Геофизические исследования скважин в нефтегазовом деле

Размещено на http://allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

Институт урбанистики, архитектуры и строительства

Кафедра: «Геоэкология и инженерная геология»

Контрольная работа

на тему: «Виды исследования скважин»

по дисциплине «Геофизические исследования скважин в нефтегазовом деле»

Саратов 2021 г

Оглавление

Введение

1. Содержание и задачи работ по исследованию скважин

2. Электрическое, электромагнитное и акустическое исследования скважин

2.1 Акустический метод исследования скважин

2.2 Радиоактивный, магнитный и ядерно-магнитный каротаж

3. Оборудование для исследования скважин

Заключение

Библиографический список

Введение

В целях изучения геологического разреза скважин, их технического состояния и контроля за режимом разработки месторождений проводятся исследования скважин. Задачами исследований скважин являются определение их роли в комплексе геолого-геофизических работ, ознакомление с основными физическими свойствами горных пород и с физическими основами методов скважинных наблюдений, алгоритмами геологической обработки и интерпретации данных.

Таким образом, тема работы является актуальной.

Целью работы является исследование основных видов исследования нефтегазовых скважин.

Задачи работы:

- рассмотреть содержание и задачи работ по исследованию нефтегазовых скважин;

- изучить основные виды исследования скважин.

При написании работы использована учебная и специальная литература по тематике исследования скважин.

1. Содержание и задачи работ по исследованию скважин

Исследование скважин служит для получения геологической документации разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, осуществления контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений, изучения технического состояния скважин и т.д.

С этой целью по данным исследований изучают в скважинных условиях физические свойства горных пород.

Методы исследований подразделяются на электрические, радиоактивные, акустические, магнитные, термические и т.п. Геофизические методы позволяют представить разрезы скважин комплексом физических характеристик, таких, как удельное электрическое сопротивление, радиоактивность, теплопроводность изучаемых сред, скорость распространения упругих волн в них и т.п. [2]

Основным документом для геологической службы является литолого-стратиграфическая колонка, содержащая результаты интерпретации материалов исследований и сведения о положении границ пластов и их толщине, литологической характеристике каждого пласта, наличии коллекторов, характере флюида, заполняющего поровое пространство продуктивных пластов (нефть, газ, вода), и др.

Окончательный результат геофизических исследований представляется такими физическими параметрами, как пористость, проницаемость, глинистость пород, коэффициент нефтегазонасыщения порового пространства. Оценка этих параметров и составляет один из важнейших этапов процесса интерпретации геофизических данных. Интерпретация, в свою очередь, может быть качественной, если, например, определяется литологический состав породы, и количественной, если оценивается количество содержащегося в породе того или иного компонента (глины, нефти, газа и др.) [8].

Методы исследования скважин используются также при контроле технического состояния скважин и при исследовании действующих скважин в процессе разработки нефтегазовых месторождений. За последнее время широкое распространение получила интерпретация данных ГИС с помощью ЭВМ и персональных компьютеров.

Исследования ведутся при помощи геофизического оборудования. При геофизическом исследовании скважин применяются все методы разведочной геофизики.

Геофизические исследования делятся на две группы методов - методы каротажа и методы скважинной геофизики. Каротаж предназначен для изучения пород непосредственно примыкающих к стволу скважины (радиус исследования 1-2 м). Часто термины каротаж и ГИС отождествляются, однако ГИС включает также методы, служащие для изучения межскважинного пространства которые также называют скважинной геофизикой [6].

2. Электрическое, электромагнитное и акустическое исследования скважин

Существуют различные модификации электрических и электромагнитных методов исследования разрезов скважин, основанные на изучении электромагнитных полей различной природы в горных породах. Электромагнитные поля делятся на естественные и искусственные. Естественные поля в земной коре обусловлены электрохимическими процессами, магнитотеллурическими токами и другими природными явлениями.

Искусственные электромагнитные поля создаются в горных породах генераторами постоянного или переменного тока различной мощности и представляют собой непосредственный результат деятельности человека, направленный на изучение строения земной коры, поиск, разведку и разработку месторождений.

Методы электрометрии делятся на две большие группы - естественного и искусственного электромагнитного поля, а по частоте - на методы постоянного, квазипостоянного и переменного поля. Среди методов переменного поля различают низко- и высокочастотные [3].

Для изучения стационарных естественных электрических полей применяются методы потенциалов собственной поляризации (ПС) горных пород. Искусственные стационарные и квазистационарные электрические поля исследуются методами кажущегося сопротивления (КС), микрозондирования (МЗ), сопротивления заземления (БК(боковое каротажное) и МБК), методами регистрации тока (ТМ) и потенциалов вызванной поляризации (ВП). Искусственные переменные электромагнитные поля изучаются индукционными (ИК), диэлектрическими (ДМ) и радиоволновыми методами [5].

Для определения удельного сопротивления горных пород в скважине используется источник тока, создающий в среде электрическое поле.

Боковое каротажное зондирование измерение кажущихся сопротивлений пород вдоль ствола скважины при помощи каротажных зондов различной длины, чем обеспечивается различная глубина исследования в направлении, перпендикулярном к оси скважины. Заключается в исследовании разрезов скважин набором зондов разного размера. По результатам обработки материалов БКЗ строят кривую зондирования - зависимость кажущегося сопротивления изучаемого пласта от длины зонда. По палеткам БКЗ определяют удельное сопротивление пласта и глубину проникновения фильтрата промывочной жидкости [8].

Метод микрозондов (микрокаротаж) дает оптимальные результаты в отложениях всех видов при детальном выделении границ проницаемых пластов. Проводится зондами малого размера. Во время записи электроды микрозонда плотно прижимаются к стенке скважины. определяет сопротивление промытой зоны породы вблизи ствола скважины. С помощью минфокаротажа можно выделить зоны с различной пористостью.

Индукционный каротаж (ИК) Является электромагнитным методом, основанным на измерении кажущейся удельной электрической проводимости горных пород. Измерения при ИК производятся с помощью спускаемого в скважину глубинного прибора, состоящего в наиболее простом виде из двух катушек: возбуждающей, питаемой переменным током, и приемной (измерительной), снабженной усилителем и выпрямителем.

Под действием магнитного поля этих токов (вторичное поле) в приёмной катушке возникает ЭДС, величина которой зависит от удельной электрической проводимости горных пород. Для устранения влияния магнитного поля генераторной катушки на приёмную применяют компенсирующие элементы (например, катушки, магнитное поле которых направлено противоположно полю генераторной катушки). Полезный сигнал с приёмной катушки поступает на усилитель, расположенный в скважине, затем по кабелю на поверхность, где регистрируется [1].

Индукционный каротаж используется для изучения удельного электрического сопротивления горных пород, выявления в разрезе нефтеносных пластов, исследования тонкослоистых разрезов (наиболее эффективно в низкоомных разрезах до 50 Ом*м). Преимущество индукционного каротажа по сравнению с другими видами электрического каротажа в том, что питающие и приёмные устройства не требуют непосредственного контакта с буровым раствором и стенкой скважины, это позволяет применять его в сухих или с непроводящим буровым раствором скважинах (например, на нефтяной основе, пресной воде).

Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС). Вокруг скважины, заполненной глинистым раствором или водой, самопроизвольно возникают электрические поля, названные самопроизвольной или собственной поляризацией (естественные потенциалы). Происхождение таких потенциалов в скважине обусловлено диффузионно-адсорбционными, фильтрационными и окислительно-восстановительными процессами, возникающими на границах пластов, различающихся по своим литологическим свойствам, и на контакте промывочной жидкости в скважине и пластов, поры которых заполнены водой той или иной минерализации [7].

Прочие электрометоды и комлексы электрических измерений в скважине. Помимо вышеперечисленных электрометодов в практике каротажа скважин используются иногда и методы вызванных потенциалов (ВП) и диэлектрический каротаж (ДК). Метод ВП предназначен для оценки свойств горных пород и основан на способности пород поляризоваться при прохождении через них электрического тока. Чаще всего метод ВП находит применение для выделения угольных и рудных пластов. Метод ДК основан на измерении кажущейся диэлектрической проницаемости горных пород ?к, которая численно равна диэлектрической проницаемости такой однородной непроводящей среды, показания которой равны показаниям в данной неоднородной среде с конечным сопротивлением.

Для сокращения времени производства геофизических работ применяют комплексы электрометодов, когда одновременно за один спуск-подъем осуществляются измерения несколькими различными зондами или методами. геологический скважина месторождение акустический

2.1 Акустический метод исследования скважин

Метод геофизических исследований в скважинах, основанный на изучении акустических свойств (скоростей распространения и затухания упругих волн) горных пород, пересечённых скважиной.

Используется при поисках и разведке месторождений, контроле технического состояния скважин, интерпретации данных сейсмической разведки, а также при решении инженерных геологических задач. При акустическом каротаже используют звуковой (0,5-15 кГц) и ультразвуковой (20-50 кГц, 0,3-2,0 МГц) диапазоны частот. Акустический каротаж проводят с помощью глубинного датчика, связанного каротажным кабелем с наземными измерительными и регистрирующими приборами. Основные элементы глубинного прибора -- излучатели и приёмники упругих волн, а также акустические изоляторы, предотвращающие распространение упругих волн по корпусу глубинного прибора. Излучателями служат магнитострикционные преобразователи, изменяющие радиус металлическими (пермендюр, никель) цилиндра под действием переменного магнитного поля, или пьезоэлектрические преобразователи из титаната бария, цирконата свинца, создающие колебания в результате воздействия переменного электрического поля. Приёмники -- пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическую энергию упругих волн в электрические импульсы [2].

При проведении акустического каротажа электрические импульсы поступают из блока синхронизации и управления в излучатели, где преобразуются в импульсы упругих колебаний длительностью 5-10 мс; преобладающая энергия этих импульсов сосредоточена в полосе частот 10-15 кГц. Измеряют времена пробега основных типов волн и коэффициент затухания. По результатам измерений строят геоакустические модели разрезов скважин для интерпретации данных сейсморазведки, проводят оценку пористости продуктивных пластов, определяют упругие модули горных пород (модули Юнга, сдвига, объёмного расширения), выявляют зоны повышенной трещиноватости и кавернозности. Совместное использование данных акустического, электрического и радиоактивного каротажа позволяет осуществлять литологическое расчленение разрезов, выявлять коллекторы нефти, газа, определять коэффициент насыщения, контролировать разработку месторождений нефти и газа [9].

2.2 Радиоактивный, магнитный и ядерно-магнитный каротаж

Комплекс ядерно-физических методов изучения состава и строения горных пород, слагающих стенки скважин, а также контроля за техническим состоянием скважин. В соответствии с видом регистрируемого излучения различают разновидности гамма-каротажа и нейтронного каротажа. Методы гамма-каротажа основаны на измерении интенсивности g-излучения, обусловленного естественной радиоактивностью пород (гамма-каротаж), и вторичного g-излучения (гамма-гамма-каротаж) или нейтронного излучения (гамма-нейтронный каротаж), возникающих в породах при облучении их источниками g-квантов. Методами нейтронного каротажа регистрируют параметры многократно рассеянных тепловых и надтепловых нейтронов, образующихся в результате замедления в горных породах быстрых нейтронов (нейтрон-нейтронный каротаж) или g-квантов, возникающих при захвате медленных нейтронов в горных породах (нейтронный гамма-каротаж).

При проведении радиоактивного каротажа применяют скважинный прибор, в котором размещаются детекторы нейтронов или гамма-излучения (интегрального или спектрометрического типа), для регистрации вызванной активности в скважинную аппаратуру помещают также источники нейтронов или гамма-квантов. Сигналы детекторов передаются по кабелю на поверхность на каротажную станцию, где они регистрируются. Радиоактивный каротажа входит в обязательный комплекс методов поисков, разведки и контроля разработки месторождений (в т.ч. в скважинах, обсаженных стальными трубами) [4].

Методы гамма-каротажа широко используются для поисков и разведки радиоактивных руд, калийного и фосфатного сырья, характеризующихся повышенной радиоактивностью, а также при разведке нефтегазоносных и угольных пластов. Гамма-гамма каротаж применяют для изучения плотности горных пород, определения содержания в них тяжёлых элементов, а также состояния цемента в затрубном пространстве. Методы нейтронного каротажа дают важную информацию о содержании в пластах таких элементов, как водород, хлор, железо, хром, бор и др., позволяют выявлять водородсодержащие (в т.ч. нефтегазоносные) пласты. Для различения пластов, насыщенных нефтью или пластовой водой (в них близкое содержание водорода), применяют импульсный нейтронный каротаж.

Для изучения геологического разреза скважин и выделения в нем полезных ископаемых используются магнитные и ядерно-магнитные свойства горных пород. Методы ГИС, основанные на изучении магнитных свойств пород, слагающих разрезы скважин, называют магнитным каротажем. Существуют две его модификации: каротаж по естественному магнитному полю и магнитной восприимчивости.

Каротаж по магнитному полю (скважинная магниторазведка) основан на изучении магнитных аномалий, связанных с магнитным полем Земли, которое в каждой точке пространства характеризуется вектором напряженности. Величина и направление этого вектора определяются тремя составляющими X, Y и Z, измерение которых может осуществляться с помощью трех взаимно перпендикулярных магниточувствительных датчиков, расположенных соответственно вдоль оси скважины (измерение Z), в вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины (измерение Х) и в горизонтальной плоскости (измерение Y). Каротаж по магнитному полю применяют для выявления намагниченных рудных тел в околоскважинном пространстве.

Каротаж магнитной восприимчивости пород основан на измерении этой величины двумя разными способами: по изменению индуктивности соленоида и величине реактивной составляющей напряженности вторичного магнитного поля. Такой каротаж применяется для литологического расчленения разрезов скважин, их корреляции, выделения зон оруденения, определения содержания железа в магнетитовых рудах, получения данных для интерпретации аномалий магнитного поля, отмеченных при магниторазведке.

Ядерно-магнитный каротаж (ЯМК) основан на том, что ядра ряда элементов, таких как водород, фтор, алюминий, углеводород) обладают собственным механическим моментом (спином) и магнитным моментом, оси которых совпадают. При помещении таких ядер в постоянное внешнее магнитное поле Н их магнитные моменты стремятся ориентироваться в направлении вектора данного поля, что ведет к возникновению ядерной намагниченности [9].

При снятии внешнего магнитного поля из-за беспорядочного теплового движения атомов и молекул вещества происходит разрушение приобретенной ядерной намагниченности. Если это происходит в присутствии остаточного магнитного поля, например поля Земли, ядра стремятся перемещаться вдоль этого поля, прецессируя вокруг него подобно волчку в поле силы тяжести, с частотой около 2 кГц (частотой Лармора), обусловленной напряженностью магнитного поля Земли (Нз » 40 А/м) и гиромагнитными свойствами ядер. Частота прецессии (ларморова частота) пропорциональна гиромагнитному отношению gгир (отношению магнитного момента процессирующих ядер к их моменту количества движения) и напряженности магнитного поля.

ЯМК основан на регистрации эффектов свободной прецессии ядер водорода. Аппаратура ЯМК позволяет одновременно автоматически регистрировать две или три каротажные кривые изменения (амплитуд сигнала свободной прецессии при фиксированных временах t1, t2 и t3 и постоянных значениях tпол и tост по разрезу скважины. По этим данным оценивается (или непосредственно регистрируется при использовании счетнорешающего устройства) величина V0, приведенная к моменту выключения поляризующего тока. Интерпретация диаграмм ЯМК заключается в определении величин измеряемого сигнала свободной прецессии (ССП) и времени продольной релаксации Т1. Время поперечной релаксации Т2, будучи искажено неоднородностью поля Земли, для изучения разрезов скважин не используется. На основании интерпретации диаграмм ЯМК возможно выделение коллекторов и оценка их коллекторских свойств и оценка характера насыщения коллектора и перспективы получения нефти, газа или воды из пласта [7].

ЯМК предназначен для выделения пластов, содержащих подвижный флюид, определения их пористости и характера насыщения.

3. Оборудование для исследования скважин

К геофизической аппаратуре относятся наземные геофизические измерительные лаборатории и скважинные геофизические приборы. Геофизическое оборудование обеспечивает электрическую и механическую стыковку скважинной и наземной аппаратуры посредством кабеля, спуск и подъем скважинных приборов и аппаратов с помощью подъемника, блок баланса и других вспомогательных приспособлений.

Геофизические кабели. Грузонесущие геофизические кабели рассчитаны на номинальное переменное напряжение до 660 В, предназначены для геофизических исследований и прострелочно-взрывных работ в скважинах и служат для спуска в скважину глубинных приборов и обеспечения их связи с наземной аппаратурой, неся при этом механическую нагрузку.

Скважинные приборы (зонды, электроды, грузы). Скважинные геофизические приборы должны отвечать следующим техническим требованиям:

- работают в достаточно сложных условиях;

- выдерживать высокие температуры (до 250 С) и давления (до 120 МПа);

- быть стойкими к химически агрессивной внешней среде - растворам солей, щелочи, нефти, газу; механическим воздействиям, возникающим при движении приборов [1].

Для сокращения времени производства ГИС применяют комплексные исследования несколькими зондовыми установками. Из комплексной скважинной аппаратуры наиболее часто используют аппаратуру электрического метода типа Э и комплексную аппаратуру типа КАС.

Под зондом электрического каротажа понимается опускаемое в скважину измерительное устройство, содержащее измерительные и токовые электроды. Их число и расстояние между ними в многоэлектродном зонде определяются комплектом зондов, используемых при выполнении записей с комплексным скважинным прибором. Верхний конец многоэлектродного зонда соединяется с кабелем, а нижний вводится в глубинный прибор. Механическое и электрическое соединение зонда с кабелем осуществляется с помощью стандартных кабельных наконечников и зондовых головок.

Электроды изготавливаются из свинцового провода диаметром 5-6 мм с сердцевиной из стальных проволок, служащих для увеличения прочности. Свинец обеспечивает более устойчивую электродную разность потенциалов на контакте с промывочной жидкостью по сравнению с другими металлами (медь, латунь, железо).

Грузы подвешиваются к зонду или легким глубинным приборам для обеспечения надежности их спуска в скважину. Применяют грузы свинцовые и чугунные, которые поддаются разрушению в случае оставления их в забое. Свинцовый груз представляет собой свинцовую цилиндрическую болванку, внутри которой имеется каркас. Чугунные грузы состоят из фасонных колец, собранных на центральном стержне.

Спускоподъемное оборудование (подъемники, блок-балансы, датчики глубин). Спуск и подъем скважинных приборов и аппаратов на кабеле производится с помощью подъемника, блок-баланса и кабеля.

Подъемник - спускоподъемное оборудование, установленное на автомобиле. Используются подъемники с лебедками разных размеров и конструкций - в зависимости от типа и длины кабеля (ПК-2, ПК-4 и др.). Лебедки устанавливаются в кузове автомобиля и приводятся в движение автодвигателем. Подъемники обеспечивают перемещение кабеля со скоростью 10000 м/ч.

Блок-балансы служат для направления кабеля в скважину, с их помощью горизонтальное движение кабеля преобразуется в вертикальное и фиксируется длина перемещаемого через него кабеля. На блок-балансе крепятся датчик глубин и датчик натяжения кабеля. Обычно используются рамочные или подвесные блок-балансы [5].

Датчик глубин представляет собой устройство дистанционной передачи вращения мерного ролика лентопротяжному механизму регистратора и счетчикам глубин, установленным на контрольных панелях подъемника и лаборатории. Точное измерение длины кабеля, спущенного в скважину, осуществляется путем нанесения на него через определенные расстояния магнитных меток. Длина спущенного в скважину кабеля (глубина положения зонда или скважинного прибора) отсчитывается от точки отсчета глубин. При исследовании нефтегазовых скважин за точку отсчета обычно принимают уровень стола ротора. Если на скважине бурильный станок отсутствует, то за точку отсчета принимают уровень земной поверхности или фланец обсадной колонны.

Лаборатории и каротажные станции. Геофизические измерительные лаборатории, называемые в некоторых случаях станциями, по способу регистрации геофизической информации подразделяются на аналоговые, аналогово-цифровые, цифровые и компьютизированные. Лаборатории предназначены для геофизических исследований разрезов скважин, контроля разработки месторождений нефти и газа и изучения технического состояния скважин, геолого-технологического контроля и исследований скважин в процессе бурения, опробования и испытания пластов, отбора керна (образцов пород) приборами на кабеле, прострелочно-взрывных работ в скважинах и т.д.

Аналоговые лаборатории предназначены для исследования скважин приборами на одно-, трех- и семижильном кабелях и позволяют проводить замеры всеми известными геофизическими методами. Результаты измерений регистрируются на светочувствительной бумаге с помощью осциллографов Н015 и Н017 (лаборатории типа ЛКЦ7-02,СК-1 и АКС-65-П) или с помощью двухканального самопишущего потенциометра типа ПАСК (лаборатория типа АЭКС), позволяющих записывать диаграммы ГИС в масштабах глубин 1:500, 1:200, 1:100, 1:50 и 1:20 [6].

Аналогово-цифровые лаборатории - серийные геофизические лаборатории, модернизированные путем применения в них аппаратуры цифровой регистрации данных ГИС, т.е. параллельно с аналоговой регистрацией информации ведется регистрация аналоговых сигналов в кодовой форме на магнитной ленте или перфоленте. Разработано несколько цифровых регистраторов, преобразующих аналоговые сигналы в цифровой код: ПЛК-6, АЦРК-2, «Тюмень» и «Триас».

Цифровые лаборатории типа ЛЦК-10 и ЛК-101 предназначены для геофизических исследований с регистрацией информации в цифровой и аналоговой формах. Аналоговый регистратор - НО28, цифровой - ПЛК-6.

Автоматические компьютизированные геофизические лаборатории представляет собой цифровые лаборатории, непосредственно связанные с ЭВМ. Главная задача таких лабораторий осуществлять оперативную и комплексную интерпретацию данных ГИС непосредственно в процессе каротажа скважин [3].

Заключение

Таким образом, исследование скважин служит для получения геологической документации разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, осуществления контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений, изучения технического состояния скважин и т.д.

В работе рассмотрены следующие виды исследования скважин:

1) Электрическое, электромагнитное

2) Акустическое исследования скважин

3) Радиоактивный, магнитный и ядерно-магнитный каротаж.

Также рассмотрено некоторое оборудование, применяемое при исследовании скважин.

Библиографический список

1. Бурков Ф. А. Геофизические исследования скважин: учебное пособие / Бурков Ф. А. - Томск : Томский политехнический университет, 2017. - 110 с.

2. Горбачев Ю.И. Геофизические исследования скважин. - М.: Недра, 1990. - 398 с.

3. Дьяконов Д.И. Общий курс геофизических исследований скважин : учебник для ВУЗов / Д.И. Дьяконов, Е.И. Леонтьев, Г.С. Кузнецов. - 2-е изд., перераб. - М. : Недра, 2000. - 432 с.

4. Журавлев Г. И. Бурение и геофизические исследования скважин: учебное пособие / Г. И. Журавлев, А. Г. Журавлев, А. О. Серебряков. - 2-е изд., стер. - Санкт-Петербург : Лань, 2018. - 344 с.

5. Заворотько Ю.М. Геофизические методы исследования скважин. - М. : Недра, 1983. - 201 c.

6. Калинникова М.В. Уч. пос. по геофизическим исследованиям скважин / М.В. Калинникова, Б.А. Головин, К.Б. Головин. - Саратов, 2005.-314 с.

7. Квеско Б. Б. Основы геофизических методов исследования нефтяных и газовых скважин : учеб. пособие / Б. Б. Квеско, Н. Г. Квеско, В. П. Меркулов. - М. ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2018. - 228 с.

8. Климов В.В.. Геофизические исследования скважин / В.В. Климов, А.В. Шостак; ФГБОУ ВПО «КубГТУ». - Краснодар : Издательский Дом - Юг, 2014. - 220 с.

9. Латышова М.Г. Обработка и интерпретация материалов геофизических исследований скважин / М.Г. Латышова, Б.Ю. Вендельштейн, В.П. Тузов. - М. : Недра, 1990. - 305 c.

10. Меркулов В. П. Геофизические исследования скважин : учебное пособие / Меркулов В. П. - Томск : Томский политех. университет, 2016. - 146 с.

Размещено на Allbest.ru