Геолого-геофизические условия проведения каротажных работ

В геофизике главным объектом изучения являются горные породы и связанные с ними полезные ископаемые. Сведения о составе пород, глубине и форме их залегания, мощности и наличии в них полезных ископаемых получают путём изучения физических и физико-химических полей разной природы, интенсивность которых зависит от петрофизических характеристик объекта, его геологического строения и мощности искусственного источника поля.

При геофизических исследованиях горные породы и полезные ископаемые изучаются в разрезах скважин. Скважина представляет собой вертикальную или наклонную цилиндрическую выработку, длина которой значительно больше её диаметра. Она состоит из трёх основных частей: устье – её верх, забой – её дно и ствола – вся цилиндрическая часть от забоя до устья. Скважины бурятся с целью поисков месторождений нефти, газа, угля, руд, пресных и термальных вод, а также для решения различных геологических задач. Значительный объём скважин приходится на эксплуатационные и нагнетательные, которые бурятся при разработке месторождений нефти и газа.

Скважина – это сложное и дорогостоящее сооружение, поэтому получение наиболее полной и качественной информации о её техническом состоянии, о вскрытых горных породах, процессе выработки нефтяных и газовых, угольных и рудных пластов является важной задачей. Геофизические методы исследования скважин играют при этом первостепенную роль, т.к. только они дают наибольший объём непрерывной информации, позволяющей обнаружить месторождения полезных ископаемых, обосновано вести их разработку.

Вскрывая толщи горных пород, скважина нарушает их естественное залегание. В результате частично изменяются физико – химические условия окружающей среды и петрофизическая характеристика пород, прилегающих к стенке скважины. Изменяются также первоначальные геостатическое давление и температура.

Горные породы обладают различными механическими свойствами. Плотные сцементированные породы при разбуривании вблизи стенки скважины не разрушаются, рыхлые, хрупкие, трещиноватые породы, наоборот, размываются промывочной жидкостью, вследствие чего образуются каверны, т.е. увеличивается диаметр ствола скважины.

Вскрытие пород при бурении осуществляется, как правило, при давлении в скважине, превышающем пластовое, поэтому в пористые, проницаемые породы проникает промывочная жидкость. Поры пород – коллекторов обычно имеют небольшие размеры (от единиц до сотен микрометров), и в такие породы поступает только фильтрат промывочной жидкости, а глинистые частицы оседают на стенке скважины, образуя при этом глинистую корку. Глинистая корка препятствует разрушению породы и снижает дальнейшее поступление фильтрата жидкости в пласт.

В результате воздействия промывочной жидкости на проницаемый пласт под давлением, превышающим пластовое, образуется зона проникновения фильтрата промывочной жидкости. В зоне проникновения физические свойства породы изменены. Прежде всего изменяется физико- химический состав флюида в поровом пространстве. При взаимодействии фильтрата промывочной жидкости с породой могут произойти различные физико-химические процессы: набухание глинистых частиц, реакции окисления и восстановления, образование потенциалов фильтрации и т.д. Размеры зоны проникновения радиальном направлении могут изменяться в достаточно широких пределах – от единиц сантиметров Вблизи стенки скважины фильтрат промывочной жидкости вытесняет в значительной мере первоначальный флюид (пластовую воду, нефть, газ). Наиболее изменённая часть пласта вблизи стенки скважины называется промытой зоной.

в.

Схема пласта-коллектолра, пересечённого скважиной.

1 – неизменённая проникновением часть пласта-коллектора мощностью h с истинным удельным сопротивлением ρ _п; 2 – зона проникновения диаметром D, с удельным сопротивлением ρ _зп; 3 – полностью промытая зона радиусом r_пз, с удельным сопротивлением ρ _пз; 4 – глинистая корка толщиной h_гк; 5 – скважина диаметром d_с, с удельным сопротивлением ПЖ ρ_с; 6 – вмещающие породы с удельным сопротивлением

При изучении физических характеристик неизменной части пласта геофизическими методами сама скважина, промытая зона и зона проникновения фильтрата промывочной жидкости являются препятствиями для установления истинных параметров породы – её пористости, проницаемости, глинистости, нефтегазонасыщения и т.д. Для устранения влияния измененной части пласта на показания геофизических методов созданы специальные аппаратурные устройства, позволяющие увеличить глубинность метода в радиальном направлении, и разработаны способы интерпретации, исключающие влияние диаметра скважины и промывочной жидкости, диаметров промытой зоны и зоны проникновения и их физических свойств. При использовании установок с малым радиусом исследования (микрометоды) на показания геофизических методов оказывают влияние толщина и физические свойства глинистой корки.

При бурении скважин в качестве промывочных жидкостей, используемых для выноса на поверхность выбуренных частиц горных пород, а также для укрепления стенок скважин и вращения долота при турбинном ьбурении, применяются специально приготовленный глинистый раствор с добавлением различных реагентов и утяжелителей, техническая вода, обогащённая глинистыми частицами из разбуриваемых глинистых толщ, и так называемые фильтрующиеся растворы на нефтяной или других основах. Промывочные жидкости характеризуются определённой плотностью, вязкостью, водоотдачей, содержанием песка, концентрацией растворённых солей и т.д. От физико-химических свойств промывочной жидкости зависит эффективность различных методов исследования скважин.

После окончания бурения и проведения геофизических исследований в открытом стволе скважины её укрепляют обсадными металлическими колоннами. В скважину в зависимости от её конструкции могут опускать одну или несколько колонн. Пространство между опущенной колонной и стенкой скважины укрепляют с помощью цементного раствора с целью разобщения отдельных пластов и раздельного их опробования при поисках, разведке и разработке месторождений. Исследования разрезов скважин, креплённых металлическими трубами, возможно проводить только методами радиометрии, термометрии, сейсмометрии.

При измерениях радиоактивных, тепловых, акустических полей на показания методов в креплённых скважинах искажающее влияние оказывают не только скважина, промытая зона и зона проникновения, но и толщина стенок обсадных колонн и их материал, толщина цементного камня в затрубном пространстве и качество его сцепления с колонной и породами. Существуют способы, позволяющие исключить или учесть влияние колонны и цемента на показания геофизических методов.

Геофизические исследования разрезов нефтяных и газовых скважин всех категорий (каротаж) подразделяют:

- на общие, материалы которых предназначены для расчленения разбуренных разрезов, выделения в них основных литолого-стратиграфических комплексов пород, перспективных и продуктивных отложений;

- детальные, которые выполняют в продуктивных и перспективных на нефть и газ интервалах с целью определения количественных характеристик пластов.

Геологическую интерпретацию данных общих и детальных исследований выполняют непосредственно по завершении скважинных работ (оперативная интерпретация) и на этапе подсчёта запасов нефти и газа (сводная интерпретация), используя для этого петрофизическое обеспечение в разной стадии готовности.