • -
  • -

Зонд ЯМК состоит из катушки и коммутатора, попеременно подключающего ее к источнику постоянного тока силой 2-3 А.

  • Зонд ЯМК состоит из катушки и коммутатора, попеременно подключающего ее к источнику постоянного тока силой 2-3 А.
  • Ось катушки перпендикулярна оси скважины. При подключении катушка создает в окружающем пространстве поляризующее постоянное магнитное поле в направлении, перпендикулярном оси скважины, т. е. в случае вертикальной скважины практически перпендикулярном вектору магнитного поля Земли (T).
  • В этой связи метод ЯМК затруднительно применять в наклонных и горизонтальных скважинах.
  • Величина поляризующего поля примерно в 100 раз больше поля Земли. Ток пропускают, пока не закончится продольная релаксация (не более 2-3 с).
  • После выключения поляризующего поля, спустя мертвое время (tM = 25-30 мс ), в катушке регистрируют наведенную ЭДС.

РТ – реле остаточного тока;

  • РТ – реле остаточного тока;
  • К – коммутатор;
  • СУ – скважинный усилитель;
  • У – усилитель;
  • ИУ – измерительное устройство;
  • П – источник тока поляризации;
  • БУ – блок управления;
  • Д – детектор;
  • РП – регистрирующий прибор;
  • ВУ – вычислительное устройство.

Кривые ЯМК

  • Пример реализации ядерно-магнитного метода в сильном магнитном поле

Радиоактивный каротаж

  • Гамма-каротаж
  • ГГК – изучение искусственного гамма-излучения
  • ГК – изучение естественного гамма-излучения
  • ГК-И Интегральный гамма-каротаж
  • ГГК-С (селективный)
  • - изучение эффективного атомного номера Zэфф
  • ГК-С Спектрометрический гамма-каротаж
  • ГГК-П (плотностной)
  • - изучение плотности

Радиоактивность

  • Среди других радиометрических методов исследования скважин наиболее распространенным является метод естественной радиоактивности горных пород или, как его чаще называют, гамма – метод. В его основе лежит изучение закономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород, обусловленной присутствием главным образом урана и тория с продуктами распада, а также радиоактивного изотопа калия К40. остальные радиоактивные элементы (Rb87, Zr96, La138, Sm147 и т.д.) имеют столь большие периоды полураспада, что при существующей распространенности в земной коре заметного вклада в суммарную радиоактивность внести не могут.
  • Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочных горных пород, колеблется в весьма широких пределах – от сотых долей до нескольких тысяч пг-экв Ra/г. Все эти минералы по радиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.
  • Соотношение вклада радиоактивных элементов в общую гамма-активность пород различно. Основной вклад вгамма-активность известняков и особенно доломитов даютRa (соответственно 64% и 75%),вклад Ra, Th, K в радиоактивность песчаников примерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%).В связи с этим спектр естественного гамма-излучения терригенных и карбонатных пород различен.

Аппаратура

Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма – каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув индикатора. Увеличение dс из-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний гамма – каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на величину регистрируемого g-излучения, уменьшая ее. Для определения g-активности пласта при количественной интерпретации данные гамма – каротажа приводят к стандартным условиям.

  • Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма – каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув индикатора. Увеличение dс из-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний гамма – каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на величину регистрируемого g-излучения, уменьшая ее. Для определения g-активности пласта при количественной интерпретации данные гамма – каротажа приводят к стандартным условиям.
  • Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора g-излучения, расположенного в глубинном приборе. Регистрация осуществляется в процессе взаимодействия гамма – излучения с атомами и молекулами вещества, наполняющего индикатор. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.

Гамма- каротаж спектрометрический

  • Определяет суммарную естесстенную радиоактивность пород и оценивают содержание в породе U, Th, K.
  • Аппаратура имеет три окна регистрации энергии квантов радиоактивных изотопов.
  • Строят кривые процентного содержания радиоактивных элементов.

Решаемые задачи

  • Литологическое расчленение разреза;
  • Детальная корреляция;
  • Оценка минералогической и гранулометрической глинистости;
  • Определение мин.состава глин;
  • Определение пористости коллекторов в комплексе с ГГК, ННК, АК.
  • Выделение зон трещиноватости.

Гамма-гамма каротаж

  • Метод заключается в облучении породы гамма-квантами с последующей регистрацией гамма-квантов, достигших детектора.
  • Существует 2 модификации:
  • Плотностной;
  • Селективный.

Аппаратура

  • Конструкция зонда ГГК:
  • а – с прижимным устройством;
  • б – с выносным зондом
  • Зонд состоит из стационарного источника гамма-квантов и двух детекторов. Соответственно в аппаратуре реализована двухзондовая установка малой длины (15-25 см) и большой длины (35-45 см).
  • Точка записи – середина расстояния между детекторами.

Методика проведения

  • Наземный пульт регистрирует излучение интенсивность излучения от малого и большого зондов. С целью обеспечения безопасности персонала источник гамма-квантов выносится из защитного экрана аппаратуры на глубине.
  • Для регистрации используются коллимационные каналы, заполненные заглушками из полиэтилена, препятствующие попадания ПЖ в прибор и позволяющие легко регистрировать гамма-кванты. Между излучателем и детектором располагается экран, выполненный из свинца, а между детекторами – из вольфрама.

Достоинства и недостатки

  • ГГК-П
  • - Малая глубина исследования (10-15 см);
  • - Сильное влияние ПЖ, глинистой корки и обсадки скважины.

Селективный ГГК

  • Аппаратура идентична.
  • Оценивает атомный номер химического элемента.
  • Основан на регистрации гамма-квантов «фотоэффекта».
  • Источники: Se (175), Tm (170) – мягкое излучение.

Решаемые задачи

  • ГГК-П
  • Определение плотности горных пород;
  • Литологическое расчленение геологического разреза;
  • Определение коэффициента пористости.
  • ГГК-С
  • Определение содержание свинца, ртути, сурьмы, железа;
  • Определение зольности углей.

ЦИФРОВАЯ АППАРАТУРА ЛИТОПЛОТНОСТНОГО КАРОТАЖА ЛПК-Ц

  • Технические характеристики
  • Диапазоны измерения:
  • плотности горных пород, г/см3
  • 1,5-3
  • эффективного атомного номера, ед
  • 10-20
  • Погрешность измерения:
  • плотности, %
  • ±2
  • эффективного атомного номера, ед
  • ±0,25
  • Количество уровней квантования спектрометра
  • 128
  • Максимальная рабочая температура, °C
  • 120
  • Максимальное рабочее давление, МПа
  • 80
  • Габаритные размеры скважинного прибора, мм
  • диаметр
  • 48, 90
  • длина
  • 1500, 2500
  • Вес скважинного прибора, кг
  • 70

  • - одновременное определение плотности ρ и эффективного атомного номера Zэфф.;
  • - повышенная точность определения ρ и Zэфф. за счет анализа полного спектра рассеянного гамма-излучения при определении Zэфф

Нейтронный каротаж

  • Метод, основанный на измерении интенсивности вторичного излучения надтепловых и тепловых нейтронов или гамма-квантов, облученных стационарным потоком быстрых нейтронов.

Методика проведения

  • В зависимости от регистрируемого излучения различают: нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам – ННК-НТ; нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК-Т; нейтронный гамма-каротаж – НГК.
  • Первые два вида исследований выполняют, как правило, с помощью компенсированных измерительных зондов, содержащих два детектора нейтронов.
  • НГК – однозондовыми или двухзондовыми приборами, содержащими источник нейтронов и один или два детектора гамма-излучения.

Аппаратура ННК

Аппаратура НГК

Физические основы

  • Источник испускает быстрые нейтроны с энергией более 100 КэВ, обычно 3,0-3,5 МэВ.
  • Нейтроны с энегрией 0,5 эВ – тепловые, с энегрией 0,3-10 эВ – надтепловые.
  • Процесс замедления – приобретение нейтроном тепловой энергии с момента вылета из источника.
  • Водород – аномальный источник замедления.
  • Тепловые нейтроны участвуют в тепловом движении атомов и молекул, не теряя энергии (диффузия). Нейтроны поглощаются ядром. Процесс поглощения связан с испусканием гамма-квантов (ГИРЗ). Наибольшая вероятность ГИРЗ – хлор.

Ядерно-физические свойства

  • При взаимодействии нейтронов с природными объектами разделяют два основных процесса: 1) замедление быстрых нейтронов; 2) диффузия тепловых нейтронов. Эти процессы разделяются во времени.
  • Диаграмма процессов замедления быстрых нейтронов и диффузии тепловых нейтронов

Влияние длины зонда на показания НК

  • Доинверсионные зонды: показания ННК-НТ растут;
  • Заинверсионный зонды: показания ННК-НТ уменьшаются.
  • На практике применяют заинверсионные зонды, длиной 40 см (более чувствительны к содержанию водорода, больший радиус исследования).
  • ННК-Т применяют заинверсионные зонды длиной 40-50 см.
  • Аномальные поглотители: хлор, бор, кадмий, литий, марганец.а показания влияют: минерализация ПЖ уменьшает значения.

НГК

  • Показания прибора зависят от количества гамма-квантов, образовавшихся в результате захвате нейтронов атомами и достигающих детектора.
  • Колво пропорционально числу поглощенных нейтронов и числу гамма-квантов, возникших при захвате одного теплового нейтрона.
  • Показания определяются содержанием водорода в породе.
  • Используются заинверсионные зонды длиной 50-70 см.
  • С увеличением в породе элементов, аномаольно поглощающих тепловые нейтроны показания НГК растут. Содержание хлора в породе приведет к росту показаний НГК.

ЦИФРОВОЙ ПРИБОР СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО НЕЙТРОННОГО ГАММА-КАРОТАЖА ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ СНГК-Ш-2

  • Диапазоны измеряемых энергий, МэВ:
  • спектр ГК 0,06-3,0
  • спектр СНГК-Ш 0,03-9,0
  • Энергетическое разрешение, % не более 12
  • Нестабильность энергетической шкалы, % не более 1
  • Мертвое время спектрометрического тракта, мкс 4
  • Максимальная длина кабеля, м 5000
  • Максимально допустимое давление, МПа 40; 100*
  • Диапазон рабочих температур, °C от -5 до +120
  • Габаритные размеры, мм:
  • диаметр 90
  • длина 2950
  • Масса прибора, кг 55; 85*
  • * в зависимости от материала кожуха

Решаемые задачи:

  • ННК, НГК:
  • Оценка водородосодержания;
  • Определение пористости коллекторв;
  • Мониторинг ВНК и ГЖК при высокой минерализации пластовых вод.
  • СНГК:
  • Выделение и оценка содержания железа, никеля, хрома, титана, хлора, марганца, меди, серы, ртути.

Импульсный нейтронный каротаж.

  • Породу облучают нестационарным потоком быстрых нейтронов с помощью импульсных излучателей.
  • Различают интегральную и спектрометрическую аппаратуру.
  • Интегральной аппаратурой регистируют процесс спада плотности тепловых нейтронов (ИННК) или ГИРЗ (ИНГК).
  • Спектрометрической аппаратурой регистрируют спектры ГИНР т ГИРЗ (СИНГК).

ИННК и ИНГК

  • Источник прибора испускает быстрые нейтроны в течении коротких интервалов времени (100-100 мкс) с частотой (10-1 000 Гц), то есть через каждые 1 000-100 000 мкс.
  • Длина зонда – 30-40 см. Точка записи – середина между детектором и источником.

СИНГК

  • Используется высокочастотный источник быстрых нейтронов (>109 нейтронов/сек) с частотой запуска импульсов 10-20 кГц, то есть через каждые 50-100 мкс.
  • Модификация СИНГК – С/О каротаж.

Решаемые задачи:

  • ИННК, ИНГК:
  • Оценка водородосодержания;
  • Определение пористости коллекторов;
  • Более точное определение количества водорода в породах по сравнению с НГК.
  • СИНГК:
  • Определение содержания углерода, кислорода, водорода, кремния, кальция, железа, хлора;
  • Оценка пористости, литологического состава и нефтегазонасыщенности пород.

  • Определение характера насыщения и состава углеводородов в коллекторе по комплексу методов СНГК-Cl, 2 ННКт и С/О каротажа

Акустический каротаж (АК)

  • Акустический каротаж (АК) основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона в горных породах. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине.

Аппаратура

  • Установка акустического каротажа (трехэлементный зонд)
  • И – излучатель, П1 и П2 – приемники, ∆ L – длина базы зонда

Общий вид диаграммы скорости (а) и амплитуды (б) при акустическом каротаже: 1 - породы средней пористости, сухие; 2 - породы средней пористости, влажные; 3 - породы высокой пористости; 4 - породы низкой пористости, плотные

  • Общий вид диаграммы скорости (а) и амплитуды (б) при акустическом каротаже: 1 - породы средней пористости, сухие; 2 - породы средней пористости, влажные; 3 - породы высокой пористости; 4 - породы низкой пористости, плотные

Решаемые задачи

  • Оценка пористости и типа порового пространства;
  • Оценка характера насыщения (Vн=1300 м/с, Vг=490 м/с);
  • Оценка прочностных свойств пород;
  • Уточнение данных наземной сейсморазведки;
  • Изучение техсостояния скважины.

ВСП

  • Вертикальное сейсмическое профилирование позволяет изучать геологическое строение и физические свойства околоскважинного пространства с использованием волн различных типов - продольных, поперечных, обменных, на основе анализа характеристик этих волн, скоростей их распространения, затухания, пространственной поляризации, характера анизотропии горных пород.

Аппаратура и методика

Получаемые данные

Область применения:

    • Изучение скоростной характеристики разреза;
    • Стратиграфическая привязка волнового поля отраженных волн к опорным горизонтам и продуктивным пластам во вскрытом геологическом разрезе;
    • Выявление разрывных нарушений (в том числе малоамплитудных) и латеральных изменений литолого-фациальных свойств пластов;
    • Уточнение структурных характеристик целевых интервалов разреза в околоскважинном пространстве.
    • Прогнозирование геологического строения ниже забоя скважины;
    • Прогнозирование зон аномально высоких пластовых давлений.

Достоинства

  • практически полностью устранено влияние на сейсмограмму поверхностных волн, так как сейсмоприемники обычно расположены ниже области их регистрации;
  • первые вступления на сейсмограмме дают первое приближение истинной кинематической модели среды;
  • сигнал от возбуждения наблюдается в среде, а не на поверхности, что позволяет оценить и учесть его форму;
  • возможность точной увязки данных ГИС с данными наземной сейсморазведки.

Спасибо за внимание