Материал: Электрические методы исследования скважин

Применение данного метода позволяет надежно определить текущее нефтенасыщение в процессе эксплуатации, что важно для поисков нефти и газа на длительно разрабатываемых месторождениях и выявления невыработанных участков пластов.

Промышленные исследования электрическими методами в скважинах, обсаженных металлическими колоннами, в России начались в 1995 г., хотя возможность таких измерений была предложена профессором Л.М. Альпиным еще в 1939 г. Прибор ЭКОС (электрический каротаж обсаженных скважин), созданный ООО НППГТ "Геофизика" (г. Пятигорск), является аналогом приборов компаний Schkimberger - CHFR (Cased Hole Formation Resistivity) и Baker Hughes - TCRT (Through Casing Resistivity Tool).

Зонд ЭКОС обеспечивает измерение удельных электрических сопротивлений в диапазоне от 0-200 Омм (аппаратура ЭКОС-31-7М) в скважинах, заполненных проводящей жидкостью на водной основе и в смеси с нефтью, а также в "сухих" скважинах.

В аппаратуре ЭКОС используют зонд, состоящий из двух токовых и трех измерительных электродов. В колонну через каждый токовый электрод поочередно подают электрический ток. При каждой из подач тока измеряют потенциал электрического поля колонны и определяют УЭС по соответствующей формуле.

Прибор ЭКОС-31-7 был приобретен и опробован ОАО "Когалымнефтегеофизика" на месторождениях Западной Сибири. В новых скважинах по данному методу подтверждается довольно высокая сходимость показаний электрического сопротивления в открытом стволе по боковому каротажу и в обсаженной скважине данным прибором. Данные исследования представлены на рисунке 1.

Рис.1. Сопоставление данных каротажа ЭКОС-31-7 с данными бокового каротажа и ГК. Западно-Салымское месторождение.

Есть ограничения в технологии выполнения измерений при значительных нарушениях целостности колонны, разделения интервалов, насыщенных нефтью и обводненных пресными водами, а также с отсутствием возможности получения достоверных значений удельного электрического сопротивления в многоколонных конструкциях скважин.

С 2007 г. в ГК "Таймзиск" разрабатывается модификация дивергентного каротажа, получившая название метода наноэлектрического каротажа (НЭК). Типичное сопротивление пород примерно в миллиард раз больше, чем сопротивление обсадной колонны. Это означает, что измеряемая разность потенциалов находится в диапазоне нановольт.

Еще один метод измерения УЭС в обсаженных стальной колонной скважинах f-аппаратурный комплекс ЭКРАН - внедрен в опытное производство в марте 2007г. на предприятии ЗАО "ПГО "Тюменьпромгеофизика".

В аппаратуре ЭКРАН реализован двухэтапный принцип измерения, когда размер утечки тока по колонне учитывается с помощью дополнительной калибровки (по принципу прибора CHFR).

Преимущество технологии ЭКРАН - большая глубинность исследования (более 4 м), что минимизирует влияние ближней зоны, а благодаря созданию по периметру колонны эквипотенциальной поверхности метод исключает влияние скважинной жидкости. Существует возможность определения текущего насыщения в низкопористых коллекторах, где применение ядерно-физических методов неэффективно.

Проведенные исследования с использованием аппаратурного комплекса ЭКРАН показали высокую точность определения УЭС горных пород. Это позволяет использовать существующие интерпретационные схемы и алгоритмы обработки для получения оценки текущей насыщенности пласта.

К ограничениям технологии следует отнести большой диаметр скважинного прибора, что исключает работу через лифтовые трубы, неширокий диапазон измерения удельного сопротивления, точечное производство измерений (от трех минут) для обеспечения хорошего контакта электродов с обсадной колонной, а также необходимость очистки стенок колонны перед исследованием.

Данный метод выполняет следующие задачи:

o   При исследовании старых скважин:

·обнаружение и оценка пропущенных и неразработанных пластов;

·проведение повторной оценки продуктивности после многолетней эксплуатации.

o   При исследовании новых скважин:

·измерения в скважинах высокой аварийной опасности, в которых нельзя проводить;

·исследования в открытом стволе из-за существующих условий. При контроле за поведением продуктивного пласта;

·оценка изменений в зоне водонефтяного контакта;

·оценка изменений текущего коэффициента насыщения;

·возможность проводить геофизические исследования на действующих месторождениях, обсаженных высокопроводящими стальными трубами.

Микрозондирование (МКЗ)

Это разновидность метода КС, основанная на применении зондов очень малых размеров. Расстояния между электродами зонда составляет по 2,5 см.

Создается очень маленькое электрическое поле, которое едва касается пластов. Микрозонд имеет рессорную конструкцию, благодаря которой электроды прижимаются к стенке скважины. Они вмонтированы в башмак из плотной резины, который экранирует влияние бурового раствора (рис.11).

А 0,025 М 0,025 N градиент - микрозонд (ГМЗ),

А 0,05 N - потенциал - микрозонд (ПМЗ).

У ПМЗ третий электрод (М0) удален от трех электродов на большое расстояние (1-2 м), которое считается бесконечностью. По этой причине (MN>>AN) ПМЗ считается идеальным зондом.

Вследствие малой величины электрического поля на показания МЗ не влияют соседние пласты, поэтому переходные границы между пластами (кровля, подошва) отмечаются почти горизонтально.

На показания МЗ оказывают влияние буровой раствор и глинистая корка на стенке скважины, которая образуется за счет фильтрации бурового раствора (глинистый раствор) в пласт-коллектор за счет избыточного гидростатического давления столба жидкости в стволе скважины.

Назначение МКЗ можно определить четырьмя пунктами:

) Точная отбивка границ пластов. Это связано с более горизонтальной конфигурацией границ по сравнению с диаграммами других геофизических методов (ПС, КС и др.) Точность глубинных отметок границ продуктивных пластов необходима при подсчете запасов нефти.

) Выделение тонких непроницаемых прослоев величиной 10-40 см (глины, аргиллиты, гипс) в пластах-коллекторах. Они бывают незаметны на диаграммах других методов. Эти прослои являются помехой для равномерного вытеснения нефти, особенно при контроле за подъемом ВНК.

) Выделение и уточнение пластов-коллекторов в разрезе пробуренной необсаженной скважины. Проницаемые интервалы отмечаются повышенными показаниями на диаграммах ПМЗ по сравнению с ГМЗ. Эффективная длина ПМЗ больше, чем ГМЗ, поэтому и глубинность действия первого больше.

4) Определение пористости пластов по специальному параметру пористости P.

ДиаграммаМКЗ

Пласты коллекторы четко выделяются по расхождению (положительное приращение) кривых ГМЗ и ПМЗ. Пласты глин четко выделяются по минимальным значениям удельных сопротивлений и хорошему совпадению обеих кривых.

По данным ПС выделены отрицательными показаниями коллектора, что подтверждается по показаниям МКЗ положительными приращениями МПЗ.

Боковое каротажное зондирование (БКЗ)

При БКЗ определяются  и . Таким образом, в скважине измеряется удельное сопротивление какой-то сложной многокомпонентной среды.

При измерении удельного электрического сопротивления породы на величину влияет много искажающих факторов:

. удельное сопротивление раствора,

. зона проникновения,

. диаметр скважины,

. вмещающие породы,

. толщина пласта h.

В Волго-Уральском районе БКЗ проводится следующими зондами:

N 11 M 0,5 A - стандартный

М 7,5 А 0,75 В - подошвенный Г-З

М 0,3 А 0,1 В - подошвенный Г-З

М 0,8 А 0,1 В - подошвенный Г-З

М 4,0 А 0,5 В - подошвенный Г-З

М 7,5 А 0,5 В - подошвенный Г-З

В 0,5 А 4,0 М - кровельный Г-З

Интерпретация диаграмм

Боковое каротажное зондирование - это серия исследований методом КС зондами различной длины. Проводится оно для определения истинного удельного сопротивления пласта (). А по величине этого параметра устанавливается характер насыщения пласта. Определения эти проводятся по пластам-коллекторам, которые уже ранее выделены по диаграмме ПС и микрозондированию.

БКЗ проводится однотипными зондами КС, исходя из особенностей геологического строения. Для региона Среднего Поволжья приняты подошвенные градиенты - зонды, на диаграммах которых острым максимумом четко отмечается подошва пласта. А кровля пласта отмечается менее четко по минимуму КС.

подошвенный зонд кровельный зонд

В районе Татарстана применяется пять таких зондов различной длины. Кроме того, для четкой отбивки кровли пласта применяется один, кровельный градиент-зонд. Поскольку БКЗ вычерчено на гладкой бумаге, для определения глубинных отметок надо пользоваться миллиметровой линейкой. Масштаб глубин - 1: 200.

Определение истинного удельного сопротивления пласта ρ_п

Оно определяется наложением кривой зондирования на семейство кривой палетки.

Кривая зондирования перемещается по вертикали и горизонтали до наилучшего совпадения с кривыми палетки. При перемещении обязательно надо соблюдать параллельность координатных осей палетки и кривой зондирования.

Каждая кривая палетки имеет свой - шифр:

Необходимо взять значение шифра кривой, с которой совпала кривая зондирования. Если кривая проходит между двумя кривыми палетки, то надо произвести пропорциональное интерполирование. По значению шифра определяется удельное сопротивление пласта.

Определение характера насыщения пласта

Насыщение пласта устанавливается по специальному относительному параметру, который называется параметром насыщения или коэффициентом увеличения сопротивления:

где - удельное сопротивление пласта;  - удельное сопротивление того же пласта при условии его 100% насыщенности водой. Величина может быть взята для данного пласта за контуром нефтеносности (в водной части пласта). Для девонских пластов песчаника Ромашкинского и Ново - Елховского месторождений берется - 1,2 Омм. Критерии оценки характера насыщения пластов: Q > 15 - пласт нефтеносный, Q = 7 ÷ 15 - пласт слабо нефтенасыщенный, Q < 7 - пласт водоносный.

Боковой каротаж (БК)

Фокусировка тока

Это электрический метод, дающий информацию об удельном электрическом сопротивлении пластов. Следовательно, это разновидность метода КС, и исследования проводятся в необсаженной скважине. Нормальный буровой раствор должен иметь сопротивление 0,5-8 Омм.

Эффективность всех электрических методов сильно зависит от качества промывочной жидкости (ПЖ), удельное сопротивление которой должно быть не менее 0,5 Омм. Если это условие не выполняется, то приходится менять ПЖ.

Однако есть некоторые геологические условия, при которых замена ПЖ не дает желаемых результатов. Это бывает связано с поступлением в скважину соленой пластовой воды, которая снижает сопротивление ПЖ. При этом ток электродов цепи питания (АВ) растекается по стволу скважины, по вертикали, а для исследований геологического разреза надо, чтобы ток распространялся в пласты, по горизонтали.

Индукционный каротаж (ИК)

Этот метод, основанный на измерении удельной электропроводности s = 1/ρ (или удельного электрического сопротивления) пород по вторичному магнитному полю. Относится он к категории электрических методов, исследования проводятся в необсаженной скважине. ИК применяется для определения характера насыщения пласта. На показания метода мало влияет литология, в большей степени проявляется характер флюида (нефть, вода). Поэтому исключительно важным представляется применение его для исследования карбонатных интервалов, где другие электрические методы дают большие погрешности в закономерностях между физическими и геологическими параметрами. В методе ИК глубинность исследования в пласт примерно в 4 раза больше, чем в методе КС.

Большая часть электрических методов по возможностям применения ограничена условиями качества бурового раствора (= 0,5 - 8,0 Омм). В реальных условиях сопротивление бурового раствора может выходить за эти пределы.

Это может быть при добавлении нефти в промывочную жидкость при бурении. Еще выразительнее бывает отсутствие раствора в верхних частях скважины. Электромагнитное поле проходит в любой среде, в т. ч. и в вакууме.

Скважинный прибор содержит 4 катушки - две основные (L1, L4) и две дополнительные (L2,L3). Генераторная катушка L1 излучает первичное электромагнитное поле Е1 которое наводит в породе ЭДС с частотой 30 - 40 кГц.

Для исключения прямого влияния L1 на L4 (по вертикали) служит компенсирующая катушка L3, которая дает синхронную частоту в противофазе с L1.

На показания ИК, как и других электрических методов, влияют различные помехи.

буровой раствор в стволе скважины,

зона проникновения бурового раствора,

соседние пласты (вмещающие породы).

Диаметр скважины и повышающее проникновение бурового раствора на показания ИК не влияют. Сильное искажение вносит понижающее проникновение (при < 0,3 Омм). Эта помеха бывает сильной, если диаметр зоны проникновения превышает диаметр скважины в 3 раза. На показания ИК сильнее всего влияют породы на расстоянии, равном длине зонда. При длине около 1 м зафиксированное на диаграмме значение σк (кажущееся) ближе всего соответствует истинной проводимости пласта σк σп.

На диаграмме ИК кривая σк соответствует перевернутой кривой КС (зеркальное отображение ρк) с гиперболическим масштабом. Среда с низкими удельными сопротивлениями ρ < 50 Омм на диаграмме ИК дифференцируется хорошо, в диапазоне ρ = 50 - 200 Омм расчленение пород плохое, а при ρ > 200 Омм дифференциации нет совсем. Это существенный недостаток индукционного каротажа. Причиной сглаживания кривой является скин-эффект, т.е. взаимодействие по фазе вихревых токов. Этот эффект растет с увеличением частоты. Кривые ИК симметричны, границы пластов отмечаются легко - по середине спада кривой.

Индукционный каротаж рекомендуется для: