Способы каротажа горизонтальных и наклонных скважин

Обновлено: 07.07.2024

Геофизические исследования в скважинах - ГИС

Последние 15 лет мне довелось создать в трёх компаниях геофизическую службу, в том числе и каротажные отряды, поэтому мои повествования будут на основе личного опыта. Теория заимствована из лекций моего коллеги из родного института ( УГГУ ) Сковородникова И.Г., который читает этот курс с 1979 года.

Планирую четыре публикации на тему ГИС:

1. Теоретические основы некоторых методов каротажа.

2. Каротажные станции

3. Скважинные приборы

4. Результаты каротажа на рудных объектах и в гидрогеологических скважинах

Для тех, кто дочитает до конца 4 публикации, расскажу о особых приёмах каротажа в сложных геологических условиях ( когда скважина «валит») и особенностях каротажа ВП в рудных скважинах.

Геофизические исследования скважин (ГИС) — это отрасль разведочной геофизики, отличающаяся от других (сейсмо-, магнито-, электро-, гравиразведки, радиометрии и ядерно-геофизических методов) только по методике исследований. Основные положения теории физических полей, измеряемых в скважинах, остаются теми же, что и в полевой геофизике.

Роль и значение ГИС с течением времени постоянно возрастает, т.к. в перспективе ГИС открывают путь к бес керновому познанию скважин. В настоящее время в скважинах регистрируется свыше 35 различных параметров: разнообразные физические свойства горных пород, напряженность многообразных физических полей, технические характеристики состояния самой буровой скважины. При этом стоимость ГИС составляет лишь незначительную часть от стоимости сооружения и оборудования скважины. В настоящее время буквально все методы полевой геофизики имеют свои аналоги в скважинном варианте и, более того, существуют методы ГИС, не имеющие аналогов среди полевых, например, метод электродных потенциалов, гамма-гамма-каротаж, инклинометрия и др.

В ГИС выделяют три больших раздела: каротаж, операции в скважинах и скважинную геофизику.

Началу изучения физических полей в скважинах положили французы – братья Мишель и Конрад Шлюмберже.

Основной обьём практических исследований выполнялся в Баку, начиная с 1929 года. Ими были предложены к использованию каротаж по сопротивлениям, собственной и вызванной поляризации и кавернометрия.

Коротко об этимологии (происхождении) термина "каротаж". Он происходит от французского la carotte - морковка . Именно так французские буровики называли столбик керна, извлекаемого из скважины. Сам процесс извлечения керна они называли carottage. Затем это слово стали применять и для обозначения процесса документирования разреза по керну. Поэтому, когда французские геофизики предложили свой метод документации разрезов по электрическому сопротивлению, его по аналогии назвали электрическим каротажем. Однако, во французском языке слово "каротаж " имеет еще и другой смысл, означающий " мелкое мошенничество" . По этой причине позднее французы стали использовать другой термин " des diagraphies" - в дословном переводе "диаграммирование", что ближе отражает сущность этих методов. Аналогичный термин существует в английском языке - "well logging" -скважинное диаграммирование. В немецком языке каротаж обозначается как "bohrlochmessung" - измерения в буровых скважинах, что наиболее полно соответствует ГИС по смыслу. Тем не менее, в русском языке прижился термин "каротаж", и мы будем им пользоваться.

Каротаж - это геофизические методы изучения геологического строения

разрезов скважин. Это означает, что в каротаже исследуются очень небольшие объемы горных пород, прилегающие к стенкам самой скважины. Отличительная особенность каротажа - высокая детальность и точность исследований. Эта особенность связана с тем, что результаты каротажа фиксируются в виде непрерывных диаграмм при движении датчиков ( зондов) по стволу скважины с очень небольшим шагом дискретизации, порядка 10 см.и цифровых XLS файлов.

Каротаж позволяет выполнять литологическое расчленение разрезов скважин, выделять в них интервалы полезного ископаемого и определять

физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Интерпретация результатов всех полевых геофизических методов производится на основании данных каротажа: электроразведки - по данным об удельном электрическом сопротивлении УЭС пород, магниторазведки - по значениям магнитной восприимчивости пород, гравиразведки - по плотности и т.д.

В целом ряде случаев именно каротаж дает сведения, необходимые для подсчета запасов месторождений - данные о мощности залежей и содержании полезного компонента в них.

Методы каротажа подразделяются по природе изучаемых в них физических полей на методы электрического каротажа, радиоактивного каротажа и прочие методы.

Подробно рассмотрим только два метода электрокаротажа - КС, ПС как наиболее распространённые.

Каротаж кажущегося сопротивления основан на изучении удельного электрического сопротивления горных пород. Любые измеряемые в скважине геофизические параметры определяются не только физическими свойствами пласта изучаемой породы, но и мощностью пласта, диаметром скважины, физическими свойствами бурового раствора, глубиной и физическими свойствами зоны проникновения фильтрата бурового раствора в породы, толщиной и физическими свойствами глинистой корки, размерами скважинных измерительных устройств. Вследствие этого измеренное удельное сопротивление не равно истинному удельному сопротивлению исследуемой породы, и поэтому оно получило название кажущегося сопротивления (Rk).

Кажущееся сопротивление в неоднородной среде рассчитывается по формуле rk = K DU/ I , где:

K - коэффициент установки (зонда). Поскольку измеряемая разность потенциалов характеризует приёмную линию ( MN ), а величина тока I – питающую линию (AB), то коэффициент зонда K определяет: - какая доля тока питающей линии теоретически приходится на участок приёмной цепи между электродами M и N.

DU - разность потенциалов между измерительными Каротаж кажущегося сопротивления основан на изучении удельного электрического сопротивления горных пород. Любые измеряемые в скважине геофизические параметры определяются не только физическими свойствами пласта изучаемой породы, но и мощностью пласта, диаметром скважины, физическими свойствами бурового раствора, глубиной и физическими свойствами зоны проникновения фильтрата бурового раствора в породы, толщиной и физическими свойствами глинистой корки, размерами скважинных измерительных устройств. Вследствие этого измеренное удельное сопротивление не равно истинному удельному сопротивлению исследуемой породы, и поэтому оно получило название кажущегося сопротивления (Rk).

Кажущееся сопротивление в неоднородной среде рассчитывается по формуле rk = K DU/ I , где:

DU - разность потенциалов между измерительными электродами зонда,

I - сила тока, питающего зонд.

Коэффициент K определяется по формулам:

K= (4pAM*AN) / MN для однополюсного зонда;

K= (4pAM*BM) / AB для двухполюсного зонда;

4p коэффициент, учитывающий объёмный характер измерений;

AM, AN, MN, BM, AB расстояние между электродами, метр.

Электроды A , M и N или A , B и M , расположены на корпусе скважинного прибора и составляют зонд КС.

Кажущееся сопротивление среды равно удельному сопротивлению фиктивной однородной среды, в которой измененная при заданных расстояниях между питающими и приемными электродами A , M , N и токе питания I разность потенциалов DU , имеет ту же величину, что и в реальной неоднородной среде. Кажущееся сопротивление относится к точке “О” - середине между сближенными электродами. Она называется точкой записи .

По аналогии с понятием глубины наземных геофизических исследований в каротаже рассматривают понятие радиуса исследований. Для разных методов каротажа величина глубины исследований определяется по-разному. В частности, радиус исследования потенциал - зонда принят равным его двукратной длине ( 2L ), а градиент - зонда = L . Необходимо отметить, что взаимное расположение электродов зонда определяет и общий вид кривой кажущегося сопротивления.

Литологическая дифференциация пород разреза скважины основывается на знании удельных электрических сопротивлений геологических формаций, слагающих разрез исследуемой скважины. Если скважина пробурена в песчано-глинистых отложениях, то низкие сопротивления характерны для глин и песков, насыщенных высокоминерализованными растворами (применительно к ПВ). Высокие сопротивления наблюдаются в песчаниках, известняках и гравелитах. Так как часто в разрезах скважин встречаются различные породы близкого электрического сопротивления, то их диагностика производится на привлечении материалов кернового бурения скважин изучаемой площади и комплексного анализа диаграмм разных методов исследования скважин.

Зонды применяющиеся при электрокаротаже

Обычно в питающей линии пропускают постоянный или низкочастотный переменный ток и между двумя или более приемными электродами измеряется разность потенциалов (или ее эквивалент - кажущееся сопротивление).

Измерительные электроды MN и питающие электроды АВ в электрозонде называются парными или одноименными .

В практике исследования разрезов скважин ПВ методом кажущегося сопротивления используются зонды двух типов: это градиент-зонд и потенциал-зонд .

Градиент-зондом - называют установку у которой, расстояние между парными электродами меньше, чем расстояние между непарными электродами.

Потенциал-зонд - называют установку у которой, расстояние между парными электродами больше, чем расстояние между непарными .

Пласт высокого сопротивления выделяется на диаграмме потенциал - зонда симметричной аномалией с максимумом

Однополюсный-зонд - состоит из одного питающего и двух приемных электродов.

Двухполюсный-зонд - состоит из двух питающих и одного приемного электродов.

По принципу взаимности, кажущееся сопротивление не изменится, если в зонде заданного типа и размера, сохранив расстояние между электродами, взаимно заменить их назначение, т.е. перейти от однополюсной схемы питания к двухполюсной. Принцип взаимности позволяет распространить все теоретические выводы для однополюсных зондов на двухполюсные, в частности, это относится к коэффициентам зондов и характеру кривой rk.

Если парные электроды зонда расположены ниже непарного, то такой зонд называется последовательным или подошвенным (рис. 6, 6а, 7, 7а), но если парные электроды находятся выше непарного, то такой зонд будет называться обращенным или кровельным (рис. 8, 8а, 9, 9а). Характер кривых rk и, следовательно, способ их интерпретации (в частности, отбивка границ пластов) сильно зависят от взаимного расположения электродов, и потому для последовательного и обращенного зондов они различны.

В практике геофизических исследований считается обязательным диаграмму каротажа сопровождать формулой зонда, т. е. схемой расположения электродов при которой эта диаграмма получена.

Формула зонда - представляет собой описание зонда (т.е. перечисление расположения электродов от кабельной муфты до нижнего конца зонда с указанием расстояния между ними в метрах). В формуле зонда отражается вся информация о типе и конструкции зонда. Например: А 1,0 В 0,1 М – потенциал – зонд, с расстоянием между парными питающими электродами ( А1,0 В) – 1,0 м и расстоянием от среднего электрода « В» до непарного измерительного электрода М - 0.1 м. Размером потенциал – зонда является расстояние между непарными электродами, т.е. 0.1 м.

А 1,0 М 0,1 N – подошвенный градиент – зонд, с расстоянием между парными приёмными электродами ( М 0,1 N) – 0,1 м и расстоянием от верхнего электрода « А» до измерительного электрода М - 1.0 м. Размером градиент – зонда является расстояние между непарными электродами, т.е. 1.0 м.

Принято считать, что глубиность исследования градиент зонда равна 1 – кратной длине зонда, а потенциал – зонда – 2.5 – кратной длине зонда.

Потенциал собственной поляризации (ПС)

Потенциалы собственной поляризации горных пород в скважине возникают в результате окислительно - восстановительных, диффузионно -адсорбционных и фильтрационных процессов. Свойство горных пород поляризоваться под действием перечисленных физико-химических процессов называется естественной электрохимической активностью . В зависимости от физико-химической природы поляризующего процесса электрохимическая активность разделяется на следующие виды:

-диффузионно-адсорбционную, определяющую свойства пород изменять величину и знак диффузионных потенциалов;

-окислительно-восстановительную,характеризующую способность горных пород поляризоваться в случае, когда их окислительно-восстановительный потенциал отличается от потенциала окружающей среды;

- фильтрационную, определяющую возникновение электрического поля в породе при перемещении жидкости через её поровое пространство.

Наблюдение естественных потенциалов в скважинах позволяет выделять водоносные пласты, зоны сульфидной минерализации, оценивать общую минерализацию подземных вод и проводить литологическое расчленение разреза скважины.

Для измерения ПС применяют установку, содержащую два электрода M и N. Обычно электрод М перемещается вдоль скважины на кабеле, а электрод N заземляют в зумфе. Поскольку электрод N неподвижен и потенциал его остается неизменным, то кривую, измеренную электродами М и N, можно рассматривать как кривую

изменения потенциала электрода М. Если необходимо более четко выделить границы пластов или снизить влияние сильных блуждающих токов в рудных скважинах, применяют установку градиента потенциала. Она характеризуется тем, что оба измерительных электрода М и N, составляющих зонд ПС, перемещаются вдоль оси скважины. Точкой записи потенциала служит электрод М, а градиента потенциала - середина между электродами М и N. Измеряемая величина D U выражается в милливольтах (мВ). Для обоснования базы (расстояния между измерительными электродами М и N) градиентной установки ПС необходимо диаграмму, записанную потенциальной установкой, продифференцировать с различным расстоянием (20, 30, 50 и т.д. см) и выбрать наиболее выразительную диаграмму, обеспечивающую выделение пластов минимально – разрешённой мощности (обычно 30 см).

При геологической интерпретации кривых ПС необходимо учитывать следующее.

Величина потенциала собственной поляризации находится в тесной зависимости от диффузионно-адсорбционной активности пород, а, следовательно, - от их относительной глинистости.

Если минерализация пластовых вод выше минерализации фильтрата бурового раствора и пластовое давление ниже гидростатического давления раствора на уровне пласта, то в большинстве случаев отрицательными аномалиями ПС отмечаются чистые песчаные, карбонатные и гидрохимические осадки, а положительными аномалиями ПС - глины и сильно заглинизированные породы.

На диаграммах ПС могут наблюдаться аномалии, не связанные с изменением литологии изучаемого разреза, вызванные нестабильностью электродных потенциалов, потенциалами осаждения, наличием электрических полей гальванокоррозии грузов и зондов, блуждающими токами, утечками и другими причинами. Наибольшие помехи создают силовые установки работающего рудника.

В заключение хочется отметить, что при слабой минерализации поровой жидкости (2-5 Ом*м), характерной для большинства гидрогенных месторождений, и электропроводность горных пород и их поляризуемость обусловлены одним и тем же фактором – глинистостью. Именно поэтому диаграммы ПС и КС так хорошо коррелируются между собой в песчано – глинистой части разреза. Некоторое несовпадение диаграмм по форме объясняется, в первую очередь, несколько различной глубиной исследования обеих методов, и, как следствие, различным влиянием скважины на результаты измерений.

Технология бурения горизонтальных скважин

В области добычи ценных энергетических ресурсов бурение горизонтальных нефтяных скважин занимает важное место: с помощью такой технологии становится возможным добыча нефти из труднодоступных мест, а также разработка сложных участков пород. Создаваемая в процессе бурения горизонтальная скважина имеет определенный угол отклонения от оси вертикального ствола, благодаря чему становится возможным выкачивать нефть наиболее быстрым и продуктивным образом.

Выполнение работ по бурению скважин должно проходить только после подготовительного этапа. К нему относится изучение грунта в месте бурения, получение разрешительной документации, которая является юридическим подтверждением законности нефтедобычи в данном месте.

Способы бурения скважин

Наклонные скважины в целом и горизонтальные в частности можно пробурить несколькими способами.

Основными методами считаются следующие технологии бурения:

Направленная работа.
Сервисное инсталляционное бурение.
Направленный процесс внутриразломного типа.

Стоит заметить, что второй метод обычно проводится вместе с прокладкой коммуникаций под землей, а третий способ чаще применяется в угольном пласте, поскольку в этом случае может потребоваться отведение газа.

Технологические особенности бурения

Ввиду падения эффективности работы старых скважин многие компании увеличивают объем производства посредством интенсивной разработки уже имеющихся и обнаруженных нефтяных залежей. Горизонтальное направленное бурение горизонтальных скважин – это весьма продуктивный способ прироста сырьевой добычи. Его суть заключается в расширении площади введения в ствол скважины продукта. В ходе горизонтального бурения образуются скважины с горизонтальными отрезками, которые становится возможным продолжить при наклонном бурении.

Бурение горизонтальных скважин имеет ряд особенностей, которые уравновешивают влияние такого способа на экологию

Бестраншейное строительство – один из технических методов, который позволяет вести работу возле высоковольтной линии электропередач, в жилищном массиве или около дорожной развязки.
Для сокращения временных затрат при бурении горизонтальных скважин оптимально использовать комплексное оборудование, поскольку при этом объем рабочей силы невелик, как и количество привлеченной к работе техники. Кроме того, в этом случае не нужно проводить действия по снижению уровня грунтовых вод, если они залегают слишком высоко.
Важную роль играет и финансовый вопрос: сокращение рабочего процесса ведет к уменьшению сметы, которая закладывается при планировании скважины. Использование высокотехнологичных устройств способствует минимизации затрат.
С общественной и экологической точки зрения подобные разработки полезных ископаемых не наносят ущерба или неудобств людям, которые постоянно проживают в районе нефтедобычи.

Применение способа горизонтального бурения

Подобный способ не только способствует увеличению количества добываемой нефти с уже эксплуатируемых месторождений. Он также позволяет с успехом разрабатывать участки, работа на которых при бурении обычной скважины считается непродуктивной и нерентабельной.

Подобный способ приносит успех в использовании в ряде случаев:

Неисправности бурового оборудования.
Месторождение нефти, расположенное в труднодоступной части для обычной технологии работы.
Добыча нефти, залегающей на дне крупного водоема (океан или море).

Поломки бура могут происходить из-за залегания особо твердых пластов на пути к месторождению. Также бур может заклинить на месте разработки, и извлечь из горной породы его уже невозможно. Чтобы продолжить разработку и одновременно обойти слишком прочный слой, можно применить бурение горизонтальной скважины под углом или параллельно.

В ряде случаев стандартное бурение скважины заменяется технологией горизонтальной прокладки из-за сложного рельефа, близкого расположения к водоему. Кроме того, такой метод дает возможность быстрее и легче достичь нужного слоя породы и выбрать наиболее комфортное место для извлечения нефти.

В случае, если нефть находится на океаническом или морском дне, горизонтальное бурение потребует минимальных затрат, в то время как стандартная технология требует установки морской платформы, что обойдется весьма недешево. Таким же образом можно устраивать подземные хранилища нефти.

Характерные факторы в процессе бурения

Горизонтальное направленное бурение для нефтедобычи сопровождается использованием инновационных технологий, которые дают возможность устроить скважину с большим углом отклонения от вертикального направления. Как правило, слои, которые содержат нефть, имеют горизонтальную структуру, и подобная технологическая особенность делает добычу такой нефти возможной. Горизонтальные скважины, в отличие от стандартных, отличаются большими показателями по производительности, если сравнивать результаты бурения в одной и той же области.

Проход делается в заранее определенном режиме в нужных слоях. Работа должна выполняться с соблюдением условий по функционированию установки, которая разрушает забой скважины.

Эффективность такого разрушения оценивается по следующим показателям:

Степень нагрузки на долото, которое имеет прямую связь с давлением по оси.
Количество оборотов при работе устройства.
Качество глинистого материала в каждом слое и его процент.
Метод применения устройства.

При учете всех особенностей, которые сопровождают бурение горизонтальной скважины, можно определить, какой метод будет оптимальным. Условия работы, как правило, соотносятся с методами бурения, и если придерживаться идеальных показателей в применении технологии, можно добиться наибольшего роста продуктивности прохода в процессе горизонтальной прокладки скважины.

Место бурения может располагаться на некотором расстоянии от слоя, в котором залегает нефть, и добыча будет иметь положительный результат. В то же время стандартный способ может сильно повредить окружающей среде с точки зрения экологии, и потому горизонтальные скважины не только имеют высокую производительность, но и не наносят урона природе и человеку.

Ключевое преимущество горизонтального направленного бурения заключается в сохранении баланса экосистем и отсутствии вреда ландшафтам, на которые не производится непосредственного влияния. Отрицательное влияние на условия жизни человека также стремится к минимуму, поэтому добычу нефти можно производить и около поселений и городов.

Подготовка к процессу

Процесс создания горизонтальной скважины для добычи нефтяного или газового продукта может проходить с использованием глубокого способа бурения и применением соответствующего оборудования. При этом сначала проводится оформление геолого-технического наряда и создание технической карты. Техрегламент контролирует этапы выполнения.

Ключевые этапы бурения горизонтальных скважин идут в следующем порядке:

Сборка оборудования для работы.
Операции по спуску или подъему автоматического оснащения.
Ориентировочные бурильные работы.
Создание раствора, регулировка его плотности и тяжести, а также обработка специальными веществами.
Герметизация скважинного устья.
Работы по глушению.
Подготовка исследований готовых стволов по геофизическим параметрам.
Подготовка ствола к спуску испытателя горной породы.
Взрывание снарядов для отбора крена.
Освоение готовой к приему скважины.
Доставка буровых комплексов.

Каждое действие подготовительного этапа требует регулярной проверки раствора для скважины и поддержания его свойств на нужном уровне, при этом его анализы периодически обновляются. Устья стволов должны быть оснащены оборудованием, предотвращающим выброс нефтяного продукта, поскольку это позволит максимально уменьшить риск появления аварийных ситуаций в работе.

Техническое состояние устройств, которые применяются в работе, должно проверяться своевременно; для проверки исправности оборудования необходимо применять контрольно-измерительные устройства, рабочее состояние которых также должно быть проконтролировано, автоматика и предохранительные элементы.

Любые осложнения, которые появляются при бурении горизонтальной скважины, требуется устранить. После того, как подготовительный этап заканчивается, необходимо провести испытание горных пластов. Каждый процесс по бурению требует регулярного профилактического осмотра используемой техники, который проводится до и после работы.

Особенности управления в горизонтальном бурении скважин

Важным аспектом в работе является управление оборудованием в процессе бурения, поскольку сам бур находится на отдалении. Горизонтальная технология требует тщательного контроля во избежание плачевных последствий. В работе используется система локации, которая должна воплощать функцию контроля процессов. Система представляет собой специальный зонд, который находится в головке бура. Синхронизация действий зонда производится посредством специальной техники, и оператор регулирует эти действия, находясь на поверхности земли.

Среди прочих действий зонд будет отмечать, под каким углом производится бурение горизонтальных скважин в данный момент, а получаемые сведения отправляются на прибор, с помощью которого оператор производит управление системой. Специалист также отслеживает количество оборотов устройства, температурный режим головки бура. Чем более оперативно сведения будут поступать на пульт, тем выше вероятность, что опасные ситуации будут предусмотрены вовремя.

Процесс горизонтального бурения проводится с применением комплексных установок, и в их состав обычно включены следующие конструктивные части:

Рама.
Лафет.
Кузовная часть.
Ходовая система установки (она может быть на колесах или гусеницах).
Гидроустановка.
Энергостанция.
Пульт управления.
Дизельный мотор.
Система подачи штанг.

Классификация бурового комплексного оборудования может зависеть от предела протяжки, и этот показатель измеряется в тоннах. Также важную роль играет диаметр расширения, а также длина ствола: эти значения измеряются в максимальных пределах. Второстепенные данные служат для более полной характеристики качеств используемой в работе техники: это радиус изгиба штанговых колонн. Этот показатель позволяет узнать силу перемены траектории, которая может потребоваться при первичном бурении, а также затратами раствора для формирования стабильной горизонтальной скважины. Все эти показатели позволяют провести работу наиболее эффективно и безопасно.

Каротаж скважины

При магнитном методе измеряется магнитная восприимчивость горных пород.
Метод основан на изменении магнитного поля грунтового пласта, которое создается искусственно или возникает без дополнительных стимулирующих действий.
Часто используется для проверки технического состояния ствола скважины.
Различные горные породы отличаются по характеристикам проводимости электроразряда.
Для того чтобы пользоваться данным методом, нужно знать способность электросопротивления породы, с которой предстоит иметь дело.
Принцип работы: при помощи специального зонда в шахте делают измерения электрического поля.
После этого благодаря математическому и физическому анализу можно будет рассчитать основные характеристики месторождения.

Радиоактивные (ядерные) методы основываются на измерении в скважинах естественного или искусственно вызванного радиоактивного излучения пород.
В последнем случае применяются методы: нейтронный, гамма-гамма, наведенной активности и радиоактивных изотопов.
Изучается плотность скважины, ее пористость, количество угля, наличие в грунте водорода или других газов.
Существуют следующие подвиды этого способа исследования:
Гамма-каротаж: применяется для измерения гамма-излучения пласта, и зонд, используемый для работы, оснащается специальным детектором, который улавливает гамма-квантовые волны, трансформирует их в электроимпульс и посылает на оборудование для получения показателей. Используется для исследования закрытых скважин, т.е. внутри обсадной трубы, где нельзя применять, например, способы электрического исследования.
Гамма-гамма каротаж: используется при проверке радиоактивности пласта, имеющей искусственное происхождение, и скважина проходит гамма-облучение, после которого приборы отмечают воздействие ответных волн.
Позволяет узнать о наличии излучений, которые не проявились бы без искусственного стимулирования.
Нейтронный: работает по схожему принципу, но облучение производится при помощи нейтронных волн.
Ядерно-магнитный метод исследования заключается в наблюдении за изменением эдс, возникающей в породе после ее обработки поляризующим магнитным полем.

Термический каротаж: Изучается температура в скважинах. Используется исключительно для контроля работы уже имеющихся скважин.
Для проверки состояния скважины опускают специальный термометр. По изменению температуры можно определить у обсадной колонны скважины целостность структуры и наличие дефектов.
Осуществляется посредством определения природного теплового или искусственного поля, и методом охлаждения.

Акустический (ультразвук) каротаж: основан на изучении скорости и затухания упругих волн в породах.
Разные породы имеют разную плотность, из-за которой у звукового сигнала - разное время их прохождения.
Измеряется скорость звукового сигнала, которая требуется, чтобы пройти породу в пространстве возле скважины.
Для работы используется звуковое или ультразвуковое специальное оборудование 2 типов:
- датчика, который опускается непосредственно вниз,
- аппарата для получения и преобразования результата исследования.

Газовый каротаж: позволяет определить количество углерода в скважине. Используется для определения наиболее продуктивного пласта, насыщенного газом.
Требуется использовать чувствительные газоанализаторы.
Точность полученных результатов зависит от разновидности применяемого раствора, интенсивности циркуляции, скорости создания скважины и других факторов.

Кавернометрия: основана на данных, получаемых при замере поперечного диаметра скважин.
Это помогает вычислить размер обсадной трубы, обнаружить повреждения стенок скважины.

Телеметрические системы каротажа: программно-методическое обеспечение в процессе бурения наклонно-горизонтальных скважин

При разработке месторождений нефти повсеместно используется наклонно-направленное бурение скважин с горизонтальным завершением. Строительство скважин с горизонтальным завершением в сложных геологических условиях требует применения высокотехнологичных геофизических комплексов для проведения каротажа в процессе бурения. Такие комплексы используются ведущими зарубежными сервисными компаниями Baker Hughes, Halliburton, Schlumberger, Weatherford. Сдерживающим фактором широкого применения зарубежной аппаратуры является её отсутствие на российском рынке. Как решают этот вопрос современные российские компании?

В рамках реализации программ по снижению зависимости российского топливно-энергетического комплекса от импорта оборудования, комплектующих и запасных частей, услуг иностранных компаний и использования иностранного программного обеспечения Научно-производственным предприятием геофизический аппаратуры «Луч» (НПП ГА «Луч») и Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН, г. Новосибирск) разработана первая российская телеметрическая система каротажа в процессе бурения. Аппаратурный комплекс каротажа в процессе бурения с гидравлическим каналом передачи данных включает в себя следующие геофизические методы исследования в скважине: инклинометрия для измерения в процессе бурения зенитного угла и азимутального направления ствола скважины, положения установки угла отклонителя, гамма-каротаж (ГК) для определения естественной радиоактивности горных пород, многозондовый (шесть разноглубинных электромагнитных зондов) высокочастотный индукционный каротаж (ВИК-ПБ) и боковой каротаж (БК) для определения удельного электрического сопротивления (УЭС), компенсированный нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННК-Т) с изотопным источником нейтронов для определения пористости по водородосодержанию, гамма-гамма плотностной каротаж (ГГК-П) для определения объёмной плотности горных пород, температура на текущем забое скважины, ударные нагрузки.

Телеметрическая система LWD ЛУЧ выполнена по классической компоновке с верхним расположением пульсатора. Аксиально расположенные в стандартной УБТН модуль инклинометра, модуль ГК, модуль ННК-Т и батареи имеют резиновые центраторы. Геофизические модули ВИК-ПБ, ГГК-П, БК выполнены по радиальной компоновке, имеют аксиально расположенные одноконтактные электроразъёмы, позволяющие производить сборку телесистемы на устье. Все корпуса модулей комплекса выполнены из немагнитного металла и обладают необходимой прочностью для работы в составе буровой колонны. Необходимый ресурс корпусов, электродов и изоляторов обеспечивается применением соответствующих материалов и защитных бандажей с покрытием из твёрдого сплава. Объём памяти, ёмкость батарей питания, частота опроса измерительных модулей обеспечивают непрерывную работу комплекса в течение более 250 часов в режиме бурения.

К текущему времени на ряде месторождений месторождении АО «НК «Роснефть» и АО «Сургутнефтегаз» проведены успешные опытно-промышленные испытания при бурении наклонно-направленных скважин с применением первой российской телеметрической системы каротажа в процессе бурения LWD ЛУЧ. По результатам испытаний телеметрической системы LWD ЛУЧ сделаны выводы, что телеметрическая система соответствует техническим и эксплуатационным требованиям для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин и не уступает импортным аналогам, качество каротажного материала, полученного в процессе бурения скважины, удовлетворяет предъявляемым требованиям. В настоящее время проводится широкое внедрение аппаратуры.

Телеметрические системы каротажа в процессе бурения включают зонды электромагнитного каротажа, предназначенные для определения УЭС горных пород. За последние полтора десятилетия опубликовано большое число зарубежных работ, посвященных теории, разработке аппаратуры и методам интерпретации данных электромагнитного каротажа в процессе бурения [Larsen et al, 2016; Li et al, 2005; Nardi et al, 2010; Omeragic et al, 2006; Rabinovich et al, 2012; Rosthal et al, 2003; Sviridov et al, 2014; Беляева и др., 2016]. Детальный обзор современного состояния в области геонавигации горизонтальных скважин приведён в [Аксельрод, 2012].

Телеметрическая система LWD ЛУЧ включает прибор ВИК-ПБ, основанный на методе высокочастотного индукционного каротажа ВИКИЗ [Технология …, 2000; Глинских, 2003, 2004; Глинских, Эпов, 2006; Глинских и др., 2013а, 2013б]. Детальное описание прибора ВИК-ПБ и способа передачи данных каротажа в процессе бурения с забоя на поверхность приведены в работе [Еремин и др, 2013]. Внешний вид прибора ВИК-ПБ показан на рис. 1.

Рисунок 1. Внешний вид прибора высокочастотного индукционного каротажа в процессе бурения.

В приборе ВИК-ПБ выполняется измерение относительных амплитудно-фазовых характеристик переменного магнитного поля. Измерения осуществляются двумя основными и четырьмя дополнительными трёхкатушечными зондами с длинами 0.7 и 1.4 м на двух частотах 0.88 и 3.5 МГц. Зонды одинаковой длины различаются базой, то есть расстоянием между дальней и ближней приёмными катушками. В парах приёмных катушек регистрируются разность фаз Δϕ и отношение амплитуд ΔA, а также выполняется их трансформация в кажущееся УЭС . Параметры и обозначение основных зондов ВИК-ПБ показаны в табл. 1.

Каротаж скважины

Каротаж для обследования скважин на воду

Каротаж — это самый распространенный вид геофизической разведки скважин. Такое детальное исследование строения скважины помогает найти в ней неисправности, возникшие как при строительстве гидротехнической конструкции, так и при дальнейшей ее эксплуатации.

Что можно определить с помощью каротажа

Оценить степень герметичности обсадной колонны. Проницаемость скважины для верхних загрязненных почвенных вод ведет к попаданию их внутрь источника. Это ухудшает качество воды не только в скважине, но и в водоносном горизонте.

При падении производительности скважины можно определить ее техническое состояние. Такой каротаж актуален для давно эксплуатируемых источников. По окончании исследования дается прогноз продолжительности дальнейшей работы установки.

Для пробуренных в известняке скважин важно определить, на какое расстояние осела обсадная колонна. Она должна опуститься на глубину 1-2 м.

Оценивается приток воды в водоносный горизонт, ее объем и уровень.

Выявляются недостатки при бурении или монтаже, приведшие к нарушению работы скважины. Выявив дефекты, можно их устранить и значительно продлить срок службы источника.

Результат проведенного каротажного зондирования можно использовать в качестве доказательства при предъявлении претензий фирме, производившей буровые работы и обустройство скважины.

Методы каротажа

Виды каротажа многочисленны, поскольку основаны как на наземных методах геофизики, так и не связанных с ними специальных способах. Сами методы различаются по природе физических полей, которые они изучают:

Каждый из методов имеет узкую направленность, поэтому ни один из них, применяемый самостоятельно, не дает полной информации. Обычно проводят комплексный каротаж, совмещающий разные его виды. В этом случае удается получить все необходимые данные.

В проверяемую скважину опускается зонд с прикрепленными к нему скважинными приборами. Регистрируемые ими данные передаются по геофизическому кабелю (он также является каналом связи) на аппаратуру каротажной станции. Каротажная диаграмма — результат исследования — дает объективные сведения о параметрах скважины.

Кроме того, проводится видеосъемка, которая позволяет рассмотреть в скважине трещины, швы с нарушенной герметичностью, разрывы и другие дефекты.

Геофизический каротаж довольно дорог, поэтому его редко используют для обследования частных скважин. Чаще он применяется на промышленных объектах.

Читайте также: