КомпанииКомпаний: 7666
АккаунтыАккаунтов: 13847
Регистрация       Забыли пароль?




info@oborudka.ru
oborud-ka
Главная » Справочники » Нефть и газ » Электрический каротаж

Электрический каротаж

Электрический каротаж. Электрокаротаж представляет собой непрерывную запись электрических свойств, вскрываемых скважиной: отложений и содержащихся в них флюидов (рис. 1). Измерения производятся в необсаженной трубами части ствола скважин, бычно при вращательном способе бурения, когда ствол заполнен буровым раствором. Они осуществляются с помощью скользящих электродов, помещенных в изолированную трубку, называемую зондом, которая опускается в скважину. Электроэнергия, вырабатываемая установленным на поверхности земли генератором, по одной из жил кабеля передается вниз к соответствующему электроду, который сообщает ее окружающим породам; в то же время соседние электроды, соединенные с другими жилами кабеля, принимают поступающий из пород заряд и направляют его к поверхности, где он фиксируется на ленте светочувствительной бумаги, которая движется синхронно с зондом, перемещающимся во стволу скважины. Расстояние между принимающими заряд электродами в зонде (разнос электродов) меняется в зависимости от геологических особенностей и стратиграфических условий [т.е. литологического состава отложений] района бурения.

Впервые электрокаротаж был применен на небольших французских месторождениях нефти в Пешельбронне. В Венесуэле этот метод геофизических исследований скважин применяется с 1929 г., а вскоре он появился и в СССР, где быстро получил широкое распространение. В 1931 г. он был внедрен в Румынии, после чего стал использоваться во всех нефтедобывающих регионах земного шара. В настоящее время проводится электрокаротаж любой скважины, пробуренной вращательным способом. В зависимости от конкретных условий каротаж одних скважин производится на разных стадиях бурения, других ‑ только после его завершения.

Электрокаротаж стал самым эффективным геологическим методом исследований. Промысловые геологи и инженеры настолько свободно владеют им, что при построении геологических профилей и схем корреляции для выяснения вопросов стратиграфии и структурных особенностей тех или иных отложений пользуются обычно исключительно данными электрокаротажа (рис. 2). Электрокаротажная диаграмма не может полностью заменить данные литологического и палеонтологического изучения разреза, но несет в себе дополнительную информацию относительно вскрываемых скважиной пород и заключенных в них флюидов. Каждый из описанных видов исследования скважин дополняет другие методы. Электрокаротаж применяется главным образом для корреляции отложений, пройденных различными скважинами, установления и измерения их пористости и выявления характера пластовых флюидов. За короткий период со времени внедрения этого метода в практику нефтепромысловых работ интерпретация данных электрокаротажа выросла из технической дисциплины в науку.

С помощью электрокаротажа определяются два геофизических параметра пройденных толщ пород и сопутствующих им флюидов: электрический потенциал и удельное электрическое сопротивление.

Электрический потенциал. Диаграмму электрического потенциала вскрытых скважиной пород называют также кривой спонтанного потенциала, или кривой естественной поляризации, и обозначают индексом ПС (PS). Ее обычно помещают на левой стороне отпечатанной каротажной ленты. Значения ПС выражаются в милливольтах и отсчитываются от осевой линии, располагающейся близ центра электрокаротажной диаграммы. Породы с повышенным электрическим потенциалом отображаются отрезками кривой, отходящими на разные расстояния влево по шкале в милливольтах. Считается, что электродвижущая сила, вызывающая ток ПС, который измеряется при проведении соответствующего вида каротажа, возникает в результате развития двух физических процессов ‑ электрофильтрации и электроосмоса. Электрические потенциалы, возникающие как следствие этих процессов, в большинстве случаев суммируются, и потому наложение их увеличивает амплитуду кривой ПС (см. рис. 1).

Электродвижущая сила, обусловленная процессами фильтрации, считается по своей природе электрокинетической. Она прямо пропорциональна давлению и электрическому сопротивлению фильтрующейся жидкости и обратно пропорциональна ее вязкости. Этой жидкостью является вода бурового раствора, который находится в стволе скважины; она представляет собой электролит, легко фильтрующийся через проницаемый твердый диэлектрик в пористые породы стенок скважины. Гидростатическое давление бурового раствора обычно превышает пластовое давление в проницаемых горизонтах, и поэтому часть воды бурового раствора фильтруется в окружающие породы через глинистую корку на стенках скважины. Проявление электродвижущих сил фиксируется прежде всего там, где разность давлений максимальна, т.е. на глубинах залегания проницаемых пород. Фильтрация воды из скважины в окружающие пласты создает отрицательный потенциал, а фильтрация в обратном направлении ‑ из пород в скважину ‑ приводит к возникновению положительного потенциала; чем выше скорость фильтрации, тем больше разность потенциалов. В тех случаях, когда давление жидкостей в пласте и скважине одинаково, никакого тока, обусловленного фильтрацией, не обнаруживается, и кривая ПС расположится у нулевой линии даже на уровне вскрытых пористых пород. На практике обычно происходит движение жидкости из скважины в окружающую среду, и потому электрический потенциал, как правило, отрицательный.

 

 

Рис. 1. Типовой электрокаротажный разрез, состоящий из кривой ПС (слева), литологической колонки (в центре) и кривой сопротивления (справа) (Stгattоn, Fогd, Electric Logging, in L.W. LeRoy (ed.), Subsurface GeoL Methods,Colo.Sch. Mines, p. 365, Fig. 152, 1951).

Вторая причина, определяющая возникновение самопроизвольной поляризации, а именно электроосмос, относится к явлениям электрохимическим. Когда два электролита контактируют между собой, возникает электродвижущая сила. В буровой скважине такими электролитами являются буровой раствор и минерализованная вода вскрываемых пород. В большинстве случаев пластовые воды на разных глубинах характеризуются различной минерализацией. При различии в минерализации бурового раствора и пластовых вод генерируется электродвижущая сила. Если концентрация солей, или минерализация воды, в пласте выше, чем в буровом растворе, электрический ток течет из скважины в окружающие породы, и против пористой зоны (по сравнению с горизонтом развития глинистых пород) будет отмечаться отрицательная аномалия. При каротаже скважин чаще всего наблюдается именно такая картина. Если же солености пластовых вод и глинистого раствора одинаковы, никакого электрического потенциала, связанного с явлением электроосмоса, не образуется. И, наконец, когда минерализация бурового раствора превышает соленость пластовых вод, что бывает после вскрытия скважиной пластов каменной соли, электрический ток движется к скважине, и против зоны развития пористых отложений (по сравнению с глинистыми породами) будет наблюдаться положительная аномалия самопроизвольной поляризации.

 

Рис. 2. Разрез, показывающий возможность использования электрокаротажных диаграмм для сопоставления вскрытых скважинами отложений (Stratton, Hamilton, in L.W. LeRoy (ed.), Subsurface Geol. Methods, Colo, Sch. Mines, p. 638, Fig. 336, 1951).

Второстепенной причиной возникновения электрического потенциала в проходимых скважиной породах может стать избирательная (полярная) адсорбция заряженных ионов некоторыми входящими в состав пород минералами, в особенности глинистыми.

Таким образом, диаграмма самопроизвольной поляризации, получаемая при электрометрическом исследовании скважин, представляет собой результат совместного проявления процессов электрофильтрации, электроосмоса и адсорбции ионов.

Обычно при бурении поддерживают более высокое гидростатическое давление промывочной жидкости в скважине, чем пластовое давление; поскольку же концентрация солеи в пластовых водах, как правило, превышает соленость воды бурового раствора, то действие обоих этих факторов суммируется, а их общий эффект выражается соответствующей алгебраической суммой. Лишь в исключительных случаях, например при вскрытии соленосных отложений, глинистый раствор может стать более минерализованным, чем пластовая вода. В таких условиях эффект самопроизвольной поляризации может стать положительным. Залегающим на небольшой глубине и насыщенным пресной водой песчаным породам могут соответствовать близкие к нулю или незначительные величины естественного потенциала. Бывает также, что залегающий на большой глубине песчаный пласт с высоким давлением и находящийся на грани фонтанирования характеризуется низкими начениями самопроизвольной поляризации, а иногда и отсутствием электрического потенциала; это объясняется частичным перетоком воды из песчаника в скважину и связанным с этим ослаблением эффекта электрофильтрации. В неглубоко залегающих песчаных породах, содержащих артезианскую воду, поступающую в скважину, эффект элекрофильтрации может стать обратным.

Удельное электрическое сопротивление. Породы сильно различаются но своей электропроводности и удельному электрическому сопротивлению. Эти различия обусловлены преимущественно насыщающими породы флюидами, такими, как вода, нефть и газ, которые содержатся в пористых и проницаемых разностях. Сухие породы являются диэлектриками. Флюидами, содержащимися в породах, являются: 1) адсорбированная или связанная вода, которая заключена в мельчайших порах сланцев и глин и неспособна к циркуляции из-за низкой проницаемости вмещающих пород; 2) пресная или соленая вода, свободно циркулирующая в проницаемых породах (плотные породы, такие, как граниты, кварциты, гнейсы, мрамор, гипс, ангидрит, каменная соль и уголь, имеют столь незначительную пористость и соответственно влагонасыщенность, что относятся к очень плохим проводникам электричества, обладающим высоким удельным электрическим сопротивлением); 3) нефть и газ, занимающие ту или иную часть порового пространства породы.

Вода, содержащая одну или несколько растворимых солей, является электролитом и может проводить электричество. Нефть и газ не относятся к диэлектрикам и обладают высоким удельным сопротивлением. Удельное сопротивление пород, как установлено при проведении каротажа скважин, зависит от степени их насыщения газом, нефтью и водой, концентрации солей в воде и физических свойств самих пород, особенно их пористости. В прежние годы при электрокаротаже скважин отдельные диаграммы удельного сопротивления составлялись одновременно для нескольких вариантов разноса электродов в зондах. Комплект зондов включал малый потенциал-зонд с разносом электродов от 20 дюймов до 7 футов и градиент-зонд с разносом электродов от 15 до 20 футов. Увеличение разноса электродов способствовало более глубокому проникновению электрического тока в окружающие породы ‑ на расстояние, куда уже не проникал фильтрат бурового раствора. В последнее время стал применяться индукционный каротаж (см. ниже), который вытеснил из употребления электрокаротажные измерения с помощью большого потенциал-зонда и градиент-зонда. Современный комплекс стандартного электрокаротажа является по существу «индукционно-электрическим» и состоит из диаграмм: 1) удельной проводимости, а соответственно и удельного сопротивления, определенных индукционным способом; 2) удельного сопротивления, измеренного малым потенциал-зондом (с разносом электродов в 16 дюймов) и 3) электрического потенциала, или естественной поляризации (ПС).

Индукционный каротаж. При индукционном каротаже измерение удельного сопротивления (или удельной проводимости), вскрываемых скважиной пластов производится посредством пропускания сквозь них индукционного тока, который возбуждается в катушках, помещенных в зонде; при этом избегается контакт с буровым раствором. Генерируемые таким способом переменные магнитные поля создают вторичное магнитное поле в приемной катушке, также заключенной в зонде. Если силу тока в индукционных катушках поддерживать на постоянном уровне, то колебания магнитного поля в приемной катушке будут пропорциональны изменениям проводимости пластов. Индукционный каротаж может быть проведен в любой необсаженной скважине вне зависимости от типа заполняющей ее жидкости. Этот вид каротажа сначала использовался лишь для измерения проводимости пород при бурении скважин с помощью промывочных растворов на нефтяной основе, когда обычные способы определения удельного сопротивления оказывались непригодными. С течением времени было доказано общее превосходство этого метода над традиционными методами измерения удельного сопротивления с помощью глубоко проникающих токов и в скважинах, бурящихся на водном растворе. Индукционный каротаж характеризуется большим по сравнению с этими методами радиусом действия и благодаря своей повышенной фокусирующей способности обеспечивает более точное определение удельного сопротивления пород, слагающих тонкие прослои.

Микрокаротаж. Когда проходимые скважиной породы обладают значительно более высоким, чем буровой раствор, удельным сопротивлением (как, например, известняки), токи ПС замыкаются в глинистой корке, покрывающей стенки скважины, вследствие чего нельзя уловить детали изменения проницаемости вскрываемых пластов. В таких случаях применяется микрокаротаж, представляющий собой каротаж по методу сопротивления с разносом электродов в зонде всего на 1-2 дюйма. Электроды помещены в изолированный футляр, который прижимается во время измерений к стенкам скважины. Благодаря небольшому разносу электродов ток проникает в породы лишь на небольшое расстояние от стенок скважины.

Микросопротивление достигает высоких значений против непроницаемых пластов, так как удельное сопротивление их примерно в 50 раз выше, чем у глинистого раствора, а покрывающая стенки скважины глинистая корка здесь тонка; низкие значения микросопротивления соответствуют проницаемым пластам, поскольку буровой раствор, проникая в этих случаях на различную глубину в окружающие породы, формирует довольно мощную глинистую корку (рис. 3). Обычно применяются два варианта разноса электродов. При исследовании пористых и проницаемых зон величина удельного сопротивления, определенная большим зондом с разносом электродов, как правило, выше измеренной при помощи малого зонда. Эти различия обусловлены несовпадением глубин проникновения в породы токов, генерируемых разными зондами. При малом разносе электродов по существу измеряется удельное сопротивление бурового раствора; при большем разносе измеряется главным образом сопротивление самих пород и насыщающих их флюидов. Против проницаемых зон большой зонд фиксирует заполнение пород фильтратом бурового раствора, характеризующимся высоким сопротивлением; против слабопроницаемых слоев тот же зонд дает обычно меньшие показания, что объясняется насыщением этих отложенией пластовыми водами, отличающимися высоким содержанием ионов и низким удельным сопротивлением.

Боковой каротаж. Когда буровой раствор сильно минерализуется, его высокая электропроводность мешает изучению изменений проводимости исследуемых отложений. При использовании в подобных случаях метода, известного под названием бокового каротажа, буровой раствор предварительно сильно электризуется, что позволяет фокусировать ток в боковом направлении и обеспечить, таким образом, его проникновение в окружающие породы (рис. 4).

Боковой микрокаротаж объединяет в себе фокусирующие свойства бокового каротажа и малый разнос между электродами в зонде, свойственный микрокаротажу. В определенных условиях этот метод дает более детальные сведения о коллекторе, чем любой другой вид электрокаротажа.

 

Рис. 3. Типовая микрокаротажная диаграмма, сопоставленная с кривыми сопротивления и отражающая различия между проницаемыми (интервалы с косой штриховкой) и непроницаемыми (незаштрихованные интервалы) породами (Doll, Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs., 189, p. 159, Fig. 9, 1950)

 

Рис. 4. Диаграммы гамма-каротажа, бокового каротажа и микрокаротажа, соответствующие одному и тому же интервалу разреза (Ford, Tulsa Geol. Soc. Digest, p. 98, 1952).

а ‑ глина; б ‑ послепермский известняк; в ‑ пермский известняк, возможно нефтеносный; г ‑ пермский известняк, водоносный; д ‑ допермский известняк; е ‑ глинистый известняк; ж ‑ допермский известняк; з ‑ глина.

 

Радиоактивный каротаж. Этот вид геофизических исследований скважин связан с двумя основными методами, один из которых, известный как гамма-каротаж, измеряет природную радиоактивность пород, а другой, называемый нейтронным каротажем, измеряет эффект бомбардировки пород нейтронами, испускаемыми искусственным источником. Изучение скважин обоими этими методами производится одновременно, но иногда гамма-каротаж сочетается с проведением электрокаротажа по методу удельного сопротивления. Зонд с помещенным внутри него измерительным прибором спускается в скважину на конце электрического кабеля, прикрепленного на поверхности к барабану лебедки, который движется синхронно с барабаном самописца. Радиоактивность пластов измеряется по изменению под воздействием гамма-лучей, испускаемых породами, электропроводности газа в ионизационной камере зонда по мере спускания последнего по стволу скважины. Как видно на рис. 5, одни породы излучают гамма-лучи интенсивнее других: эти различия и служат основой метода гамма-каротажа (рис. 6, см. также рис. 4). Его применяют главным образом для корреляции пластов, особенно в обсаженных трубами скважинах.

 

Рис. 5. Относительная радиоактивность различных осадочных пород, с которыми могут быть связаны залежи нефти и газа (Russell, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 25, p. 1775, 1941).

Радиоактивность возрастает слева направо и выражена в единицах, соответствующих содержанию в 1 г породы 10-12 г эквивалента радия.

 

Рис. 6. Типовые характеристики различных пород на диаграммах гамма-каротажа н нейтронного каротажа (Russell, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol.. 36. p. 327, Fig. 3, 1952).

 

Нейтронный каротаж производится с помощью вводимой в зонд капсулы с радиево-бериллиевой смесью, которая служит источником нейтронов. Ионизационная камера подвергается воздействию гамма-лучей, вызванных бомбардировкой пород нейтронами, гамма-радиации, которая возникает в самом источнике нейтронов, и естественному гамма-излучению пород (хотя последний эффект весьма незначителен по сравнению с первыми двумя излучениями).

Водород оказывает наибольшее влияние на результаты нейтронного каротажа, чем любые другие элементы, и это влияние прямо пропорционально количеству атомов водорода в единице объема. Поскольку водород входит в состав воды, нефти и газа, то главной целью нейтронного каротажа является обнаружение пористых зон. Интерпретация данных нейтронного каротажа при этом основывается на допущении, что все поровое пространство отложений заполнено одним или несколькими водородсодержащимп флюидами. Определения более точны в известняках и доломитах, чем в песчаных п глинистых породах, и это, вероятно, обусловлено тем, что кластические породы, кроме водорода, содержат и другие элементы, которые могут влиять на характер показаний нейтронного каротажа. Интерпретируя диаграмму нейтронного каротажа в комплексе с другими имеющимися, по данному участку работ геолого-геофизическими материалами, можно достаточно надежно определить пористость карбонатных пород.

 

Рис. 7. Интервал разреза скважины, составленного но данным исследований в про­цессе ее бурения. 1 ‑ нефть, 2 ‑ общее содержание газов, 3 ‑ метан.

Механический каротаж. Этот стандартный способ исследования, применяемый на большинстве скважин вращательного бурения, заключается в измерении времени, необходимого для увеличения глубины на единицу, например времени в минутах на прохождение 1, 5 или 10 футов, или в определении глубины, пройденной за единицу времени, например количество футовв час. Зафиксированные на каротажной ленте изменения в скорости проходки интерпретируются как изменения литологии вскрываемых скважиной отложений. Геолог, наблюдающий за бурением, еще до просмотра образцов керна может точно определить глубины, к которым приурочены литологические переходы, что помогает контролировать правильность литологических и электрокаротажных разрезов . рис. 7).

Газовый каротаж. Этот вид каротажа проводится в процессе бурения скважин, особенно ‑ поисковых и разведочных. Его главная цель ‑ обнаружение мельчайших количеств газа и нефти, выносимых буровым раствором из ствола скважины на поверхность. Анализу на газ и нефть подвергается также и шлам. Метод исследования заключается в отводе части струи бурового раствора и некоторого количества шлама в трап, где они смешиваются с воздухом, и из раствора выделяется газ. Образующаяся газовоздушная смесь пропускается через термогазоанализатор, в котором определяется процентное содержание горючих газов в смеси. Количество метана и общее содержание в смеси углеводородных газов определяются по температуре их воспламенения. Более совершенны метод фракционной возгонки, который дает возможность получать раздельные количества углеводородных газов, и хроматографический метод, позволяющий анализировать отдельные углеводороды. При изучении бурового раствора под ультрафиолетовыми лучами можно обнаруживать самые слабые нефтепроявления, причем интенсивность свечения служит показателем относительных количеств нефти 1. Газокаротажные исследования проводятся обычно непосредственно на скважине в передвижной лаборатории, смонтированной на грузовой автомашине. Часть типичного газокаротажного разреза скважины показана на (рис. 7).

Кавернометрия. Кавернометрический разрез представляет собой непрерывную запись изменений диаметра ствола скважин. Для этого по стволу спускают каверномер, устройство, состоящее из четырех пружинных рычагов, соприкасающихся со стенками скважины и соединенных с резиновой камерой, которая заполнена нефтью. Последняя в свою очередь соединена с реостатом, регистрирующим изменения электрического сопротивления в камере. Изменение давления на рычаги каверномера, связанное с увеличением или уменьшением диаметра ствола, передается на камеру, а соответствующие колебания напряжения на реостате замеряются и фиксируются в виде кавернограммы. Эти диаграммы используются главным образом при расчете количества цемента, необходимого для заполнения кольцевого затрубного пространства, при выборе места постановки пакера и для точного определения диаметра ствола на разных глубинах при количественной интерпретации данных различных видов электрического и радиоактивного каротажа. Кавернометрические разрезы могут быть также использованы для выявления пористых зон и иногда оказывают помощь в распознавании и корреляции разрезов различных литологических типов.

Термический каротаж. Этот вид каротажа проводится с помощью опускаемого в скважину температурного электрода, состоящего из платиновой проволоки полуметровой длины, которая быстро воспринимает температуру заполняющих скважину флюидов. Колебания температуры влекут за собой изменения сопротивления проволоки; последние обнаруживаются с помощью вмонтированной в электрод мостовой схемы и регистрируются на поверхности земли. Температурный электрод отражает температуру бурового раствора. Если измерения производить вскоре после остановки скважины, температура раствора по всему стволу от устья до забоя будет иметь лишь незначительные различия. Большая часть температурных аномалий проявляется спустя 24-36 часов после прекращения циркуляции промывочной жидкости, причем ее охлаждение или разогревание зависит от теплопроводности вскрываемых пород и диаметра ствола скважины. Термокаротаж используется преимущественно для определения высоты столба цемента в стволе по измерению тепла, выделяемого цементом в процессе его схватывания. Он применяется также для установления места поступления в скважину газа, поскольку последний при выходе из пласта расширяется и охлаждается. Кроме того, с помощью термокаротажа можно обнаружить проникновение в скважину через обсадные трубы пластовой воды и определить положение зон потери циркуляции глинистого раствора.

Акустический каротаж. При акустическом каротаже производят непрерывную запись по разрезу времени, необходимого для того, чтобы звуковая волна пересекла вскрытую скважиной толщу пород определенной мощности. Таким образом, измеряется величина, обратная скорости прохождения звука в различных осадках. Скорости звука изменяются примерно от 5000 фут/сек в глинах до 25 000 фут/сек в плотных доломитах. Эти значения соответствуют 200 мксек при прохождении 1 фута в глинистом разрезе и 40 мксек/фут ‑ в доломитовом. Этот вид каротажа применяется для определения пористости, выявления насыщенных углеводородами зон, проведения литологических и стратиграфических сопоставлений, для определения зон трещиноватости и для получения более надежных определений времени пробега сейсмических волн при интерпретации сейсмических данных.

Ядерно-магнитный каротаж. Этот вид каротажа позволяет производить непо­средственные измерения содержания водорода в жидкой фазе, содержащейся в пройденной скважиной толще. Поэтому данные ядерно-магнитного каротажа указывают на присутствие или отсутствие жидкостей в пористых и проницаемых частях разреза и дают возможность определять содержание в породах воды и углеводородов. Ядерно-магнитный каротаж является единственным методом исследований скважин, относящимся исключительно к пластовым флюидам.

Измерение элементов залегания пород. Элементы залегания пород в скважине могут быть измерены с помощью опускаемых в ствол трех микрокаротажных зондов, развернутых один относительно другого на 120°. Различия во времени прохождения каждым из микрозондов одной и той же границы какого-либо пласта регистрируются на поверхности; так определяется угол падения пласта. Одновременно определяется ориентировка измерительной установки и ее отклонение от вертикали. В результате можно зафиксировать на графике точный угол падения пласта в его истинном положении. Измерения падения пластов производятся совместно с другими видами каротажа, такими, как боковой микрокаротаж, измерение естественного потенциала и каротаж по методу удельного сопротивления с помощью малого потенциал-зонда.


 

1Как установлено, интенсивность люминесценции зависит от многих факторов: количества вещества, его состава (присутствия люминофоров), текстуры залегания и т.д.

Текущая страница: Нефть и газ » Электрический каротаж