Геофизические методы исследования скважин и скважинная аппаратура

 

Диаметр прибора - 90 мм;

Длина прибора без каверномера - 25,79 м;

Длина прибора с каверномером - 28,00 м;

Масса электронного блока - 80 кг;

Масса электромеханического блока - 50 кг;

Общая масса (с зондом БКЗ) - 210 кг.

 

3. Боковое каротажное зондирование (БКЗ).

 

 Физические основы метода.

 

БКЗ, как один из методов кажущегося сопротивления (КС), основан на изучении искусственного электрического поля в горных породах. Кажущееся сопротивление пород определяется по измеренной разности потенциалов между приемными электродами зондовой установки (электродами M и N), созданной источником тока (электрод А).

Метод бокового каротажного зондирования состоит в измерении кажущегося сопротивления пластов по разрезу скважины набором однотипных зондов разной длины. Зонды разного размера, имея неодинаковый радиус исследования, фиксируют величину кажущегося сопротивления, обусловленную различными объемами проводящих сред. Показания малого зонда определяются главным образом удельным сопротивлением ближайшего к нему участка среды, т.е. скважинного и примыкающего к ней частью пласта. На кажущееся сопротивление, замеренное большим зондом, основное влияние оказывает удельное сопротивление удаленных от зонда участков среды. Кажущееся удельное сопротивление пласта, измеренное обычным зондом, отличается от истинного значения тем, что на его величину также оказывают влияние скважина (ее диаметр и удельное сопротивление промывочной жидкости), зона проникновения фильтрата промывочной жидкости (ее диаметр и удельное сопротивление), вмещающие пласт среды (удельные сопротивления покрывающих и подстилающих пород); кроме того, оно зависит от отношения длины зонда к мощности пласта и типа зонда. При интерпретации данных БКЗ исключается влияние перечисленных факторов и определяется истинное сопротивление пласта. Обрабатывают материалы БКЗ путем сопоставления их с расчетными данными. На основании теоретических формул построены палетки БКЗ для определения истинного удельного сопротивления пластов при отсутствии проникновения фильтрата промывочной жидкости (двухслойные палетки) и при его наличии (трехслойные палетки).

В качестве зондов БКЗ обычно используют набор последовательных градиент-зондов, т.е. непарный токовый электрод А расположен выше парных приемных электродов M и N, причем АМ >>MN.

Для интерпретации данных БКЗ необходимо знать сопротивление промывочной жидкости и диаметр скважины.

Для получения сопоставимых данных все измерения в скважинах одного и того же района проводят одинаковыми зондами, называемыми для данного района стандартными.

 Оценка качества.

Некачественный материал БКЗ выявляется по следующим признакам:

- отсутствие повторяемости кривых в сравнении с контрольной записью (допуск 10%);

- незакономерные колебания и скачки регистрируемого параметра;

- отличие значений нуль- и стандарт-сигнала после каротажа от значений, записанных перед каротажем более чем на 2%;

- отличие от нуля показаний при нахождении зонда в колонне;

- нулевые показания зондов в открытом стволе;

- отличие значений от обычно наблюдаемых против пластов с выдерживающимися по району свойствами. Например, значения КС против Кошайских глин, расположенных примерно на глубине 1700 - 1800 м(по вертикали) и выделяемых по каверне и низким значениям КС, составляют ~2.5 Ом*м. (см.рис. 7).

Рис.7. Пример записи диаграммы БКЗ

 

Качество зондов также можно оценить по записи перед входом в кондуктор. Показания зондов здесь также низкие (~3.0 Ом*м) и равны друг другу (см.рис.8).

 

 

Рис.8 Пример записи диаграммы БКЗ

 

Качество материалов БКЗ удобно оценивать, сравнивая зарегистрированные показания зондов против плотных (не размытых) глин с расчетными данными. Для этого используют палетку БКЗ-1, на которую наносят фактические данные (см. рис.8).

Рис.9  Палетка БКЗ

 

Допустимые отклонения показаний зондов от расчетных: 10% - для зонда A0.4M0.1N, 20% для остальных зондов.

 

Для проведения БКЗ используются следующие скважинные приборы:

- ЭК-1 (см. БК);

- АБКТ;

- К3;

- Э-1.

 

4. Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС).

 

Физические основы метода.

 

Метод потенциалов самопроизвольной поляризации основан на изучении естественного стационарного электрического поля в скважинах, образование которого связано с физико-химическими процессами, протекающими на поверхностях раздела скважина - порода и между пластами различной литологии. В используемой аппаратуре реализован следующий метод измерения потенциалов самопроизвольной поляризации. Имеются два измерительных электрода - M и N. Электрод M помещается в скважину и перемещается вдоль ее оси, электрод N располагается неподвижно на поверхности вблизи устья скважины. Регистрируется разность потенциалов, возникающая между электродами. В аппаратуре ЭК-1 каротаж ПС осуществляется путем измерения по гальванической цепи потенциала токового электрода зондовой установки БКЗ относительно удаленного электрода на поверхности.

Иногда, особенно при наличии электрических помех, запись ПС ведется способом градиента потенциала. В этом случае оба приемных электрода M и N передвигаются по скважине, а расстояние между ними остается постоянным (1 - 2 м).

 

Рис. 10.

  А - Схема каротажа ПС. 1 - блок-баланс, 2 - регистратор, 3 - наземный электрод, 4 - лебедка с коллектором,

Б - диаграмма естественных потенциалов  по стволу скважины: I (почва) и III (известняки) - пласты со слабой электрохимической активностью, II (суглинки) и V (глины) - пласты с положительными аномалиями ПС, IV - пласт с отрицательной аномалией ПС, характерной для проницаемых слоев

 

В результате работ получаются графики естественных потенциалов, измеряемые в милливольтах. По аномалиям  на диаграммах ПС выделяются пласты с  разной электрохимической активностью. Однозначная литологическая интерпретация диаграмм ПС затруднена, т.к. естественное электрическое поле зависит от многих факторов. Чаще всего против глинистых пород наблюдаются положительные аномалии потенциала ПС, а около пористых проницаемых пластов - отрицательные. Интенсивными аномалиями положительного и отрицательного знака выделяются сульфидные залежи, пласты антрацита, графита. Слабыми аномалиями (единицы милливольт) отличаются массивные, плотные, плохо проницаемые песчаники, известняки, вулканические породы.

Скважинные исследования методом ПС служат для расчленения  геологических разрезов и корреляции по соседним скважинам отдельных  пластов, выявления плохо проницаемых  сланцев, глин и хорошо проницаемых  песков, пористых известняков, выделения сульфидных, полиметаллических руд, угля, графита, оценки пористости и проницаемости пород.

Кривые ПС не имеют нулевой линии. На диаграммах кривых ПС могут быть нанесены условные “нулевые” линии - линия глин и линия песчаников. Линия глин проводится по максимальным значениям ПС против мощных однородных глинистых пластов. От уровня линии глин отсчитывается величина ПС.

Оценка качества.

Погрешность измерений ПС не должна превышать 5 % от регистрируемой амплитуды. Искажения кривой ПС из-за намагниченности лебедки, гальванокоррозии, блуждающих токов, перематывания кабеля не должны выходить за предел этой погрешности.

Сползание “линии глин” на кривой ПС, вызванное поляризацией электродов, не должно превышать 10 мВ на 100 м..

Для проведения ПС используются следующие скважинные приборы:

- ЭК-1 (см. БК).

5. Резистивиметрия.

 

Физические основы метода.

 

 Под резистивиметрией понимается определение сопротивления бурового раствора или воды в скважине. Работы проводят резистивиметром, который представляет собой зонд малых размеров, помещенный в трубку из изолятора. При перемещении зонда по скважине внутри трубки свободно проходит жидкость, заполняющая скважину, а влияние окружающих пород исключается стенками трубки. Регистрация проводится так же, как и в методе КС. Коэффициент резистивиметра определяется путем его эталонировки в жидкости с известным сопротивлением.

Данные о сопротивлении бурового раствора или воды в скважине используются для обработки каротажных диаграмм (особенно при БКЗ) и для выявления мест подтока подземных вод разной минерализации. Кроме того, резистивиметрия применяется для изучения скоростей фильтрации подземных вод.

 

Оценка качества.

 

Допустимая погрешность измерения сопротивления промывочной жидкости 20%, оценивается в сравнении с показаниями поверхностного резистивиметра, либо с теоретическими данными (по палетке БКЗ).

В нормальных условиях (при отсутствии “работающих” пластов) сопротивление промывочной жидкости плавно увеличивается с уменьшением глубины (с уменьшением температуры). Удельное сопротивление стандартного глинистого раствора с плотностью порядка 1.10 - 1.20 г/см³ на глубине 1700 м примерно равно 2.5 Ом*м, на глубине 2500 м - примерно 1.5 Ом*м.

Для проведения резистивиметрии используются следующие скважинные приборы:

- ЭК-1 (см. БК).

 

 

6. Индукционный каротаж (ИК).

 

Индукционный каротаж относится к основным исследованиям, проводится во всех поисковых и разведочных скважинах, в интервалах стандартного каротажа, по всему открытому стволу (перекрывая предыдущие замеры ИК по открытому стволу).

 

Физические основы метода.

 

Сущность метода заключается в следующем. При проведении индукционного каротажа (ИК) изучается удельная электрическая проводимость горных пород посредством индуцированных (наведенных) токов. Для этого в скважину опускается прибор (зонд) имеющий в своем составе генераторную (Г) и измерительную (И) катушки. Расстояние между генераторной и измерительной называется длиной зонда.

При пропускании через излучающую катушку переменного тока частотой, вырабатываемого генератором, вокруг катушки и в окружающей среде создается переменное магнитное поле. Это поле создает в свою очередь в окружающей среде переменные токи (рис.11).

 

Рис.11

 

При проведение измерений в генераторной катушке с помощью переменного  тока устанавливается переменное магнитное  поле.  Согласно закону Фарадея, в  это время в горной породе возникает  электромагнитные вихревые токи, которые  фиксируются измерительной катушкой зонда. Величина вихревых токов возникающих в горной породе зависит от величины её удельной электропроводности.

Чем выше электропроводность среды, тем больше величина ЭДС вихревых токов. В свою очередь, магнитное поле вихревых токов индуцирует в приемной катушке скважинного прибора ЭДС, представляющую собой векторную сумму активной составляющей, совпадающей по фазе с током питания генераторной катушки, и реактивной составляющей, сдвинутой на 90° относительно питающего тока. С ростом электропроводности среды ЭДС активного сигнала увеличивается медленнее и по более сложному закону. Нарушение пропорциональности между активным сигналом и электропроводностью среды связано со взаимодействием вихревых токов. Это явление называется скин-эффектом. Чем выше частота тока и электропроводность среды, тем значительнее взаимодействие вихревых токов и, следовательно, существеннее влияние скин-эффекта на показания индукционного метода.

Для снижения влияния скважины, зоны проникновения и вмещающих пород на результаты ИК используют фокусировку электромагнитного поля. Для этого применяют многокатушечные фокусирующие зонды, которые рассматриваются как совокупность двухкатушечных зондов, образованных всеми парами генераторных и измерительных катушек зонда. Основное преимущество метода ИК состоит в том, что при его выполнении нет необходимости прямом электрическом контакте между измерительным зондом и горной породой, следовательно, ИК эффективен при изучении скважин заполненных непроводящими буровыми растворами на нефтяной основе.

 

Оценка качества.

 

Допустимая погрешность измерений проводимости - 10% от измеряемой величины.

Различие измерения “нуля в воздухе” до и после каротажа - не более 3%.

Кажущиеся удельные сопротивления плотных глин, полученные по активной и реактивной составляющим индукционного каротажа не должны различаться более чем на 10%.

Кажущееся сопротивление плотных глин по данным индукционного каротажа должно быть примерно равно показаниям зонда А8,0M1,0N БКЗ.

Кажущееся сопротивление Кошайских глин ~2-2,5 Ом*м.

Проводимость Баженовских глин составляет примерно 10-20 мСм/м.

Для пересчета проводимости, полученной по данным индукционного каротажа в сопротивление необходимо пользоваться палетками (либо формулами пересчета) составленными для конкретной аппаратуры.

Методические приемы, повышающие геологическую эффективность ИК следующие:

• диаграммы ИК должны быть только высокого качества;
• в выявленных или уже известных перспективных интервалах запись ИК дублируется в масштабе 1:200 для сравнения этих данных с материалами ГИС, которые будут получены в дальнейшем при детальных исследованиях;
• масштаб регистрации основной кривой (1:1) применяется 10 мСм/см с соотношением вспомогательных  масштабов как 1:2:5, т.е. 20 мСм/см и 50 мСм/см соответственно. При записи диаграмм ИК обеспечивается линейный по электрической проводимости масштаб регистрации.