Раздел 2-в- Геофизические исследования скважин
ТЕМА: Скважина как объект геофизических исследований. Краткая характеристика методов. Основы техники и технологии производства работ
Геофизические методы исследования скважин (ГИС) – раздел разведочной (прикладной) геофизики, представляющий совокупность геофизических методов, предназначенных для изучения горных пород в разрезах геологоразведочных скважин и околоскважинном пространстве. К ГИС (ГИРС – геофизические исследования и работы в скважинах) также относят изучение технического состояния скважин и работы в скважинах (отбор проб из стенок скважин, перфорацию, торпедирование и др.).
ГИС, согласно принятой терминологии, еще называют каротажем, а в нефтегазовых скважинах – промысловой геофизикой. Методы ГИС, служащие для изучения межскважинного пространства называются скважинной геофизикой.
Методы ГИС основаны на использовании тех же физических полей, что и методы полевой геофизики, т.е. это поля гравитационное, магнитное, электроволновое (электромагнитное), сейсмоволновое (сейсмо-акустическое), тепловое, радиационное и др. По отношению к полевым (наземным) методам, специфика ГИС в изучении геологических разрезов геологоразведочных скважин, где скважина выступает в качестве геофизического профиля, преимущественно вертикального по отношению к дневной поверхности, реже круто- и пологонаклонного и еще реже горизонтального. В таких условиях технология геофизических работ приобретает самостоятельное значение. Необходимы знания о технологиях бурения скважин, их устройства и способов перемещения в них геофизических приборов (скважинных приборов). Следует учитывать, что скважины заполнены буровым раствором и с глубиной в них происходит рост давления и температуры. При спуске и подъеме приборов возникают их механические столкновения со стенкой скважин. Все это требует, чтобы приборы были помещены в герметизированные механически прочные корпуса и не могли бы подвергаться обрыву. С этих приборов измеряемые параметры должны передаваться и регистрироваться на поверхности. Следовательно, должны быть специальные геофизические (каротажные) кабели и спускоподъемные механизмы. Для регистрации параметров на дневной поверхности должны существовать измерительные приборы. Схема выполнения ГИС приведена на рис. 116.
Для исследования скважин глубиной менее 1 км, каротажную лебедку и измерительную аппаратуру комплектуют на одном транспортном средстве. Мелкие (гидрогеологические, инженерно-геологические и геоэкологические) скважины исследуют с помощью переносной аппаратуры, включающую лебедку, блок-баланс, скважинные приборы и наземную регистрирующую аппаратуру.
В скважине геофизические датчики поля, помещенные в скважинные приборы, как нигде (за исключением случаев наземных геофизических съемок на участках коренных невыветрелых пород) приближены к геологическим объектам, т.е. к пластам горных пород. И казалось бы регистрируемые параметры должны быть близкими к истинным. Однако это в большинстве случаев не так.
Рис116. Схема работ методами ГИС
1 - Скважинныйприбор, 2 - каротажный кабель, 3,4 -подвесной и наземный блок-балансы, 5 - каротажная лебедка, 6 - операторская подъемника, 7 - измерительный блок (модуль), 8 - операторская каротажной станции, 9 - соединительные провода.
Во-первых, влияет буровой раствор, заполняющий скважину. Во-вторых, под воздействием бурового инструмента частично изменяются физико-химические условия естественного залегания пород в прилегающем к стенке скважины пространстве. Изменяются также геостатическое давление и температура. В-третьих, в рыхлых, хрупких и трещиноватых породах под действием бурового инструмента и промывочной жидкости образуется каверны (увеличивается диаметр скважины). В-четвертых, под действием давления, превышающим пластовое, в пористые, проницаемые породы проникает промывочная жидкость притом, что в силу пор малого размера (от сотен до единиц микрометров) проникает не вся жидкость, а ее фильтрат. Глинистые же частицы оседают на стенке скважины, и образуется глинистая корка, которая препятствует разрушению породы и снижает дальнейшее поступление фильтрата жидкости в пласт. В зоне фильтрата физические свойства изменены, так как фильтрат вытесняет в значительной мере первоначальный флюид (воду, нефть, газ). Образуется так называемая промытая зона (рис. 117).
Рис. 117. Разрез околоскважинного пространства в месте пересечения продуктивного пласта
dс – диаметр скважины, dк – диаметр каверны, dзп – диаметр зоны проникновения, dпп – диаметр промытой зоны, dгк – толщина глинистой корки
В-пятых, размер измерительных датчиков не во всех случаях соответствует толщинам пластов и в этом случае наблюдается их взаимное воздействие на деформацию используемого при каротаже поля. Наконец, на распределение геофизического поля в скважине влияет наклон слоев и тем сильнее, чем больше углы падения. Таким образом, в скважине при каротажных исследованиях, как и в наземной геофизике регистрируют преимущественно кажущиеся параметры. Следовательно, процесс интерпретации, особенно количественной, требует постановки и решения прямых и обратных задач.
Следует в заключении вводного раздела подчеркнуть, что при производстве ГИС требуется применение телеизмерительных систем, причем более сложных и громоздких, чем в полевой (наземной) геофизике. Эти системы соответственно включают: 1) датчик поля (скважинный прибор); 2) канал передачи информации (каротажный кабель) 3) непосредственно телеизмерительную систему (т.е. электрические блоки), в основном кодоимпульсные (цифровой код) и частотно-модулированные (с частотным разделением сигналов) при одновременной регистрации нескольких параметров.
В практике геологоразведочных работ наибольшее применение, и соответственно разработку, получили электромагнитные и радиоактивные методы ГИС, несколько в меньшей степени акустические и еще в меньшей степени собственно магнитные и гравиметрические. Особое место занимают методы контроля технического состояния скважин и сопровождающие работы в скважинах.