В. В. Климов, А. В. Шостак геофизические исследования скважин
 Скачать 7.18 Mb.
|
|
В.В. Климов, А.В. Шостак ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН Учебное пособие Краснодар 2014 2 УДК 550.3(075.8) ББК 26.2я73 К49 Рецензенты: В .В. Стогний, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геофизических методов поиска и разведки КубГУ Е .П. Запорожец, доктор технических наук, профессор кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна КубГТУ К49 Климов, Вячеслав Васильевич, Геофизические исследования скважин : учебное посо- бие / В.В. Климов, А.В. Шостак; ФГБОУ ВПО «КубГТУ». – Краснодар : Издательский Дом – Юг, 2014. – 220 с. ISBN 978–5–91718–301–5 Учебное пособие предназначено для студентов специалитета и бака- лавриата, а также может быть полезно для магистрантов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело» очной и заочной формы обучения, для изучения дисциплин «Геофи- зические исследования скважин» и «Общая геофизика». В нем приведены: цели геофизических исследований и способы ре- шения геологических и технологических задач нефтегазовой геологии и разработки месторождений; физические основы электрических, акустиче- ских, радиоактивных, термических, магнитных и др. методов исследования скважин; сведения об аппаратуре и оборудовании; новые технологии про- ведения геофизических исследований скважин (ГИС). Пособие снабжено необходимыми рисунками, схемами, таблицами. Материал изложен в доступной и сжатой форме на базе научного обобще- ния работ отечественных и зарубежных авторов, иноязычные термины ис- пользованы в минимальном количестве и кратко пояснены. ББК 26.2я73 УДК 550.3(075.8) ISBN 978–5–91718–301–5 В.В. Климов, А.В. Шостак, 2014 ФГБОУ ВПО «КубГТУ», 2014 ООО «Издательский Дом – Юг», 2014 3 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................... 8 1. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН ............................................................. 11 1.1 Классификация методов ГИС ............................................................ 11 1.2 Соотношение методов, основанных на исследовании керна, шлама и ГИС .............................................. 11 1.3 Роль и место ГИС на стадиях горно-геологического процесса ..... 12 2. СКВАЖИНА КАК ОБЪЕКТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ . ............................................ 16 2.1 Схемы и технологии проведения ГИС .............................................. 17 2.2 Основные марки геофизических (каротажных) кабелей ................ 23 3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОТКРЫТОМ СТВОЛЕ СКВАЖИН ................................................... 27 3.1 Электрические методы исследования скважин ............................... 27 3.1.1 Электрические и электромагнитные свойства горных пород ........................................................... 28 3.1.2 Удельное электрическое сопротивление горных пород ................................................ 30 3.1.3 Модификации электрического каротажа ............................. 33 3.1.4 Измерение кажущегося удельного сопротивления горных пород ................................................ 34 3.1.5 Кривые кажущегося удельного сопротивления .................... 36 3.1.6 Боковое каротажное зондирование (БКЗ) ............................ 37 3.1.7 Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности. Палетки БКЗ .............................. 38 3.1.8 Микрозондирование (микрокаротаж) ................................... 42 3.1.9 Боковой каротаж ...................................................................... 44 3.1.10 Боковой микрокаротаж ........................................................... 45 3.1.11 Индукционный метод каротажа скважин ............................. 46 3.1.12 ВИКИЗ ....................................................................................... 48 4 3.1.13 Литологическое расчленение разреза ................................... 49 3.1.14 Выделение коллекторов и оценка типа насыщения ............ 51 3.1.15 Метод потенциалов собственной поляризации ................... 52 3.1.16 Диффузионно-адсорбционные потенциалы ......................... 52 3.1.17 Фильтрационные и окислительно-восстановительные потенциалы ПС ....................................................................... 55 3.1.18 Измерение потенциалов ПС в скважинах и помехи при записи каротажных диаграмм ........................................ 56 3.1.19 Обработка и интерпретация диаграмм ПС ........................... 59 3.1.20 Метод потенциалов вызванной поляризации ...................... 60 3.1.21 Метод токового каротажа ...................................................... 61 3.1.22 Метод электродных потенциалов ......................................... 63 3.2 Методы акустического каротажа ...................................................... 64 3.2.1 Акустический каротаж по скорости и затуханию ............... 66 3.2.2 Аппаратура акустического метода. ....................................... 68 3.2.3 Метод шумометрии ................................................................ 75 3.3 Радиоактивный каротаж ..................................................................... 77 3.3.1 Гамма-каротаж .......................................................................... 80 3.3.2 Гамма-гамма-каротаж ............................................................... 86 3.3.3 Плотностной гамма-гамма-каротаж ........................................ 88 3.3.4 Селективный гамма-гамма-каротаж ....................................... 89 3.3.5 Нейтронный каротаж (стационарные нейтронные методы) ...................................... 89 3.3.6 Нейтронный гамма-каротаж (НГК) ......................................... 90 3.3.7 Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым (ННК-Т) и надтепловым нейтронам (ННК-Н) ....................... 94 3.3.8 Импульсный нейтронный каротаж (ИНК) ............................. 96 3.3.9 Гамма-нейтронный каротаж .................................................... 99 3.3.10 Нейтронно-активационный каротаж..................................... 100 3.3.11 Метод меченых атомов: применяемые модификации, физические основы, методика применения, область применения ................................................................ 101 3.3.12 Метод наведенной активности: физические основы, методика проведения, область применения ......................... 103 3.3.13 Новый способ и технология каротажа с использованием меченых веществ ..................................... 104 5 3.4 Метод термометрии ............................................................................ 107 3.4.1 Метод естественного теплового поля ................................... 113 3.4.2 Метод искусственного теплового поля ................................... 115 3.5 Кавернометрия .................................................................................... 116 3.6 Профилеметрия ................................................................................... 118 3.7 Метод пластовой наклонометрии ...................................................... 119 3.8 Современное приборное обеспечение и комплексы ГИС, применяемые за рубежом при строительстве и эксплуатации скважин .................................... 120 4. КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКВАЖИН. РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ ............................................................................ 126 4.1 Измерение искривления скважин (инклинометрия) ....................... 126 4.2 Основные задачи контроля технического состояния крепи скважин ................................................................... 130 4.3 Оценка качества цементирования скважин ...................................... 131 4.3.1 Акустический контроль качества цементирования скважин ....................................................... 131 4.3.2 Метод гамма-гамма-каротажа ............................................... 133 4.3.3 Метод радиоактивных изотопов ........................................... 136 4.3.4 Применение метода термометрии при контроле цементирования скважин ............................... 136 4.4 Общие положения контроля технического состояния обсадных колонн ............................................................... 137 4.4.1 Основные задачи контроля технического состояния обсадных колонн .................................................. 138 4.4.2 Основные виды дефектов и повреждений обсадных колонн ..................................................................... 139 4.5 Научно-обоснованная концепция контроля технического состояния обсадных колонн ....................................... 141 4.6 Методы контроля технического состояния обсадных колонн ....... 143 4.7 Определение мест притока воды в скважину, зон поглощения и затрубного движения жидкости ......................... 159 4.7.1 Новая технология определения мест негерметичности в муфтовых соединениях обсадных колонн ........................ 161 6 4.7.2 Новая технология определения источников обводнения добываемой продукции и выявления интервалов негерметичности заколонного пространства скважин ...... 163 5. СХЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ ГИС В НАКЛОННО-ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ .................... 165 5.1 Горизонтальная скважина как объект геофизических исследований ............................................................ 165 5.2 Профили наклонно-направленных и горизонтальных скважин .................................................................... 165 5.3 Технологии доставки геофизических приборов в горизонтальные скважины .............................................................. 167 5.4 Каналы связи, используемые при исследовании горизонтальных скважин .................................................................... 173 5.5 Технологии проведения ГИС в ГС при бурении скважин .............. 174 5.5.1 Технологии проведения ГИС в ГС за рубежом ................... 174 5.5.2 Технологии проведения ГИС в ГС в России ........................ 176 5.6 Аппаратурно-методические комплексы и приборное обеспечение для проведения ГИС при эксплуатации скважин ............................ 181 6. ИНФОРМАТИВНОСТЬ И ОГРАНИЧЕНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ ............................................ 187 6.1 Информативность геофизических методов в условиях ГС .......... 187 6.2 Особенности геофизических исследований разведочных горизонтальных скважин ........................................... 189 6.3 Особенности геофизических исследований эксплуатационных горизонтальных скважин ................................ 190 7. КОНТРОЛЬ ЗА РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ И ГАЗОГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ........................... 194 7.1 Использование данных промысловой геофизики для контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений ...................... 196 7.2 Общие принципы организации автоматизированной обработки данных ГИС ...................................................................... 197 7.3 Основные задачи интерпретации данных ГИС................................ 197 7 7.4 Контроль за изменением положения контактов газ-нефть-вода в эксплуатационных скважинах ...................................................... 199 7.5 Основные технические требования к подготовке действующих скважин для проведения геофизических и гидродинамических исследований ...................... 201 8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГИС .............. 205 8.1 Общие положения ............................................................................... 205 8.2 Требования к геофизической аппаратуре, кабелю и оборудованию ..................................................................... 205 8.3 Геофизические работы при строительстве скважин ....................... 207 8.4 Геофизические работы при эксплуатации скважин ........................ 209 8.5 Прострелочно-взрывные работы ....................................................... 210 8.6 Ликвидация аварий при геофизических работах ............................. 213 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ....................................214 8 ВВЕДЕНИЕ Геофизические исследования скважин (ГИС) представляют собой совокупность методов, применяемых для изучения горных пород в около- скважинном и межскважинном пространствах. Они базируются на изуче- нии физических свойств горных пород по стволу скважины, что позволяет определить: последовательность и глубины залегания пластов, их литоло- го-петрофизические свойства; наличие и количественное содержание в не- драх полезных ископаемых. Результаты геофизических исследований ото- бражаются в виде диаграмм изменения физических свойств пород в функ- ции глубины скважины. Геофизические исследования скважин делятся на: 1. Геофизические исследования в открытом стволе скважины, пред- назначенные для изучения горных пород, непосредственно в околосква- жинной зоне (сокращенно – каротаж). 2. Геофизические исследования в обсаженных нефтегазовых скважи- нах (промысловая геофизика). 3. Геофизические исследования для изучения межскважинного про- странства (скважинная геофизика). Параметры естественных и искусственно создаваемых физических полей в скважине связаны с физическими свойствами горных пород и от- ражают структурные, коллекторские и другие характеристики в около- скважинном и межскважинном пространствах. Прямая задача ГИС – это нахождение параметров физических полей в скважине по заданным параметрам его источников и характеристикам среды. Обратная задача ГИС – это определение характеристик среды по из- меренным параметрам физических полей. В основе любого метода скважинной геофизики лежит регистрация параметров соответствующего поля, несущего информацию не только о физических свойствах горных пород, но и об условиях измерения, таких как температура и давление в скважине, ее диаметр, свойства промывоч- ной жидкости и т.п. Поэтому измеряемый геофизический параметр (электрическое со- противление, потенциал самопроизвольной поляризации, естественная ра- диоактивность и др.) не является истинным, характерным для естественно- го залегания горных пород. 9 Для того чтобы получить значение истинного физического параметра необходимо внести соответствующие поправки, что составляет смысл геофи- зической интерпретации данных каротажа. Полученные в результате геофи- зической интерпретации исправленные величины свободны от влияния усло- вий проведения измерений и условий вскрытия пласта и являются характери- стиками горных пород, позволяющими сравнивать их между собой. Специфика обратных задач ГИС состоит в том, что из-за недоступ- ности исследуемого объекта о его параметрах судят по косвенным прояв- лениям. Так, о горной породе в околоскважинном пространстве судят по результатам измерений характеристик физических полей в скважине. Между тем поле в скважине имеет интегральный характер. Вклад в его формирование вносят различные зоны: – сама скважина; – близкая к ее стенке, а потому измененная в результате бурения часть пласта; – его неизмененная – удаленная часть; – вмещающие породы. На практике это приводит к тому, что небольшим изменениям пара- метров поля, соответствует множество решений (моделей среды), сущест- венно отличающихся одно от другого. Обратные задачи, обладающие такими свойствами, называют неус- тойчивыми. С целью преодоления неустойчивости стремятся сузить мно- жество возможных решений, для чего используют дополнительную ин- формацию. Ее важнейший источник-данные, полученные с помощью дру- гих геофизических методов, имеющих иную глубинность и основанных на изучении различных по своей природе физических полей. Геофизические исследования в настоящее время являются неотъем- лемой частью геологических, буровых, эксплуатационных и ремонтных работ, проводимых при разведке, разработке и эксплуатации нефтяных, га- зовых и других месторождений полезных ископаемых. Контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений вклю- чает комплексы ГИС в действующих скважинах, размещенных в пределах эксплуатируемой залежи для изучения процесса вытеснения нефти в пла- сте и закономерностей перемещения водонефтяного, газонефтяного и газо- водяного контактов. В современном представлении понятие «комплекс ГИС» рассматри- вается как единая система геофизических исследований скважин, вклю- чающая в себя: 10 – набор (перечень) видов каротажа, необходимых для решения всех геологических задач в конкретных геолого-технических условиях; – технологию проведения ГИС (этапность исследований, последова- тельность измерений, условия подготовки скважин и аппаратуры); – методики обработки первичных материалов и интерпретации дан- ных ГИС, включая обоснование достоверности результатов интерпретации. Комплексы ГИС и методики их применения обеспечивают литологиче- ское расчленение разреза, выделение проницаемых пластов, оценку характе- ра насыщения коллекторов, определение параметров для подсчета запасов нефти и газа, контроль технического состояния скважин и другие вопросы. Следует особо отметить, что определение технического состояния скважин проводится на всех этапах их «жизни»: при строительстве, экс- плуатации, проведении капитальных ремонтов, консервации и ликвидции. Во время бурения инклинометром определяют траекторию ствола скважи- ны, каверномером – ее диаметр, резистивиметром и электрическим термо- метром – места поступления жидкости из пласта в скважину и поглощения промывочной жидкости. После спуска обсадных колонн проводится опре- деление их проходного сечения, выявление механического износа (с по- мощью трубных профилемеров) и других возможных повреждений труб (с помощью дефектоскопической аппаратуры), опрессовка на герметич- ность и оценка качества цементирования. При эксплуатации скважин контроль их технического состояния за- ключается в выявлении мест нарушений герметичности цементного коль- ца, сцепления цемента с колонной и породой, целостности колонны, гер- метичности ее муфтовых соединений и т.д. К ГИС принято также относить прострелочно-взрывные работы (перфорацию обсадных колонн и торпедирование), опробование пластов приборами на каротажном кабеле и отбор керна боковыми грунтоносами. Комплексы ГИС включают геофизические, гидродинамические и гео- лого-технологические методы. Комплексы ГИС применяют для определения характера текущей насыщенности пласта, контроля положения ВНК и ГВК, изучения эксплуатационных характеристик работающих пластов, выявления перетоков флюидов в заколонном пространстве скважин и технического со- стояния обсадных колонн. Каждый комплекс ГИС включает основные и до- полнительные методы. При контроле разработки месторождений комплексы ГИС пересматривают в зависимости от конкретных геолого-технических ус- ловий, возложенных задач и стадии выработки месторождения. 11 |