Геофизические методы исследования скважин и скваженная аппаратура

Формула расчета среднего диаметра:

CALI = (RAD1+ RAD2+ RAD3+ RAD4) / 2.

Аппаратура обеспечивает в интервале каротажа многократные срабатывания управляемого прижимного устройства профилемера. Время полного раскрытия (закрытия) рычагов профилемера не более 2 минут.

Питание скважинного прибора и токовых электродов осуществляется от каротажного источника питания силой тока (500±5)мА частоты 400 Гц.

Калибровка каналов БКЗ, БК и профилемера обеспечивается с помощью режимов "Ноль-сигнал" и "Стандарт-сигнал". Значения калибровочных параметров приведены в таблице №1:

Таблица №1

Значения калибровочных параметров

Питание на скважинный прибор ЭК-1 подается при полном погружении его в раствор. Управление двигателем каверномера можно осуществлять на поверхности.

Запрещен спуск прибора в скважину с открытыми рычагами каверномера.

Сопротивление между первой жилой и оплеткой кабеля должно быть около 150 Ом при замкнутых концевых выключателях профилемера или бесконечно большим - при разомкнутых. Сопротивление между второй и третьей жилами должно быть около 200 Ом.

Схема зонда ЭК-1 приведена на рис. 6.

Рис.6 Схема зонда ЭК-1

Таблица №2

Пояснения к рис.6

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 резистивиметриейпонимается 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.

Оптимальным для разреза Западной Сибири является зонд ИК размером 1м (6Ф1).

Для проведения индукционного каротажа используются следующие скважинные приборы:

- АИК-5, АИК-5М.

АИК-5, АИК-5М.

Назначение.

Аппаратура индукционного каротажа АИК-5 (АИК-5М) предназначена для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин методом электромагнитного (индукционного) каротажа, с одновременной регистрацией активной (шифр параметра CILA) и реактивной (шифр параметра CILR) составляющих сигнала.

Данные по аппаратуре.

Скважинный прибор АИК-5 рассчитан на работу в скважинах при наибольшем значении температуры окружающей среды 150°С и наибольшем гидростатическом давлении 150 MПa.

Аппаратура работает в комплексе с трехжильным грузонесущим геофизическим кабелем типа КГ 3-60-180-1 длиной до 7000м.

Зонд индукционного каротажа - 7И1,6.

Количество измерительных каналов - 2.

Диапазон измерений активной составляющей кажущейся удельной электрической проводимости - от 5 до 300 мСм/м, диапазон измерений реактивной составляющей кажущейся удельной электрической проводимости - от 10 до 600 мСм/м. С учетом затухания сигнала на высоких частотах (скин-эффекта) это соответствует диапазону удельной электрической проводимости горных пород по активной составляющей от 5 до 1000 мСм/м, по реактивной составляющей от 60 до 2000 мСм/м.

Рабочая частота генератора скважинного прибора - (160± 1,0) кГц.

Питание скважинной аппаратуры осуществляется от стабилизированного источника тока постоянным током силой (90± 3) мА (при работе с наземным пультом АИК-5 сила тока (150± 5) мА).

Длина скважинного прибора - 3500 мм.

Диаметр АИК-5 - 90 мм.

Диаметр АИК-5М - 75 мм.

Масса - 60 кг.

Пересчет значений удельной электрической проводимости, полученной по результатам измерений, в удельное электрическое сопротивление производится с помощью палетки:

Рис. 12. Палетка учета влияния скин-эффекта

7. Кавернометрия. Профилеметрия.

Измерение диаметра ствола скважины относится к основным исследованиям, проводится во всех поисковых и разведочных скважинах, в интервалах стандартного каротажа, по всему открытому стволу.

Кавернометрия обеспечивает высокое вертикальное расчленение разреза (могут выделятся прослои толщиной до 0,2-0,3 м), ее показания против пласта в основном свободны от влияния вмещающих пород.

Кавернометрия обеспечивает выделение проницаемых пород по сужению диаметра ствола скважины, вследствие образования глинистой корки, которая является результатом проникновения фильтрата промывочной жидкости в проницаемые пласты.

Кавернометрия обеспечивает выделение размытых участков стволов скважин (каверны), которые являются в большинстве случаев прямыми признаками пластичных глин (покрышек), а в ряде случаев признаками порово-трещинных зон.

Физические основы метода.

В разрезе различной литологии фактический диаметр скважины не всегда является номинальным и может быть больше или меньше диаметра долота. Фактический диаметр скважины измеряется каверномером, который представляет из себя четыре рычага, прижатых к стенке скважины. По отклонениям этих рычагов можно рассчитать диаметр скважины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а также ее средний диаметр.

Оценка качества.

Погрешность измерений при определении диаметра скважин не должна превышать 1,0 см.

На коллекторах обычно наблюдается уменьшение диаметра из-за глинистой корки примерно на 1-2 см.

На плотных глинах регистрируемый диаметр скважины равен диаметру долота.

Кривые отклонения рычагов каверномера (радиусы) могут иметь синусоидальную форму, обусловленную вращением прибора в скважине. При этом кривые профилей должны регистрировать реальный диаметр скважины (см.рис.13).

Рис.13. Пример записи диаграммы кавернометрии

Масштаб регистрации основной кривой КВ применяется 2 см/см с соотношением вспомогательных масштабов как 1:2:4, т.е. 4 см/см и 8 см/см, соответственно.

Замена диаграмм КВ на записи профилемером нецелесообразна ввиду сглаженности кривых профилемера и меньшей контрастности при выделении литостратиграфических границ.

Для проведения кавернометрии и профилеметрии используются следующие скважинные приборы:

- ЭК-1 (см. БК);

- СКПД;

- СКП-1;

- ПТС-4.

СКПД-3.

Назначение.

Каверномер-профилемер скважинный СКПД-3 предназначен для одновременного измерения значений двух взаимно перпендикулярных поперечных размеров (диаметров) ствола скважины и их полусуммы (среднего диаметра) для нефтяных и газовых скважин.

Данные по аппаратуре.

Скважинный прибор СКПД-3 рассчитан на работу в скважинах при наибольшем значении температуры окружающей среды 180°С и наибольшем гидростатическом давлении 120 MПa.

Аппаратура работает в комплексе с трехжильным грузонесущим геофизическим кабелем типа КГ 3-60-180-1 длиной до 8000м.

При проведении ГИС на станции МЕГА ведется регистрация полусуммы – среднего диаметра (шифр параметра CALI) и одного диаметра (шифр параметра С2), второй диаметр (С1) рассчитывается по формуле:

C1 = (2*CALI) – C2

Диапазон измеряемых диаметров от 100 до 760 мм.

Управление измерительными рычагами многократное по команде с поверхности. Время раскрытия (закрытия) рычагов не более 2 мин.

Усилие прижатия каждого рычага к стенке скважины на менее 60 Н (при измерении диаметра 100 мм) и не более 200 Н (при измерении диаметра 760 мм).

Ток питания прибора постоянный 50±10 мА.

Масса прибора - 76 кг.

Длина прибора - 3426 мм.

Диаметр прибора - 80 мм.

ПТС-4

Назначение

Профилемер трубный скважинный ПТС-4 предназначен для исследования технического состояния обсадных колонн нефтяных и газовых скважин методом одновременного измерения расстояний (радиусов) от оси скважинного прибора до опорных поверхностей измерительных рычагов.

Данные по аппаратуре

Аппаратура обеспечивает одновременную непрерывную регистрацию


29-04-2015, 00:39