Геофизические методы исследования

СКВАЖИН

 

 

Классификация методов ГИС

 

Классификация методов ГИС может быть произведена по виду изучаемых физических полей. В этой связи их делят на электрические, электромагнитные, термические, акустические, ядерные и другие.

К настоящему моменту известно более пятидесяти методов ГИС и их модификаций. Подобное многообразие объясняется рядом факторов.

1. Первый связан со спецификой обратных задач, требующей комплексирования большого числа методов.

2. Второй – связан с различиями в условиях применения ГИС:

· в осадочных и других породах (метаморфических, магматических);

· в скважинах обсаженных и не обсаженных;

· в скважинах сухих или заполненных водными растворами солей, а также электропроводными и неэлектропроводными промывочными жидкостями.

3. Третий фактор, обусловливающий многообразие применяемых методов ГИС – это большое количество и многоплановость решаемых ими задач геологического, технологического, инженерного и гидрогеологического характера.

 

 

Соотношение методов, основанных

на исследовании керна, шлама и ГИС

 

Важным источником информации по изучению скважины являются данные кернового материала и шлама. С их помощью изучают петрофизические, текстурно-структурные, фильтрационно-емкостные, петрографические и другие свойства пород. Однако в целом эти методы не достаточно эффективны, что объясняется неполным выносом кернового материала, трудностью привязки керна по глубине, малым радиусом исследования, изменением характеристик горных пород в зоне бурения и при подъеме на поверхность, значительными затратами времени и средств.

В отличие от этого ГИС дают сплошную, сравнительно точно привязанную по глубине информацию с существенно большим радиусом исследования. Затраты времени и соответственно стоимость ГИС ниже. Важно, что удается получить информацию о горных породах в их естественном залегании. Большой радиус исследования, возможность осуществлять замеры не только в функции пространственных координат, но и в функции времени, изучение всей системы скважина-пласт, позволяют решать геологические задачи, в принципе не решаемые по керновому материалу.

Вместе с тем, достаточно точная оценка с помощью ГИС параметров, характеризующих литологию, коллекторские свойства, содержание того или иного полезного ископаемого и т.д., требует знания свойств матрицы (скелета) горной породы, флюида-порозаполнителя, а также петрофизических зависимостей для определенного типа отложений месторождения. Такую информацию в большинстве случаев получают с помощью кернового материала и шлама. Поэтому исследования керна, шлама и ГИС должны рассматриваться как составляющие единого процесса изучения околоскважинного и межскважинного пространства.

 

 

Роль и место ГИС на стадиях

   горно-геологического процесса

 

Роль и место ГИС обусловливаются стадией горно-геоло-гического процесса, под которым будем понимать комплекс операций от постановки геологической задачи до эксплуатации месторождения включительно.

Вопрос о стадийности горно-геологического процесса зависит от типа полезного ископаемого. Обобщая и схематизируя, его можно разбить на пять стадий.

На первой стадии (стадии региональных исследований), выявляют перспективные геологические объекты данного региона. Основную роль здесь играют аэрокосмические, наземные геохимические и геофизические методы.

Керновый материал, получаемый из малого числа опорных скважин, является источником информации о литолого-стра-тиграфических, петрофизических и других характеристиках пород. Однако в силу неполного выноса и малого радиуса исследований он не обеспечивает информации о разрезе в необходимом объеме. В этой связи методы ГИС после настройки по керновому материалу играют по отношению к нему роль интерполирующего и экстраполирующего инструмента, позволяющего построить сплошные вертикальные геолого-геофизические модели разрезов.

Полученная с помощью ГИС информация имеет самостоятельное значение, а также используется для «настройки» наземных геофизических методов. Вертикальные сейсмоакустические модели, например, позволяют объяснить основные закономерности формирования волнового поля при наземной сейсморазведке, связав его с геологическими особенностями среды.

Фактически ГИС призваны играть по отношению к наземным методам ту роль, которую керн играет по отношению к ГИС. Вместе с тем сеть опорных скважин на региональной стадии, как правило, столь редка, что использование наземных методов для интерполяции и экстраполяции данных ГИС на межскважинное пространство неэффективно.

Результатом региональной стадии исследований является модель расположения перспективных геологических объектов региона – зон, структур, формаций и т.д. Такая модель – информационная основа для выработки управляющих решений на проведение второй стадии горно-геологического процесса – зональной, задача которой – изучение строения перспективных геологических объектов.

На зональной стадии исследований основную роль играют различные модификации геохимических, аэро- и наземных геофизических методов. Их главное отличие от соответствующих региональных модификаций – большая детальность исследований. Объем бурения, а соответственно и роль ГИС, возрастают. Тем не менее, соотношение методов «керн – ГИС – наземная геофизика», в принципе, такое же, как и на региональной стадии.

Результат зональной стадии исследований – трехмерная модель перспективного геологического объекта.

Существенно, что обратная связь, охватывающая комплекс региональных исследований, позволяет корректировать априорную модель региона по мере получения новой информации, обеспечивая оптимизацию процесса исследований, т.е. уточнение направления профилей, мест заложения опорных скважин и т.д. Обратная связь как непременное условие системного подхода к организации исследований играет важную роль на всех стадиях горно-геологического процесса.

Знание модели перспективного объекта позволяет приступить к третьей стадии горно-геологического процесса – поисковой. Ее основная задача – подтверждение существования месторождения и оценка его промышленной значимости. В этой связи она характеризуется большим объемом буровых работ, испытаний и опробований, позволяющих получить прямое подтверждение продуктивности.

Тенденция к повышению значимости ГИС получает на этой стадии дальнейшее развитие. Значительный объем накопленной информации, большая детальность наземных исследований и высокая плотность поисковых скважин позволяют прогнозировать геологический разрез между скважинами и за контуром их заложения, используя детальные наземные методы для интерполяции и экстраполяции полученных с помощью ГИС вертикальных моделей разреза. Таким путем удается сократить объем дорогостоящего поискового бурения.

На четвертой (разведочной) стадии модель месторождения, построенная на этапе поисков, уточняется и детализируется с целью подсчета запасов полезного ископаемого и подготовки месторождения к эксплуатации. Роль ГИС значительно возрастает. Их основные задачи – оценка подсчетных параметров, изучение изменчивости объектов разработки, детальное исследование разрезов скважин, выбор интервалов испытаний и опробований, а также контроль качества их проведения.

Значение кернового материала постепенно снижается, снижаются и объемы бурения с отбором керна.

Роль ГИС на пятой, эксплуатационной, стадии горно-геологического процесса, зависит от технологии разработки месторождения.

Задачи ГИС на эксплуатационной стадии делятся на две группы:

1. Первая группа задач (технологического характера) связана с эксплуатацией месторождения и контролем его разработки. На нефтегазовых месторождениях – это в первую очередь изучение разрезов скважин с целью выделения продуктивных интервалов, контроль процесса выработки залежи, наблюдение за продвижением фронта нагнетаемых вод.

Одновременно на этой стадии, как и на всех предыдущих, с помощью геофизических методов решается важнейшая задача – изучение технического состояния скважин.

На месторождениях твердых полезных ископаемых исследования на эксплуатационной стадии проводятся как в обычных скважинах, так и в подземных выработках. Основное назначение таких работ – количественная оценка продуктивности отложений, контроль за процессом их выработки, прогнозирование зон обрушения, трещиноватости, закарстованности, изучение прочностных свойств кровли горных выработок и гидрогеологической обстановки.

2. Вторая группа задач эксплуатационной стадии связана с доразведкой эксплуатирующегося месторождения – изучением его флангов и не подвергшихся ранее детальным исследованиям горизонтов. Необходимость в доразведке возникает также в случае появления новых геологических данных, при несоответствии модели эксплуатирующегося месторождения результатам эксплуатации, при создании новых геофизических методов.

Однако и при отсутствии перечисленных причин обратная связь позволяет использовать результаты исследований, проводимых с целью контроля разработки, для совершенствования представлений о модели месторождения. В настоящее время роль доразведки эксплуатирующихся (в том числе истощенных) месторождений существенно возросла, что связано с новыми тенденциями (бурение боковых стволов и т.д.) и технологиями эксплуатации скважин, увеличением затрат на поиск невыработанных целиков и разведку новых месторождений.

Отметим, что информация на всех стадиях горно-геоло-гического процесса поступает с более низких иерархических уровней на более высокие, накапливаясь и уточняясь в банках данных.

Из вышеизложенного ясно, что ГИС – неотъемлемая составная часть горно-геологического процесса на всех его стадиях.

Глава 2.

СКВАЖИНА КАК ОБЪЕКТ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

 

Скважина как объект геофизических исследований оказывает существенное влияние на специфику геофизических методов и технологию их проведения. По назначению скважины делятся на опорные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, гидрогеологические и т.д. Однако, с точки зрения ГИС, решающее значение имеет технология их проводки. По этому признаку скважины можно разделить на четыре группы:

· «сухие» – пробуренные без промывочной жидкости (ПЖ);

· пробуренные на воде;

· пробуренные на нефильтрующихся и непроводящих электрический ток (известково-битумных) ПЖ;

· пробуренные на водных фильтрующихся (глинистых) ПЖ.

К последней группе относятся практически все скважины большой и средней глубины, в том числе подавляющее большинство скважин нефтегазовых месторождений.

Отметим, что скважина усложняет структуру изучаемых физических полей, что приводит к серьезным трудностям при решении прямых и обратных задач. Кроме того, вскрывая толщу горных пород, скважина нарушает условия их залегания: изменение геостатического давления и температуры приводит к перераспределению напряжений, взаимодействие породоразрушающего инструмента и ПЖ с породой усугубляет этот процесс, способствуя образованию микротрещиноватости в прочных и разрушению, размыву с образованием каверн – в рыхлых, трещиноватых, растворимых породах.

Во избежание неконтролируемого выброса пластовых флюидов давление ПЖ поддерживают несколько выше пластового, в результате чего возникает ее фильтрация в проницаемые пласты. Поскольку эффективные диаметры пор залегающих глубоко пород имеют небольшие размеры и редко превышают               100 мкм, а размеры глинистых частиц в основном больше этой величины, в пласт проникает лишь фильтрат ПЖ, основное же количество частиц оседает на стенке скважины. Образующаяся глинистая корка повышает устойчивость стенок и препятствует дальнейшей фильтрации.

В результате проникновения фильтрата ПЖ в проницаемые пласты в них образуются зоны проникновения с диаметрами от десятков до сотен сантиметров. Физико-химические свойства пород в зоне проникновения изменяются за счет оттеснения первоначального флюида, возникновения сложного, в ряде случаев многофазного насыщения, окислительно-восстановительных процессов, закупорки пор (кольматации). Таким образом, меняется не только характер насыщения пласта, но и его фильтрационно-емкостные свойства.

Наиболее измененную часть зоны проникновения называют промытой зоной. Границы зоны проникновения и промытой зоны имеют неярко выраженный характер. Обычно в геофизике под зоной проникновения понимают цилиндрическую область, в пределах которой величина измеряемого параметра отличается от значения данного параметра в неизмененной части пласта более чем на двойную погрешность измерения. В этой связи отметим, что границы зоны проникновения для разных методов различны.

При изучении характера насыщения пласта, количественной оценке его нефтегазоносности и фильтрационно-емкостных характеристик, зона проникновения является серьезным осложняющим фактором, но сам факт ее существования говорит о проницаемости пласта.

Однако полное прекращение фильтрации промывочной жидкости приводит к постепенному уменьшению диаметра зоны проникновения и, в конечном счете, ее расформированию под влиянием диффузии, капиллярных и гравитационных сил. Первоначальное насыщение пласта в его прискважинной части восстанавливается, что дает возможность оценить нефтегазонасыщенность, а в процессе эксплуатации контролировать динамику газожидкостных и водонефтяных контактов.

После завершения бурения и проведения геофизических исследований в открытом стволе, скважину обсаживают стальной колонной и цементируют для укрепления ее ствола и разобщения пластов – коллекторов с разным флюидосодержанием.

Обсадная колонна практически исключает применение электрических, электромагнитных и магнитных методов, и в той или иной степени искажает показания радиоактивных, сейсмоакустических, термических.