Лекции по промысловай геофизике

 

 

 

 

 

Лекционный комплекс по дисциплине

«Промысловая геофизика»

(компонент по выбору)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               

Лекция 1

Введение.  Петрофизические  основы ГИС. Классификация геофизических  методов, их сущность и области применения.

 

     Понятие о геофизических исследованиях в скважинах – ГИС – как о совокупности физических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах.

Традиционно относящиеся к ГИС методы изучения технического состояния скважин, опробование пластов и отбор проб из стенок скважин, перфорация и торпедирование. Понятие о промысловой геофизике.

Понятие о  скважинной геофизике.

Параметры физических полей и связанные с ними физические свойства горных пород.

 Прямая задача ГИС.

 Обратная задача ГИС.

Интегральный  характер поля в скважине.

Взаимное  компенсирование влияния зон. Важнейший источник дополнительной информации – данные, полученные с помощью других геофизических методов, основанных на изучении различных по своей природе физических полей.                               

Изучение  скважин с помощью кернового  материала, который и сейчас остается важным источником информации. Однако, методы изучения керна неэффективны, что объясняется неполным выносом  керна, трудностью привязки керна по глубине, малым радиусом исследования, изменением характеристик г.п. в  зоне бурения и при подъеме  на поверхность, значительными затратами  времени и средств.

      В отличие от методов изучения керна ГИС дают сплошную сравнительно точно привязанную по глубине информацию с существенно большим радиусом исследования. Важно, что удается получить информацию о горных породах в их естественном залегании.

   Скважина  как объект геофизических. Для геофизических исследований скважин решающее значение имеет технология проводки скважины.

Скважина  позволяет проводить измерения  во внутренних точках среды. Вместе с  тем, скважина усложняет структуру  изучаемых физических полей, так  как она нарушает условия залегания  г.пород, изменяет геостатическое давление и температуру.

Взаимодействие  породоразрушающего инструмента усугубляет этот процесс, способствуя образованию микротрещиноватости в прочных породах и разрушению с образованием каверн в рыхлых и трещиноватых породах. В результате проникновения фильтрата ПЖ  в проницаемые пласты в них образуются зоны проникновения с диаметром от десятков до сотен сантиметров. Физико-химические свойства пород в зоне проникновения меняются за счет оттеснения первоначального флюида или возникновения сложного многофазного насыщения, окислительно-восстановительных процессов, закупорки пор. Наиболее измененную  часть зоны проникновения называют промытой зоной. Обычно в геофизике под зоной проникновения понимают цилиндрическую область, в пределах которой величина измеряемого параметра отличается от значения данного параметра в неизмененной части пласта более чем на двойную погрешность измерения. Границы зоны проникновения для разных методов различны. После завершения бурения и проведения ГИС в открытом стволе скважину обсаживают.

 

Лекция 2

Электрические методы исследования скважин.

Петрофизические основы электрических  методов ГИС.

                                                   

     Дифференциации горных пород по электрическим свойствам - основа электрических методов исследования скважин. Электрические методы исследования заключаются в регистрации параметров электрического поля. Параметры электрического поля. Удельное электрическое сопротивление породы ρп.  Горная порода представляет собой твердый минеральный скелет, пустоты которого заполняют вода, нефть или газ. Электропроводность такой среды определяется суммой электропроводностей ее компонентов. Главнейшие породообразующие минералы осадочных пород - кварц, полевые шпаты, кальцит и т.д., а также нефть и газ имеют очень высокое удельное электрическое сопротивление (более 10 ¹⁰ Ом*м). Отсюда следует, что твердый скелет породы и углеводородные компоненты в ее порах не участвуют в проводимости электрического тока. Таким образом, способность г.пород пропускать электрический ток определяется электропроводностью насыщающих их вод. Зависимость удельного электрического сопротивления породы ρп от ее пористости, сцементированности, гидрофильности и структуры порового пространства при полном насыщении пор водой характеризуется относительным электрическим сопротивлением, которое выражается отношением:

                                                  Рп= ρвп / ρв ,  

              

Рп называют параметром пористости.

Т.к. нефть  и газ не проводят электрического тока, удельное сопротивление горной породы частично водонасыщенной ρнп, больше удельного сопротивления полностью водонасыщенной породы.

 Отношение                               Рн= ρ нп / ρвп

 

показывает  во сколько раз удельное сопротивление  породы при данной водонасыщенности больше удельного сопротивления той же породы при 100% насыщенности водой с тем же ρв.

Параметр  Рн называется параметром насыщения. Величина Рн может служить количественной оценкой коэффициента нефтегазонасыщения (Кнг=1-Кв),  т.к.   исследования показали, что

 

                                                Рн= ап / Квⁿ , где

.

ап  и n–  коэффициенты, характерные для данного  типа пород.

                                                                                   

Общую формулу  удельного сопротивления породы для нефтегазовых коллекторов можно  записать так:

                                               ρнп=Рп*Рн*ρв.

 

Таким образом, по удельному сопротивлению горной породы можно оценит основные фильтрационно-емкостные  свойства коллекторов.

 

 

Лекция 3

Метод кажущегося сопротивления (КС). Типы зондов метода КС. Особенности  диаграмм КС.

 

     При измерении удельного электрического  сопротивления горной породы  в скважину на кабеле спускают  измерительную установку – зонд, состоящий из трех электродов: А, М и Ν.  Четвертый электрод В устанавливается на поверхности вблизи устья скважины.

Через электроды  А и В пропускают электрический ток І (питающие электроды).                    

При перемещении  зонда вдоль ствола скважины в  зависимости  от  удельного сопротивления  окружающих пород изменяется разность потенциалов между электродами  М и Ν (измерительные электроды), которая регистрируется на поверхности  ΔU. По измеренным значениям ΔU и І можно рассчитать удельное сопротивление среды, окружающей зонд. В скважинах исследуемая среда обычно электрически неоднородна. Электрически неоднородная среда характеризуется кажущимся удельным сопротивлением:

           Для наиболее простого случая, когда промывочная жидкость в  скважине и окружающие породы  имеют одинаковое удельное сопротивление,  кажущееся сопротивление записывается  формулой:

 

                                   ρ_к = К ΔU / І ,      где

                             

К - коэффициент зонда, зависящий от расстояния между электродами:

 

                                    К= 4π АМ*АΝ / МΝ ,

 

 где   АМ, АΝ, МΝ   - расстояния между соответствующими электродами (измеряются в метрах).

Разность  потенциалов регистрируется непрерывно при перемещении зонда по стволу скважины. Так как сила тока   поддерживается постоянной,  то диаграмма  разностей потенциалов ΔU является диаграммой удельного сопротивления  пород в разрезе скважины.  В зависимости от соотношения  расстояний между электродами зонды  бывают двух типов: потенциал-зонды и градиент-зонды.               

       Значение кажущегося сопротивления  зависит от удельного сопротивления  изучаемого пласта, вмещающих пород,  бурового раствора, зоны его проникновения,  мощности пласта, диаметра скважины, а также типа и размера применяемого  зонда. 

Мощный пласт  высокого сопротивления выражается на кривых потенциал-зондов симметричными относительно середины пласта  аномалиями высокого кажущегося сопротивления. Тонкому пласту высокого сопротивления на кривой соответствует симметричный минимум.

Кривые  обращенного (кровельного) градиент-зонда.

Кривые, полученные последовательным (подошвенным) градиент-зондом.

В природе  геологический разрез представляет собой чередование пластов высокого и низкого удельного сопротивления. В этих условиях при изучении каждого  пласта  необходимо помнить о  возможном влиянии соседних пластов.

       Значение кажущегося сопротивления  зависит от удельного сопротивления  изучаемого пласта, вмещающих пород,  бурового раствора, зоны его проникновения,  мощности пласта, диаметра скважины, а также типа и размера применяемого  зонда.  Мощный пласт высокого  сопротивления выражается на  кривых потенциал-зондов симметричными относительно середины пласта  аномалиями высокого кажущегося сопротивления. Границы мощного пласта на кривой отмечаются по точкам кривой, в которых начинается наиболее интенсивный рост кажущегося сопротивления. Рис 1 а.

 

 

Лекция 4

Метод потенциалов собственной  поляризации (СП).

 

Собственные потенциалы (СП или ПС), регистрируемые при исследовании скважин, Естественные электрические поля возникающие в результате электрохимических процессов, протекающих на границах между породами и скважиной, а также на границах между пластами различной литологии в разрезе скважины.

     В методе СП регистрируется диаграмма изменения по разрезу скважины разности потенциалов между электродом  М, перемещающимся по стволу скважины и электродом Ν, расположенным на земной поверхности вблизи устья скважины.

    В  скважинах, бурящихся на нефть и газ, потенциалы СП возникают благодаря диффузии солей, на контакте двух сред, содержащих растворы различной концентрации.

    На  контакте фильтрата бурового раствора с ρф и пористой среды с удельным сопротивлением пластовой воды ρв возникает диффузионно-адсорбционный потенциал Еда,  который также пропорционален логарифму отношения удельных сопротивлений:

 

                              Еда = Кда lg  ρф/ρв,

 

где Кда – коэффициент диффузионно-адсорбционного потенциала.

В пористых средах диффузия ионов зависит от адсорбционной способности поверхности  твердой фазы. Наибольшей адсорбционной  способностью обладают высокодисперсные глины.

Для неглинистых  пород (песков, песчаников, карбонатных пород) коэффициент Кда мало отличается от коэффициента Кд и тогда Еда≈Ед, т.е. неглинистые породы не оказывают существенного влияния на диффузию ионов. По мере увеличения глинистости Кда значительно больше Ед. Для растворов  ΝaСl менее концентрированный раствор на контакте с глинистой породой заряжается положительно.

Нулевая линия  на диаграмме ПС. Условный нуль отсчета потенциалов СП - линия глин, т.е. прямая, проведенная параллельно оси глубин через участки кривой СП, соответствующие пластам глин. Показания кривой СП против середины пласта, отсчитанные от линии глин, называется амплитудой потенциала самопроизвольной поляризации (амплитуда СП) и обозначается ΔUсп.

В песчано-глинистых  отложениях на кривой СП  наибольшими отрицательными аномалиями отмечаются пески, песчаники, и алевролиты.

В карбонатном  разрезе наибольшими отрицательными аномалиями на кривой СП характеризуются неглинистые известняки, независимо от их пористости.

Электрохимические поля диффузионного происхождения  в скважине рассмотрим на примере, когда  буровой раствор менее концентрирован, чем пластовая вода и разрез сложен пластом песчаника среди вмещающих  пород, представленных глинами.

В скважине на границах пластов создается самопроизвольная поляризация и тогда скачок потенциалов  Епс = Едавм – Едап =58- (-11,7) lg ρф/ρв ≈70 lg ρф/ρв.

 

 

 Лекция 5   

Радиоактивные методы исследования скважин.

Метод естественной радиоактивности (ГМ).

Метод рассеянного гамма-излучения (ГГМ).

 

Радиоактивные методы, основанные на изучении естественного  гамма-излучения горных пород и  методы, в которых исследуют эффект взаимодействия горных пород с источником гамма-излучения или нейтронов.

Радиоактивные методы можно применять для исследования как обсаженных, так и необсаженных скважин ввиду большой проникающей способности гамма-лучей и нейтронов.

    Радиоактивность  осадочных г.п. обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов, т.е. урана, тория, актиния, продуктов их распада, а также изотопа калия (⁴⁰ К).

Из осадочных  пород наибольшей радиоактивностью обладают глины.

В песках, песчаниках, известняках, доломитах содержание радиоактивных элементов не превышает 8 мкг Rа-экв. на 1 т. Для этих пород установлена достаточно тесная связь радиоактивности от содержания глинистого материала в породе. Эта зависимость используется на практике при оценке глинистости пород, т.е. коллекторских свойств. Наименьшую радиоактивность имеют породы гидрохимического комплекса: гипсы,  ангидриты, каменная соль, за исключением калийной соли. Радиоактивность калийной соли связана с изотопом калия ⁴⁰К, содержание которого в природной смеси изотопов калия составляет 0,012%.

 

Гамма-каротаж

    Метод  исследования геологического разреза,  основанный на регистрации излучений,  испускаемых радиоактивными элементами  горных пород, носит название  метода естественной радиоактивности.