Материал: Электрические методы исследования скважин

Электрические методы исследования скважин

Реферат

Электрические методы исследования скважин

Содержание

Введение

Метод потенциалов собственной поляризации

Диффузионное распределение ионов

Метод электрических сопротивлений (КС)

Кажущееся сопротивление (КС)

Электрические зонды КС

Стандартный зонд

Электрокаротаж в колонне

Микрозондирование (МКЗ)

Боковое каротажное зондирование (БКЗ)

Интерпретация диаграмм

Определение истинного удельного сопротивления пласта ρ_п

Определение характера насыщения пласта

Боковой каротаж (БК)

Индукционный каротаж (ИК)

Ядерно-магнитныи каротаж (ЯМК)

Физические основы ядерно-магнитного каротажа

Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом

Гамма - каротаж (ГК)

Отбивка забоя (локатор муфт и ГК)

Нейтронный гамма-каротаж (НГК)

Диаграмма НГК

Нейтрон-нейтронный каротаж (ННК)

Импульсный нейтронный каротаж (ИНК)

Литература

Введение

Исследования электрическими методами (каротажи-франц. carottage, от carotte - буровой керн, буквально - морковь) геофизические исследования скважин, выполняемые с целью изучения геологических разрезов и выявления полезных ископаемых. Термин "каротаж", вошедший в практику горного дела, не вполне соответствует описываемому понятию. Вместо термина "каротаж" в научно-технической литературе также используются термины: геофизические методы исследования скважин, промысловая геофизика, буровая геофизика. Электрокаротаж проводится в буровых скважинах до спуска эксплуатационной колонны труб. Время для проведения исследований, отведенное по проекту строительства скважины, составляет всего 2-3 суток после окончания бурения. Записанные диаграммы используются в течение всего периода эксплуатации скважин (20-30 лет). Все геологические и технические работы в скважинах проводятся с обязательным использованием диаграмм электрического каротажа. По ним определяются многие параметры пластов, решаются различные геологические задачи: отмечаются глубинные границы каждого пласта с точностью до десятых долей метра, определяется литологическая характеристика пласта, выделяются пласты-коллекторы, в которых возможно содержание флюидов, определяется характер насыщения пластов-коллекторов (нефть, вода, газ) и величины емкостно-фильтрационных параметров (пористость, проницаемость) и коэффициент нефтенасыщенности пластов.

Электрический каротаж является обязательным для любой категории скважин. Без этой документации скважина не может быть сдана в эксплуатацию.

После спуска эксплуатационной колонны данные электрические методы не применимы, т.к. электрическое поле электродов скважинных приборов через металлическую колонну не проходит. Но на сегодняшний день существует электрокаротаж в колонне.

Из всех категорий геофизических методов исследования скважин электрометрия отличается самыми высокими скоростями записи диаграмм - около 2500 м/час.

Метод потенциалов собственной поляризации

Методы потенциалов самопроизвольной поляризации горных пород основаны на изучении естественных электрохимических процессов, протекающих на границах между скважиной и породами, а также на границах между пластами различной литологии в разрезе скважины.

Электрохимическая активность может иметь диффузионно-адсорбционный, окислительно-восстановительный и фильтрационный характер.

Диффузионно-адсорбционная ЭДС возникает на границе растворов различной концентрации (пластовые воды и фильтрат промываемой жидкости) и границе раствор и горной породы. Пластовые воды являются электролитами, поскольку в них присутствуют ионы растворенных солей, в большинстве случаев - ионы Na и Cl. Ионы диффундируют (распространяются) в стороны раствора меньшей концентрации, каким является пресная вода промывочной жидкости. Анионы (ионы Cl) двигаются быстрее, чем катионы (ионы Na). Поэтому в скважине напротив проницаемых пород (коллекторов) возникает объемный отрицательный заряд.

Катионы адсорбируются (концентрируются) на поверхности твердых минеральных высокодисперсных частиц, эта поверхность заряжается положительно. Таким образом, диффузионно-адсорбционная активность возрастает с повышением содержания глинистого материала, и в скважинах против однородных высокодисперсионных глинистых пород создается наибольшая положительная величина разности потенциалов.

Наименьшими значениями диффузионно-адсорбционной активности характеризуются чистые песчаные и карбонатные породы с высокой пористостью и проницаемостью

Диффузионное распределение ионов

На контакте двух растворов возникает ЭДС Е_Д, величина которой определяется по формуле Нернста:

R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура, - валентность электронов, - число Фарадея, (96500 кулон/моль)

С - концентрация раствора,- подвижность положительных ионов (катионов),

v - подвижность отрицательных ионов (анионов)

Если С_п = С_с, то lg1=0 и ЭДС возникать не будет.

Окислительно-восстановительные потенциалы возникают в горных породах, содержащих минералы с электронной проводимостью. При контакте последних с раствором происходит реакция окисления - потеря электронов Fe+2®окисление®Fe+3+ē. Поверхность пород при этом заряжается положительно, а раствор - отрицательно.

FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4.

Фильтрационные потенциалы возникают при течении жидкости через горные породы под давлением. Жидкость увлекает часть ионов диффузного слоя. В результате капилляр заряжается положительно, а на его конце с высоким давлением возникает отрицательный потенциал. Таким образом, между концами капилляра возникает разность потенциалов течения - фильтрационная ЭДС.

Диаграммы методов ПС характеризуют изменения соответствующих потенциалов - диффузионно-адсорбционных, окислительно-восстановительных, фильтрационных. Наибольшее распространение получили методы, основанные на диффузионно-адсорбционной активности.

Диаграмма ПС не имеет нулевой линии. Горизонтальный масштаб зарегистрированной кривой ПС указывается числом миллиВольт, приходящимся на отрезок 2 см. Знаками "+" и "-", помещаемыми по краям этого отрезка указывается полярность кривой ПС. Отсчет берут справа налево. Обычно знаки "+" и "-" расположены так, что отклонение кривой ПС влево означает уменьшение потенциала, вправо - его увеличение.

Ввиду отсутствия на диаграмме ПС нулевой линии в качестве условной нулевой линии, от которой отсчитывают отклонение кривой ПС в мВ, используют линию глин, проводя ее по участкам кривой с наиболее положительными показаниями ПС, соответствующим интервалам разреза, которые представлены глинами (в терригенном разрезе).

Границы пластов на кривой ПС соответствуют точкам перегиба. При мощности пласта, превышающей 3 диаметра скважины (>20м), границы пластов составляют половину максимального отклонения амплитуды ПС. Чем меньше мощность пласта, тем больше смещаются границы пласта к максимуму кривой.

Таким образом, метод потенциалов ПС является одним из основных методов электрометрии для исследования разрезов нефтяных и газовых скважин.

Он позволяет решать круг геологических задач, связанных с изучением литологии разреза, установлением границ пластов, проведением корреляции разрезов, выделением в разрезах пород-коллекторов, определением минерализации пластовых вод и фильтрата пластовых вод и фильтрата промывочной жидкости, определением коэффициента глинистости, пористости и проницаемости и нефтегазонасыщения.

Метод электрических сопротивлений (КС)

Электрическое сопротивление любого материала определяется по известной формуле:

где l - длина проводника, - поперечное сечение,

ρ - удельное сопротивление - показатель качества материала.

Величина ρ определяется для 1 м3 материала, поэтому считается, что она не зависит от геометрических размеров пород, тем более что длина и сечение.

Пласта это понятия в скважинных условиях неопределенные. Если называть его точнее, то КС - это метод кажущихся удельных сопротивлений.

Метод относится к категории электрических, поэтому исследования проводятся в необсаженных колонной скважинах, в буровых. Применяется он для решения одной из важнейших задач нефтепромысловой геологии: определение характера насыщения пластов-коллекторов.

Нефтеносные пласты имеют высокие сопротивления, водоносные - низкое. Горные породы в сухом виде обладают большим электрическим сопротивлением.

В пласте-коллекторе обязательно содержится какое-то количество воды. Даже в нефтяном пласте небольшое содержание воды (5-15%) сильно снижает общее сопротивление пласта.

электрический каротаж скважина горная порода

Сопротивление можно измерять во включенной цепи по закону Ома и без тока, по размерам и качеству проводника

Электрический каротаж проводится посредством электрических полей, которые создаются в скважине оголенными электродами в буровом растворе. Электроды эти представляются в виде концов жил каротажного кабеля, и считаются точечными.

В области геофизики применяются данная формула:

Где  - коэффициент зонда

Кажущееся сопротивление (КС)

Скважинная среда в реальности является сложной. Она состоит из многих компонентов, которые охватывает большое пространственное поле:

 - пласт, основной объект изучения,

 - сопротивление соседних пород сверху и снизу (вмещающие породы),

- буровой раствор, заполняющий скважину.

Кроме того, на измеряемую величину искажающим образом действуют

 - диаметр скважины,

 - размер каротажного (трехэлектродного) зонда,

-  сопротивление зоны проникновения бурового раствора.

Вследствие искажающего влияния перечисленных факторов не удается записать на диаграмму точную величину сопротивления какого-то пласта.

Эту искаженную величину называют кажущимся (приблизительным) сопротивлением.

Электрические зонды КС

Зонд - это трехэлектронная скважинная установка для измерения удельного электрического сопротивления скважинной среды.

В электрической схеме КС участвует 4 электрода - два токовых (АВ), для питания среды и два измерительных (MN) для измерения один из этих четырех электродов (любой) заземляется на поверхности.

Зонд является окончанием скважинного 3-х жильного кабеля.

Расстояние между электродами зонда не одинаковые. Одно из них малое (l), другое большое (L); L / l= /4 - 10/

В зависимости от соотношения расстояний между электродами различают градиент-зонды и потенциал-зонды.

§  АВ - одноименные электроды (парные), AM - разноименные (непарные),

§  MN - одноименные электроды (парные), BN - разноименные (непарные).

§  Потенциал зонд - расстояние между парными электродами АВ и MN больше, чем между непарными. Если один из парных электродов потенциал-зонда удален в бесконечность, то такой П-3 называется идеальным.

§  Градиент-зонд - расстояние между парными электродами меньше, чем между непарными. Градиент-зонд с очень малым расстоянием MN называется идеальным.

Стандартный зонд

Для каждого нефтяного района выбирается один определенный зонд в качестве стандартного. Это необходимо для сопоставления разрезов в скважине по данному месторождению, для корреляции. Стандартный зонд выбирается в самом начале разбуривания месторождения.

К нему предъявляются определенные требования:

1) Кажущееся удельное сопротивление должно по величине как можно ближе подходить к истинному сопротивлению пласта

. Хорошая дифференциация разреза.

. Четкость отбивки границ пластов.

При выборе стандартного зонда исходят из особенностей геологического строения данного месторождения: преобладание карбонатных или терригенных пластов, их толщины. Кроме того, учитываются удельные сопротивления буровых растворов, а также средние диаметры скважин (буровых долот).

В стандартном зонде расстояние между сближенными электродами берется максимальное, но при котором кривая еще не сглаживается.

В районах Волго-Уралъской нефтяной провинции в качестве стандартного принят потенциал-зонд В 7,5 А 0,75 М, а с 2000 г. cтал применяться его аналог - потенциал-зонд N 11 M 0,5 A.

Потенциал - зонд имеет некоторые преимущества.

. Симметричность форм кривой для отдельных пластов.

. Расстояние между электродами не оказывает существенного влияния на форму кривой.

Пример выделения пластов коллекторов по электрическим методам ПС и КС. В интервале 1655-1664м и 1676,2-1683,8 выделены пласты коллекторы.

пласт - по показаниям КС нефтеносный;

пласт - водоносный.

Электрокаротаж в колонне

В последнее десятилетие особое внимание привлек к себе электрокаротаж в колонне. Это связано с тем, что многие нефтяные и газовые месторождения находятся на поздней стадии разработки. В связи с этим необходимо максимальное повышение коэффициента нефтеизвлечения.