Основные методы геофизических исследований скважин: краткая характеристика

Для того чтобы изучить горные разрезы скважин используются разнообразные геофизические методы: радиоактивные; электрические; акустические; термические; механические; геохимические; магнитные. Их выбор и применение зависит от того, какие у пород физические свойства.

Производственные организации, которые имеют право на проведение разных типов геофизических исследований, предлагают следующий перечень работ:

  • применяя разнообразные геофизические методы, изучать геологические разрезы скважин, находить их наиболее продуктивные пласты и определять их накопительные свойства;
  • в тех скважинах, где идут работы по их бурению или уже производится завершающий этап, определять их техническое состояние и выполнять контроль над эксплуатацией работающей скважины;
  • для того чтобы вскрывать более продуктивные пласты, а также произвести торпедирование скважины путем перфорирования обсадных колонн;
  • для того чтобы извлечь (в аварийных ситуациях) колонны и буровой инструмент; обеспечивая в некоторых случаях улучшение поступления газа и жидкости;
  • при помощи пробоотборников и грунтоносов делать отборы проб жидкости, пород и газа.

Любой метод геофизический основан на измерении определенной величины, которую измеряют вдоль столба скважины. Эта величина может описывать значение одного или нескольких физических свойств горных пород, которые находятся на пересечении с данной скважиной. Физические свойства горных пород являются предопределяющей их геологической характеристики. Поэтому имея результаты исследований геофизических можно сделать вывод о том, какие породы прошла данная скважина, благодаря этому также можно изучать и свойства полученных пород.

Рассмотрим некоторые методы геофизических исследований.

Методы электрические

Метод кажущегося сопротивления (аббревиатура КС). Данный метод основан на исследовании различий в электрических удельных сопротивлениях горных пород. Удельное сопротивление обычно измеряют в омметрах (от доли омметра до миллиона).

Метод КС применяется в следующих областях:

  • для расчленения скважин их разрезов, в зависимости от того, каковы имеются данные сопротивления пород (кажущееся и удельное);
  • для того чтобы произвести корреляцию разрезов (обычно выделяют реперы);
  • характеристика пород и исследование их литологии;
  • определение в разрезах скважин всех имеющихся полезных ископаемых;
  • вычисление коэффициентов проницаемости, водонасыщенности, пористости, насыщенности нефтью и газом.

Боковой каротаж или метод экранированного заземления. В основе данного метода лежит использование различий горных пород по их электрическим сопротивлениям. Отличительная особенность данного метода – наличие нескольких модификаций. Самый перспективный из них – измерение экранированного заземления по определенной схеме с применением автоматически фокусирующими электродами. А также можно применять схему каротажа бокового типа.

Данный метод применяется в следующих областях:

  • для расчленения разреза скважины по некоторым деталям, величина которых является величиной кажущегося удельного сопротивления залегающих в области исследования пластов;
  • изучение проницаемости, литологии и пористости залегающих пластов;
  • проведение работ по определению насыщенности породы водой, нефтью и газом.

Метод индукционный. Данный метод основан на исследовании различий разрезов скважин по электропроводности, залегающих в них пород.

Индукционный метод лучше всего подходит, для того чтобы выявить кривые электропроводности (даже хорошо расчлененные) и определить в них четкие аномалии. При применении низкоомных разрезов данный метод самый эффективный. Хорошая глубинность производимых исследований и некоторое влияние мощностей тех пластов, которые залегают, позволяют максимально точно определить истинное сопротивление, которое оказывают низкоомные породы.

Данный метод применяется в следующей области:

  • для осуществления расчетов удельного сопротивления пластов, а также необходимого расчленения скважинного разреза.

Метод собственных потенциалов (аббревиатура СП). Метод СП основан на проведении в скважине исследования электрического поля, которое создается электродвижущими силами. Эти силы обычно возникают в результате воздействия разнообразных химико-физических процессов. Такими процессами обычно являются Э.Д.С. (процессы диффузионно-адсорбционные), Э.Д.С. (фильтрационные), Э.Д.С. (восстановительно-окислительных реакций). Такие реакции наблюдают при возникающем соприкосновении различной концентрации электролитов (например, в то время, когда вода пластовая соприкасается с раствором глины). Э.Д.С. фильтрационные обычно появляются на границе скважины и пласта – под действием высокого чрезмерно избыточного давления электролит начинает перемещаться. Э.Д.С. восстановительно-окислительных реакций возникает в том месте, где порода соприкасается с глинистым раствором и теми пластами, которые ее окружают.

Данный метод применяется в следующих областях для того чтобы:

  • произвести расчленение скважины;
  • выделить реперы;
  • в разрезе выделить коллекторы и глинистые (тонкодисперсные) породы;
  • определить у пластовых вод их минерализацию;
  • произвести оценку коллекторов по их пористости.

Метод потенциалов вызванных (обозначают аббревиатурой ВП). Данный метод основан на том, что в горной породе вызывают поляризацию – пропускают через породу постоянный электрический ток, он выступает в роли тока поляризующего. После того, как поляризующий ток выключают, наблюдают за тем, как его потенциалы при вызванной поляризации постепенно плавно становятся меньшими во времени.

Если вызвать поляризацию у среды, которая является ионопроводящей (например, у алевролитов или песчаников), то с увеличением дисперсной среды она нарастает и, наоборот, по мере того, как проницаемость уменьшается, поляризация падает. Отталкиваясь от данного свойства ионопроводящих средств можно применять метод ВП с той целью, чтобы произвести расчленение разреза скважины. Если же условия вполне благоприятные, то даже можно определить проницаемость пород. Кроме всего вышеперечисленного, данный метод ВП применяют в том случае, когда нужно в разрезе определить породы, которые обогащены электропроводимыми минералами (например, графитами, сульфитами или каменным углем).

  • можно было в разрезе произвести более детальное расчленение пород и выделить для корреляции репера;
  • выделить коллекторы и вычислить их проницаемость;
  • в разрезе скважины выделить рудные тела и каменные угли.

Методы радиоактивные

Метод гамма (ГМ). Земная кора слагается из различных горных пород, которые имеют в своем составе радиоактивные элементы (торий, уран, радиоактивный изотоп, актиноуран, самарий, рубидий и другие). От физико-химических условий, в которых сформировалась горная порода, зависит содержание радиоактивных элементов. Глины – осадочные породы, обладающие достаточно высокой радиоактивностью. Каменные угли и осадки гидрохимические (калийные соли составляют исключение) относятся к низко содержащим радиоактивным породам.

Из-за того, что многие осадочные породы в своем составе имеют глинистые фракции, необходимо определить их уровень содержания радиоактивных элементов. Для этого и нужно производить расчленение разреза для выявления степени наполняемости глинистыми породами. На этих особенностях естественного излучения горных пород и основан метод гамма.

Данный метод применяется в следующих областях:

  • для того чтобы в разрезе скважины выделить горные породы, которые обогащены материалом глины;
  • для определения у пород их глинистости;
  • для выявления и последующего изучения крупных накоплений (в промышленных масштабах) калиевых солей и металлов радиоактивных.

Гамма-метод нейтронный. Данный метод основан на изучении в скважине интенсивности вторичного радиационного (гамма) излучения, которое создается при облучении нейтронами данных горных пород.

В специальный снаряд скважинный погружают нейтроны, удаляя их на определенное расстояние от счетчика излучения. Для этого применяют смесь солей полония и бериллия. Достаточно быстрые нейтроны взаимодействуя и сталкиваясь с ядрами элементов, которые составляют данную породу, снижают энергию до теплового минимального движения молекул. Возникающее вторичное излучение основано на захвате ядрами элементов горных пород тепловых нейронов.

Данный метод применяется в следующих областях чтобы:

  • произвести расчленение разреза горной породы для выяснения содержания в ней хлора и водорода;
  • выделить коллекторы и произвести оценку их пористости;
  • выделить водоносные, нефтеносные и газоносные породы;
  • выявить полезные ископаемые, в том числе бор, марганец, кадмий и другие.

Метод акустический

Данный метод основан на измерении в скважине скорости распространения и его времени, а также скорости затухания в горных породах упругих волн. От того насколько порода сцементирована и какую она имеет пористость, а также характера ее наполняющей жидкости, пластовой температуры и давления, состава минералов скелета зависит скорость, с которой будут распространяться упругие волны.

Данный метод применяется в следующих областях, для того чтобы:

  • произвести литологию расчлененных разрезов скважины;
  • определить у пород их пористость;
  • максимально детально изучить упругие волны и их интервал скоростей. Это нужно для более точных данных сейсморазведки.

Газовый каротаж или газометрия скважин

Когда происходит вскрытие продуктивных пластов (как нефтяных, так и газоносных), то углеводороды, которые содержатся в порах горной породы, превращаются в раствор из глины – его выносит на поверхность. С задачей по извлечению из глинистого раствора газообразных углеродов отлично справляется газометрический метод. Данный метод позволяет определить химический состав содержащихся углеводородных газов, а также определение глубины, куда относятся полученные результаты анализа.

Из глинистого раствора газ извлекают при помощи дегазатора. Его действие основано на снижении механического разбрызгивания и давления.

Данный метод применяется в следующих областях:

  • для того чтобы выделить в разрезе скважины следующие пласты: нефтеносные, газоносные и битуминозные.

Методы термические

Данные методы основаны на измерении температуры в скважине. Ее величина зависит от наличия бурового раствора, от теплового поля Земли, цемента, тепловых свойств горных пород и процессов физико-химических, которые происходят в скважине.

Данные методы нашли достаточно частую применяемость в промышленности. С их помощью можно определить высоту подъема за колонной цемента. Данный способ основан на применении экзотермической тепловой реакции, которая наступает при застывании цемента.

Метод применяется во многих областях: – для определения геотермический градиент; – для изучения в районе исследования его глубинного строения; – чтобы выделить в разрезе полезные ископаемые, которые способны создавать локальные тепловые поля (газ, сульфиды, соль, нефть); – для того чтобы определить высоту подъема цемента, притока воды и утечки газа.