в основе какого геофизического метода лежит изучение отклонения силы тяжести
Геофизика
1.1. Основы теории гравиразведки
1.1.1. Нормальное гравитационное поле Земли
Согласно закону всемирного тяготения все тела притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массе и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Для точечных масс, т. е. для масс, сосредоточенных в бесконечно малом объеме, справедлив закон всемирного тяготения Ньютона :
Если силу притяжения отнести к единичной массе ( т 1 = 1), то точечная масса ( т 2 = m ) будет притягивать ее с силой, равной ускорению силы притяжения :
В случае притяжения единичной массы телом, состоящим из отдельных точек ( n ) с массой ( m i ), ускорение силы притяжения принимает вид
При непрерывном распределении притягиваемых масс сумма заменяется интегралом по всему занимаемому массами объему ( V ):
где М — масса Земли; r — средний радиус Земли, если притягиваемая точка А находится на ее поверхности (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Нормальное поле силы тяжести и составляющие силы тяжести:
В общем случае нормальное гравитационное поле ( γ 0 ) Земли в виде шара представляет собой равнодействующую ускорений притяжения ( g ′ ) и центробежной силы ( g ′′ ):
Если представить форму Земли в виде эллипсоида вращения малого сжатия ( α = 298,26), нормальное значение ускорения силы тяжести ( γ 0 ) можно выразить, например, по Элкинсу, формулой
γ 0 = g норм = g э (1 + 0,005302sin 2 φ – 0,000007sin 2 2 φ ), (1.9)
где g э — среднее значение поля на экваторе Земли; φ — широта наблюдения.
Это выражение позволяет рассчитать γ 0 на поверхности геоида, т. е. уровенной поверхности однородной Земли, совпадающей с невозмущенной поверхностью океана. С ростом количества точек наблюдений и повышением точности самих измерений g численные коэффициенты и их количество в формуле (1.9) будут меняться, поэтому существует несколько вариантов аналитического расчета значений нормального гравитационного поля как для всей поверхности Земли, так и для территорий отдельных государств, что необходимо учитывать при анализе гравитационных данных сопряженных или пограничных территорий.
1.1.2. Аномалии и редукции силы тяжести
Аномалией силы тяжести называют отклонение наблюденного значения ( g набл ) от нормального поля, теоретически рассчитанного для этой же точки, например, по формуле
где h — высота точки наблюдения над уровнем моря, выраженная в метрах.
Аномалией Фая ( Δ g Ф ) называют аномалию силы тяжести, полученную с учетом различия высот точек наблюдения:
Поправку за свободный воздух вводят в g набл со знаком плюс, если наблюдения проводят над уровнем моря, и со знаком минус, если наблюдения осуществляются ниже уровня моря. При погрешности относительных гравиметрических измерений ±0,01 мГал разница в высотах должна быть известна с погрешностью не более 4 см.
Аномалии Фая в основном используют в геодезической гравиметрии, а также при оценке геодинамического состояния земной коры и литосферы.
При наземных съемках на участках, приподнятых по отношению к уровню геоида, между поверхностью наблюдения и геоидом располагаются массы горных пород, которые при введении поправки за свободный воздух виртуально смещаются на величину h и «накладываются» на нижележащие массы, создавая как бы двойной плотностной эффект. Для исключения влияния масс, расположенных между поверхностью наблюдения и уровнем нормального поля, вводят поправку за промежуточный слой — поправку Буге ( Δ g Б ). Для выровненного спокойного рельефа поверхности наблюдения, когда массы промежуточного слоя можно представить в виде плоскопараллельного горизонтального слоя мощностью h (в м), эту поправку вычисляют по формуле (в мГал)
При расположении точки наблюдения выше уровня моря поправку Δ g Б вводят в наблюденные значения силы тяжести со знаком минус.
Поправка Буге, или полная поправка за промежуточный слой, имеет вид
В зависимости от точности наблюдений используют топографические карты различного масштаба, с помощью которых определяют влияние масс рельефа в области радиусом порядка 200 км и более от точки наблюдения. Причем для близко расположенных к точке наблюдения участков необходимы более точные карты рельефа местности.
Аномалия Буге ( Δ gБ ) представляет собой разность наблюденного и теоретического полей силы тяжести при введении соответствующих поправок:
Аномалии Буге практически каждой территории представлены набором аномалий от разноглубинных и разномасштабных плотностных неоднородностей, отражающих локальные и региональные составляющие (рис. 1.2). Такое разделение аномалий связано с их разной частотной характеристикой: более высокочастотные аномалии относятся к локальным, а более низкочастотные — к региональным. Для выявления локальных аномалий Буге ( Δ g лок ) от, например, геологических структур осадочных бассейнов, отдельных интрузий, карстовых образований, рудных тел и других из наблюденного поля ( Δ g набл ) исключают региональную составляющую ( Δ g рег ), вычисляемую различными математическими (статистическими и др.) способами. На рисунке 1.2 приведен пример графического сглаживания наблюденного поля и выделения плавно изменяющегося регионального поля и локальной аномалии: Δ g лок = Δ g набл – Δ g рег (подробнее см. 1.4.2).
Рис. 1.2. Наблюденные (1), региональные (2) и локальные (3) аномалии силы тяжести
1.1.3. Плотность горных пород
Плотность горных пород и руд главным образом зависит от химико-минерального состава и пористости. Плотность изверженных и метаморфических пород определяется в основном минеральным составом и увеличивается при переходе от пород кислых к основным и ультраосновным в соответствии с увеличением железосодержащих минералов. Для осадочных пород плотность определяется прежде всего пористостью, водонасыщенностью и в меньшей степени минералогическим составом. Некоторые значения плотности приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Плотность некоторых веществ, пород, минералов и оболочек Земли
Геофизические исследования
Комплекс исследований должен включать все основные методы. Целесообразность применения дополнительных методов должна быть обоснована
Применяются для изучения геологического разреза скважин и массива горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах, контроля технического состояния скважин и разработки нефтяных и газовых месторождений.
Первые геофизические исследования (термометрия) выполнены Д. Голубятниковым в 1908 г. на нефтяных промыслах г Баку.
В 1926 г. братьями Шлюмберже (Франция) был предложен электрический каротаж, высокая эффективность которого обеспечила его быстрое внедрение и развитие других методов геофизических исследований.
Геофизические исследования, проводимые для изучения геологического разреза скважин, называют каротажем, который осуществляется электрическими, электромагнитными, магнитными, акустическими, радиоактивными (ядерно-геофизическими) и другими методами.
При каротаже с помощью приборов, спускаемых в скважину на каротажном кабеле, измеряются геофизические характеристики, зависящие от одного или совокупности физических свойств горных пород и их расположения в разрезе скважины.
В скважинные приборы входят каротажные зонды (устройства, содержащие источники и приемники наблюдаемого поля), сигналы которых по кабелю непрерывно или дискретно передаются на поверхность и регистрируются наземной аппаратурой в виде кривых (рис.) или массивов цифровых данных.
Разрабатываются способы каротажа, которые можно проводить в процессе бурения приборами, опускаемыми в скважину на бурильных трубах.
При электрическом каротаже изучают удельное электрическое сопротивление, диффузионно-адсорбционную и искусственно вызванную электрохимическую активность пород и т.п.
Для определения удельного сопротивления применяют боковое каротажное зондирование (измерения 3-электродными градиент-зондами разной длины), боковой каротаж (измерения зондами с фокусировкой тока), микрокаротаж и боковой микрокаротаж.
При электромагнитном каротаже изучаются удельная электрическая проводимость (индукционный каротаж), магнитная восприимчивость (каротаж магнитной восприимчивости, КМВ) и диэлектрическая проницаемость (диэлектрический каротаж, ДК) горных пород индукционными зондами на различных частотах 1 кГц (КМВ), 100 кГц и 40 МГц (ДК).
При магнитном каротаже измеряются магнитная восприимчивость пород и характеристики магнитного поля.
Акустический каротаж основывается на регистрации интервальных времен (скорости), амплитуд и других параметров упругих волн ультразвукового и звукового диапазона.
При радиоактивном каротаже (ядерно-геофизическом) в скважинах измеряют характеристики ионизирующего излучения.
Широко используется изучение характеристик нейтронного и гамма-излучения, возникающих в породах при облучении их стационарным источником нейтронов (нейтрон-нейтронный каротаж и нейтронный гамма-каротаж) или источниками гамма-излучений (гамма-гамма-каротаж).
Модификации радиоактивного каротажа применяются с импульсными источниками нейтронов (импульсный нейтрон-нейтронный каротаж, импульсный нейтронный гамма-каротаж) и гамма-излучения (импульсный гамма-гамма-каротаж).
Естественное гамма-излучение пород исследуется в гамма-каротаже.
В активационном радиоактивном каротаже изучаются характеристики излучения искусственных радиоактивных изотопов, возникающих в породах при облучении их источником ионизирующих излучений.
Ядерно-магнитный каротаж заключается в наблюдении за изменением электродвижущей силы, возникающей в катушке зонда в результате свободной прецессии протонов в импульсном магнитном поле.
Газовый каротаж обеспечивает изучение физическими методами содержания и состава углеводородных газов и битумов в буровом растворе, а также параметров, характеризующих режим бурения.
Иногда применяются исследования, основанные на определении механических свойств в процессе бурения (механический каротаж).
Околоскважинные и межскважинные исследования основаны на изучении в массивах горных пород особенностей естественных или искусственно созданных геофизических полей:
-магнитного (скважинная магниторазведка), гравитационного (скважинная гравиразведка), распространения радиоволн (радиоволновой метод, РВМ), упругих волн (акустическое просвечивание), постоянного или низкочастотного электрического (метод заряженного тела), нестационарного электромагнитного (метод переходных процессов);
— пьезоэлектрического эффекта, возникающего в горных породах под воздействием упругих колебаний (пьезоэлектрический метод);
— потенциалов вызванной поляризации, возникающих на контакте рудного тела в результате воздействия источника тока в скважине или на поверхности Земли (контактный метод поляризационных кривых) и др.
В радиоволновых методах разведки источник электромагнитных колебаний (частота 0,16-37 МГц) размещается в скважине; регистрация осуществляется с помощью приемников (антенн) в этой же скважине (околоскважинные исследования) или в соседней (межскважинные исследования).
В некоторых случаях поле наблюдается на поверхности Земли.
При разведке акустическим просвечиванием возбуждение и наблюдение волн осуществляется так же, как в РВМ.
В методе заряженного тела токовый электрод размещают в скважине против рудного тела; наблюдения производят в скважине или на поверхности.
Методы околоскважинных и межскважинных исследований позволяют обнаружить и оконтурить рудные тела и другие геологические образования, пересеченные скважиной или находящиеся в стороне от нее.
При контроле технического состояния скважин измеряют ее зенитный угол и азимут (инклинометрия), средний диаметр (кавернометрия) и расстояние от оси прибора до стенки скважины (профилеметрия), температуру (термометрия), удельное электрическое сопротивление бурового раствора (резистивиметрия), определяют высоты подъема цемента в затрубном пространстве скважины и его качество (контроль цементирования) по данным кривым акустического и гамма-гамма-каротажа и др.
При разработке месторождения регистрируют скорости перемещения жидкости по скважине (расходометрия), вязкость заполняющей жидкости (вискозиметрия), содержание воды в последней (влагометрия), давление по стволу (барометрия) и др.
Отбор проб флюидов из пласта (опробование пластов) производится опробователями пластов, которые на каротажном кабеле опускаются в скважину на заданную глубину.
После этого блок отбора (башмак) прижимается к стенке скважины и кумулятивной перфорацией создается дренажный канал между пластом и прибором для подачи флюида в приемный баллон прибора.
Образцы пород из стенок скважин отбирают стреляющими грунтоносами и сверлящими керноотборниками.
При анализе проб определяется содержание нефти, газа и воды, а также компонентный состав газа, что дает возможность оценить нефтегазоносность пласта, литологию, наличие углеводородов, а иногда и коэффициент пористости породы.
Геофизические исследования применяют при поисках и разведке нефти и газа (промысловая геофизика), угля (угольная скважинная геофизика), руд и строительных материалов (рудная скважинная геофизика) и воды (геофизические исследования гидрогеологических скважин).
Получаемые данные обеспечивают расчленение разреза скважин на пласты, определение их литологии и глубины залегания, выявление полезных ископаемых (нефти, газа, угля и др.), корреляцию разрезов скважин, оценку параметров пластов для подсчета запасов (эффективную мощность, содержание полезных ископаемых), определение объема залежи нефти, газа, угля или рудного тела, оценку физико-механических свойств пород при строительстве различных сооружений и др.
Повышение эффективности геофизических исследований связано с разработкой и внедрением новых методов, а также с совершенствованием методики и техники исследований; внедрением машинных методов обработки и интерпретации данных, создания цифровых каротажных лабораторий, управляемых бортовым компьютером, комплексных геолого-геохимическо-геофизических информационно-измерительных и обрабатывающих комплексов, высокоточных и термобаростойких комплексных скважинных приборов и др.
Комплекс исследований должен включать все основные методы.
Целесообразность применения дополнительных методов должна быть обоснована промыслово-геофизическим предприятием.
Комплексы методов исследований уточняют в зависимости от конкретных геолого-технических условий по взаимно согласованному плану между геофизической и промыслово-геологичсской службами.
В заключении геофизического предприятия приводятся результаты ранее проведенных исследований (в том числе и не связанных с КРС), а в случае их противоречия с данными предыдущих исследований, указываются причины.
Перед началом геофизических работ скважину заполняют жидкостью необходимой плотности до устья, а колонну шаблонируют до забоя.
При выявлении источников обводнения продукции в действующих скважинах исследования включают измерения высокочувствительным термометром,
гидродинамическим и термокондуктивным расходомерами, влагомером, плотномером, резистивиметром, импульсным генератором нейтронов.
Комплекс исследований зависит от дебита жидкости и содержания воды в продукции.
Привязку замеряемых параметров по глубине осуществляют с помощью локатора муфт и ГК.
Для выделения обводнившегося пласта или пропластков, вскрытых перфорацией, и определения заводненной мощности коллектора при минерализации воды в продукции 100 г/л и более в качестве дополнительных работ проводят исследования импульсными нейтронными методами (ИНМ) как в эксплуатируемых, так и в остановленных скважинах.
В случаях обводнения неминерализованной водой эти задачи решаются ИНМ по изменениям до и после закачки в скважину минерализованной воды с концентрацией соли более 100 г/л.
Эти измерения проводятся в комплексе с исследованиями высокочувствительным термометром для определения интервалов поглощения закачанной воды и выделения интервалов заколонной циркуляции.
Измерения ИНМ входят в основной комплекс при исследовании пластов с подошвенной водой, частично вскрытых перфорацией, при минерализации воды в добываемой продукции более 100 г/л.
Оценку состояния выработки запасов и величины коэффициента остаточной нефтенасыщенности в пласте, вскрытом перфорацией, проверяют исследованиями ИНМ в процессе поочередной закачки в пласт двух водных растворов, различных по минерализации.
По результатам измерения параметра времени жизни тепловых нейтронов в пласте вычисляют значение коэффициента остаточной насыщенности. Технология работ предусматривает закачку 3-4 м 3 раствора на 1 м толщины коллектора.
Закачку раствора проводят отдельными порциями с замером параметра до стабилизации его величины.
Состояние насыщения коллекторов, представляющих объекты перехода на другие горизонты или приобщения пластов, оценивают по результатам геофизических исследований. При минерализации воды в продукции более 50 г/л проводят исследования ИНМ.
При переводе добывающей скважины под нагнетание обязательными являются исследования гидродинамическим расходомером и высокочувствительным термометром, которые позволяют выделить отдающие или принимающие интервалы и оценить степень герметичности заколонного пространства.
В основе какого геофизического метода лежит изучение отклонения силы тяжести
Из фундаментальных геофизических наук, предназначенных для исследования Земли и ее оболочек, выделяются научно-прикладные разделы. Так, геофизика воздушной оболочки включает физику космоса и атмосферы, метеорологию, климатологию и др. Геофизика гидросферы состоит из гидрофизики, океанологии, физики моря, лимнологии (изучение озер), гидрологии (изучение рек), гидрогеологии (изучение подземной гидросферы), гляциологии (изучение ледников) и др. Из геофизики литосферы выделились прикладная и промысловая геофизика, содержащие методы: гравиразведку, магниторазведку, электроразведку, сейсморазведку, терморазведку, ядерную геофизику и геофизические исследования скважин (ГИС). Научно-прикладным разделом геофизики биотехносферы становится экологическая геофизика.
Предметом исследований прикладной и промысловой геофизики является земная кора, т.е. часть литосферы мощностью до 70 км на суше и до 10 км в океанах. Целью этих научно-прикладных дисциплин являются исследования глубинного строения земной коры, кристаллического фундамента, осадочного чехла, поиск и разведка полезных ископаемых, изучение геологической или геофизической среды мощностью в первые сотни метров, верхней части разреза земной коры (ВЧР) мощностью порядка 100 м и окрестностей скважин на основе косвенной информации об интенсивности и структуре различных физических полей.
Основными задачами геофизических исследований земной коры являются следующие: выяснение состава, структуры и состояния горных пород, слагающих земную кору, выявление полезных ископаемых, изучение геологической среды как основы для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского, военного освоения и сохранения ее экологических функций, как источника жизни на Земле.
Эти же задачи решаются другими геолого-геохимическими методами. Если геологические и геохимические методы являются прямыми методами «близкого действия», основанными на непосредственном изучении минерального, петрографического или геохимического состава вскрытых выработками горных пород, то геофизические методы являются методами как «ближнего» (до 1 м), так и «дальнего» (до тысяч километров) действия. Они обеспечивают равномерность, объемный, интегральный характер получаемой объективной информации. При этом производительность экспериментальных геофизических работ значительно выше, а стоимость в несколько раз меньше по сравнению с разведкой с помощью неглубоких (до 100 м) и в сотни раз меньше, чем глубоких (свыше 1 км) скважин. Повышая геологическую и экономическую эффективность изучения недр, геофизические методы исследования являются важнейшим фактором ускорения научно-технического прогресса в геологии и горном деле.
В соответствии с решаемыми задачами основными прикладными направлениями геофизических исследований земной коры являются: глубинная; региональная; разведочная, подразделяемая на нефтегазовую, рудную, нерудную, угольную; инженерная, включающая инженерно-геологическую, гидрогеологическую, почвенно-мелиоративную, мерзлотно-гляциологическую, археологическую и техническую; экологическая геофизика. Формирование последней идет за счет экологических аспектов всех перечисленных прикладных направлений геофизики.
Остановимся на краткой характеристике физических полей Земли, их параметров, физических свойствах среды, обеспечивающих возможность выявления различных объектов в ней, последовательности процесса геофизических исследований. Этим проблемам была посвящена кн. 1 настоящей работы. Однако краткое их повторение в кн. 2 придаст ей определенную самостоятельность.
Принципиальная возможность проведения геологической разведки на основе различных физических полей Земли определяется тем, что распределение параметров полей в воздушной оболочке, на поверхности акваторий или земли, в горных выработках и скважинах зависит не только от происхождения естественных или способа создания искусственных полей, но и распределения в Земле геометрических и литолого-петрографических неоднородностей. Эти неоднородности отличаются по физическим свойствам от вмещающей среды, и в результате создаются аномальные физические поля. Аномалией, или полезным сигналом, в геофизике считается отклонение измеренного параметра поля от нормального, за которое чаще всего принимается поле над однородным полупространством. При этом возникновение аномалий связано с тем, что объект поисков, называемый источником аномалий (возмущений) или аномалосоздающим объектом, либо сам создает поле в силу естественных причин, например, естественное постоянное электрическое поле вокруг рудных залежей, либо искажает искусственно созданное поле вследствие различия физических свойств, например, за счет отражения сейсмических или электромагнитных волн от контактов разных толщ.
Эффективность выделения аномалий во многом определяется методикой (способом) проведения работ, куда входит система наблюдений, т.е. выбор расстояний между пунктами наблюдений (шаг съемки при профильных наблюдениях) и между профилями (при площадной съемке). Густота сети наблюдений зависит от решаемых задач, масштабов съемок, простирания, размеров и глубины залегания разведываемых объектов, в крест предполагаемого простирания которых профили обычно и ориентируются.
Аномалии приходится выявлять на фоне не всегда однородного и спокойного поля среди разнообразных помех геологического, природного, техногенного характера (неоднородности верхней части геологической среды, неровности рельефа, наличие космических, атмосферных, климатических, промышленных и других помех). В результате наблюдается интерференция полезных сигналов и помех разной природы. При этом наблюдается как простое наложение (суперпозиция) полей, так и сложные, нелинейные их взаимодействия.
Следующим этапом геофизического процесса является преобразование аномальных (информационных) параметров поля (Па ) в реальные, непосредственно связанные с параметрами разведываемых аномалосоздающих объектов (По ). К параметрам объектов относятся их физические (геофизические) свойства (ФС) и геометрические (структурные) характеристики (ГФХ), т.е. По = ФС + ГФХ.
Геометрическими характеристиками аномалосоздающих объектов являются: глубина, размеры, особенности физических границ, на которых физические свойства могут изменяться резко (контрастно) или плавно (градиентно).
Определение геометрических и физических параметров объектов (По ) по аномальным параметрам физических полей (Па ) называется решением обратной задачи (ОЗ) геофизики (Па 
По). Определение аномальных параметров физических полей по известным геофизическим и физическим параметрам объектов составляет суть прямой задачи (ПЗ) геофизики (По Па). Решение прямых и обратных задач в каждом геофизическом методе основано на известных в теории поля интегральных и дифференциальных уравнениях связи Па и По. Такое решение называется математическим моделированием. При этом реальные аномалосоздающие объекты аппроксимируются физико-геологическими моделями (ФГМ), т.е. телами сравнительно простой геометрической формы с заданными размерами и физическими свойствами или контрастностями свойств.
Принцип и методы геофизических методов исследования скважин
Геофизические методы исследования скважин (ГИС) – это совокупность физических способов анализа, которые применяются для получения информации о техническом состоянии скважин и грунтовых пород, в которых они расположены.
Комплексная портативная лаборатория для геофизического исследования скважин
Проведение подобных процедур актуально как во время ремонтных работ, так и для определения различных параметров выработки и породы вокруг нее.
1 Какое назначение геофизических исследований скважин?
Весь комплекс методов условно делится на две категории:
Геофизические исследования и работы в скважинах необходимы для того, чтобы получить исчерпывающую информацию о том, обладает ли разрабатываемая территория достаточным количеством полезных ископаемых, и будет ли обустройство нефтяных скважин экономически выгодным.
Можно выделить следующие задачи ГИС:
Пример полученного результата при геофизическом исследовании скважины
2 Методы исследования скважин
Поскольку задачи, стоящие перед геофизическими методами изучения скважин, достаточно обширны, и для их решения необходим всесторонний анализ особенностей разрабатываемых горизонтов. ГИС включает в себя большое количество достаточно разноплановых способов исследования. Все они, в зависимости от характера анализа, объединяются в несколько групп:
Всего существует свыше 50 методов ГИС. В этом материале мы будем знакомиться с основными методами, которые в условиях отечественной нефтедобывающей промышленности используются чаще всего.
к меню ↑
2.1 Электрические методы
Данная категория включает в себя способы исследования, которые базируются на измерении электрического поля пластов грунта, которое может возникать естественным путем, либо создаваться искусственно. Электрический каротаж является базовым способ анализа литологических показателей грунта, в котором находится шахта скважины, для контроля за её техническим состоянием, определения наличия нефтяных и рудных ресурсов и выяснения их параметров.
Электрический каротаж основывается на технологии определения различий электрических характеристик разных горных пород. Для анализа данных показателей необходимо выявить их поляризационную способность и величину электрического сопротивления.
Самые важные инструменты электрического каротажа:
Аппаратура для проведения геофизического исследования скважин
Для электро-ГИС используются специальные измерительные зонды, которые опускаются в шахту скважины и производят замеры электрического поля.
В зависимости от технологических особенностей применяемых зондов выделяют: электрически нефокусированный каротаж, и фокусированный каротаж.
ГИС нефокусированный каротаж также называют способом исследования кажущегося сопротивления. Для его осуществления используются специальные зонды с тремя электродами, при этом, один дополнительный электрон заземляется на верху, возле устья нефтяных скважин. Основной задачей такого анализа является поиск совпадений между стандартизированными параметрами грунта скважины и величиной тока, которую они излучают, и определенными в процессе исследованиями показателями.
После того как электрические свойства породы скважины изучены, используются методы математического и физического моделирования, которые позволяют прогнозировать характеристики будущей нефтедобывающей скважины.
Электрический ГИС фокусированными зондами также называется боковым каротажем. Такие зонды обладают направленной фокусировкой посылаемого тока, что позволяет получать более точные показатели замеров (без влияния на них свойств используемой промывочной жидкости, и осадков на стенах нефтяной скважины).
Диаграммы, полученные вследствие бокового каротажа, дают возможность определить градус наклона пласта, азимут угла падения, выявить литологические свойства породы, и определить свойства пластов-коллекторов.
к меню ↑
2.2 Ядерно-геофизические методы ГИС
Из всего разнообразия геофизического анализа скважин, именно ядерные методы исследования считаются наиболее перспективным направлением. Они дают возможность выполнять исследования в ситуациях, когда большинство других методов невозможно использовать.
Мобильная лаборатория для проведения ГИС
С помощью ядерного ГИС можно выявить следующие свойства породы:
Ядерный каротаж нефтяных скважин делится на следующие способы анализа:
Гамма-каротаж. Данный способ используется для замера природного гамма излучения породы. Зонд, использующийся для получения показателей, оборудован детектором для снятия величины гамма-изучения. После того как он опущен на достаточную глубину внутрь скважины, зонд начинает ловить волны гама-квантов, которые преобразовываются в электрический импульс и передаются по кабелю на считывающее оборудование.
Главной особенностью такого способа является возможность выполнения анализа в закрытых стволах нефтяных скважин (внутри обсадной трубы), где невозможно использовать электрический каротаж. ГК является оптимальным способом выяснения глинистости грунта.
Гамма-гамма каротаж. ГГК применяется для анализа искусственной радиоактивности породы. Перед использованием специального каротажного зонда, скважину предварительно облучают гамма-волнами, после чего происходит регистрация ответных волн. Такой способ дает возможность зарегистрировать те виды излучения, которые не проявились бы без придания породе искусственной радиоактивности.
Нейтронный каротаж. Способ нейтронного каротажа также базируется на искусственном облучении грунта. Облучение выполняется нейтронными волнами, которые не существуют в природе в естественном виде.
Используемый зонд состоит не только из детектора для снятия показателей, но и из источника нейтронного излучения.
Оборудование для проведения ГИС
Ответная реакция породы на облучение может иметь два варианта: производство гамма-волн, либо первичного нейтронного потока. На основе данных показателей создаются диаграммы, с помощью которых можно составить картину о том, каким ресурсами обладает исследуемый горизонт, так как для разных видов полезных ископаемых характерны разные виды ответного излучения.
к меню ↑
2.3 Метод Газового каротажа
Данный метод ГИС позволяет выявить количество газов углеводорода, которыми насыщается глинистый раствор в процессе бурения скважин, вследствие чего определяются наиболее перспективные газоносные горизонты.
Для проведения газового каротажа используется специальное оборудование – газоанализаторы. Если в процессе бурения скважины производился отбор керна (горной породы), то газовый каротаж может быть проведен в лабораторных условиях посредством его анализа.
На точность газового каротажа очень влияют внешние факторы, такие как вид глинистого раствора и скорость его циркуляции, скорость бурения скважины, и остановки во время бурения.
Для точного ГК определять количество тяжелых углеводородов необходимо отдельно от остальных газов, так как именно тяжелые газы являются основной характеристикой нефтеносного горизонта.
к меню ↑
2.4 Метод Термокаротажа
Термокаротаж используется для определения технического состояния уже функционирующих нефтяных скважин. Для замера показателей используется специальный скважинный термометр, который опускается внутрь обсадной колонны.
С помощью термокаротажа можно выяснить целостность обсадной колонны, так как температура на поврежденных участках будет отличаться от общей температуры скважины, литологические особенности породы, определить песчаные и карбонатные пласты.
Процесс проведения геофизического исследования скважины
На сегодняшний день существует три наиболее распространенных способа термокаротажа:
Вся технология основывается на свойстве почвы проводить тепло, этот показатель (коэф. теплопроводности) отличается друг от друга у разных типов грунта.
У термокаротажа имеется один существенный недостаток, который несколько ограничивает возможности его применения для нефтяных скважин: из-за заполнения скважины жидкостью, тепловые свойства отличающихся пород грунта усредняются, что вносит трудности в определение разных видов грунта.
к меню ↑
2.5 Метод Кавернометрии
Данный способ геофизического исследования скважин базируется на измерении поперечного диаметра скважины, что позволяет определить её объем при цементировании, либо создании обсадной колонны, и выполнять мониторинг дефектов стенок нефтяных скважин, спровоцированных движением грунта.
В большинстве случаев поперечное сечение скважины редко обладает формой идеального круга, по этой причине за условный диаметр скважины берется размер площади сечения скважины плоскостью, которая перпендикулярна её оси.
Оборудования для выполнения таких исследований называются каверномерами. Такие устройства состоят из двух элементов: поверхностного оборудования для считывания данных, и опускаемого внутрь шахты прибора. Внутрискважинное устройство представляет собою конструкцию с четырьмя измерительными рычагами, которые размещены в двух перпендикулярных друг к другу плоскостях, и связаны с приводом переменного резистора.
Установка для проведения ГИС
Когда прибор двигается в середине скважины, рычаги соприкасаются с её стенками и меняют своё положение, в зависимости от этого на резистор подаются сигналы разной мощности, которые отслеживаются наружными устройствами.
к меню ↑
2.6 Метод акустического каротажа
Акустический каротаж анализирует время, которое требуется звуковому импульсу (упругим колебаниям), для прохождения грунта в околоскважинном пространстве. Поскольку каждая порода обладает своей плотностью, и, вследствие этого, разным сопротивлением, данный способ позволяет определить характеристики слоев грунта, в которых расположены нефтяные скважины.
Акустический каротаж используется для получения информации о техническом состоянии скважины, и в поиске месторождений ресурсов.
Оборудование для АК использует два диапазона частот: ультразвуковой (20-250 кГц) и звуковой (0.5-15 кГц). Для проведения исследований необходимо два устройства – измерительная аппаратура, и глубинный датчик, который укомплектован излучателем ультразвуковых волн, и приемником, имеющие свойство преобразовывать механическую энергию волн на частоте 20-50 кГц в электрический импульс.
к меню ↑