Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
1. О развитии застроенной территории, ограниченной ул.Попова, ул.Монастырской в Ленинском районе города Перми (квартал № 6) (постановление администрац...полностью>>
'Документ'
чтобы сделать осознанный выбор Какой выбор я делаю и как я его использую в дальнейшем? Какими стратегиями постановки целей я могу пользоваться сейчас ...полностью>>
'Документ'
В статье «Свойства неделимого объекта» были описаны свойства элементарной единицы. Первой, неделимой, самой маленькой материальной частицы вещества, с...полностью>>
'Урок'
Стоит только взяться за перо, как тут же возникает и неотвратимо преследует пишущего традиционный орфографический вопрос: слитно? раздельно? через деф...полностью>>

Главная > Учебник

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

В.М.ДОБРЫНИН Б.Ю.ВЕНДЕЛЬШТЕИН Р.А.РЕЗВАНОВ А.Н.АФРИКЯН

ПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОФИЗИКА

П о д р е д а к ц и е й

доктора геолого- минеролигических наук

В.М. Добрынин

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по специальностям:

«Бурение нефтяных и газовых скважин»,

«Технология и комплексная механизация разработки нефтяных и газовых месторождений»,

«Экономика и организация нефтяной и газовой промышленности»

МОСКВА „НЕДРА" 1986

УДК 550.83(075)

Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А., Африкян А.Н. Промысловая геофизика: Учебник для вузов /Под ред. В. М. Добрынина. — М.: Недра, 1986. с. 342.

Описаны физическая сущность и области применения электри­ческих, радиоактивных, геохимических и других геофизических ме­тодов исследования скважин. Приведены основы комплексной интерпретации получаемых данных для литологического расчле­нения разрезов скважин, выделения коллекторов нефти и газа, определения их свойств. Рассмотрены методы изучения техниче­ского состояния скважин.

Для студентов вузов негеологических специальностей: «Буре­ние нефтяных и газовых скважин», «Технология и комплексная механизация разработки нефтяных и газовых месторождений», «Экономика и организация нефтяной и газовой промышленности».

Табл. 12, ил. 180, список лит.— 12 назв. Рецензенты: Е. И. Леонтьев, д-р геол.-минер. даук (Тю­менский индустриальный институт); С. А. Султанов, д-р геол.-ми­нер. наук (Уфимский нефтяной институт).

Содержание

Содержание 3

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава I. 6

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН 6

§ 1. УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД 6

§ 3. МЕТОД КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ 14

§ 4. МЕТОД ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ (БОКОВОЙ КАРОТАЖ) 25

§ 5. ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД 28

§ 6. МЕТОД МИКРОЗОНДОВ 29

§ 7. МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ 31

§ 8. МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ 39

ГлаваII. 41

МЕТОДЫ РАДИОМЕТРИИ 41

§ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОМЕТРИИ 41

§ 2. МЕТОД ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ (ГАММА-МЕТОД) 46

§ 3. МЕТОД РАССЕЯННОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ (ГАММА-ГАММА-МЕТОД) 49

§ 4. НЕЙТРОННЫЕ МЕТОДЫ 51

§ 5. ДРУГИЕ МЕТОДЫ РАДИОМЕТРИИ 60

§ 6. РАДИОМЕТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА 65

И НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ 65

Глава III. 70

АКУСТИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ 70

НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН 70

§ 1. АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН 70

§2. ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН 82

§ 3. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН 89

Глава IV. 101

ТЕХНИКА И МЕТОДИКА 101

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН 101

§ 1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ 102

§ 2. ОБОРУДОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРТИИ. 107

ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ 107

Г л а в а V 113

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ИСТОЛКОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 113

§ 1. ЛИТОЛОГИЧЕСКОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН 113

§ 2. ВЫДЕЛЕНИЕ МЕЖЗЕРНОВЫХ КОЛЛЕКТОРОВ В ТЕРРИГЕННОМ РАЗРЕЗЕ 116

§ 3. КОРРЕЛЯЦИЯ РАЗРЕЗОВ 120

Глава VI. 122

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОРИСТОСТИ И НЕФТЕГАЗОНАСЫЩЕНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ 122

§ 1. ГЛИНИСТОСТЬ КОЛЛЕКТОРОВ 122

§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОНИЦАЕМОСТИ 140

ВВЕДЕНИЕ

Геофизические исследования скважин (ГИС) являются об­ластью прикладной геофизики, в которой современные физиче­ские методы исследования вещества используются для геологи­ческого изучения разрезов, пройденных скважинами, выявления и оценки запасов полезных ископаемых, получения информации о ходе разработки месторождений и о техническом состоянии скважин.

Применительно к изучению разрезов нефтяных и газовых скважин эти исследования иногда называют промысловой геофизикой. Кроме того, в практике используется термин «каротаж» (франц. carottage от carotte — буровой крен или буквально — морковь). Термин «каротаж» не соответствует сущ­ности описываемых процессов, и при последующем изложении мы будем отдавать предпочтение более обоснованным научно терминам.

Геофизические методы, используемые для изучения геологи­ческих разрезов скважин, в зависимости от физических свойств пород, на которых они основываются, делятся на электрические, радиоактивные, термические, акустические, геохимические, меха­нические, магнитные и др.

Сущность любого геофизического метода состоит в измерении вдоль ствола скважины некоторой величины, характеризую­щейся одним или совокупностью физических свойств горных по­род, пересеченных скважиной. Физические свойства пород связа­ны с их геологической характеристикой, и это позволяет по ре­зультатам геофизических исследований, судить о пройденных скважиной породах. Геофизические исследования в скважинах выполняют с помощью специальных установок, называемых
промыслово-геофизическими (каротажными) станциями.

Первое изучение теплового поля в нефтяных скважинах с прикладной целью было проведено в Баку известным геологом Д.В. Голубятниковым в 1906 г. Д. В. Голубятников, измеряя максимальным термометром температуру вдоль оси скважины, пытался выявить обводняющиеся пласты. Однако должного рас­пространения его работы не получили.

Толчком к бурному применению геофизических методов для исследования скважин послужили работы профессора Париж­ской высшей горной школы К. Шлюмберже, который в 1927 г. предложил использовать для этой цели разработанный им ме­тод полевой электрической разведки.

В 1929 г. по инициативе И.М. Губкина и Д.В. Голубятникова этот метод был с большим успехом опробован на нефтяных промыслах объединения Грознефть, а позднее — в скважинах объединений Азнефть, Эмбанефть, Майкопнефть. В результате выполненных работ выявились большие возможности нового ме­тода, позволяющего без отбора керна получать ценную геологи­ческую информацию о разрезе и содержании в нем нефти, что дает возможность значительно увеличивать скорость бурения и экономить средства. Первый положительный результат исследо­вания был получен в скв. 1—35 Новогрозненского района в но­ябре 1929 г. Здесь из XIX пласта, рекомендованного геофизика­ми к испытанию, при отсутствии достаточных признаков нефти в кернах из скважины ударил фонтан с дебитом свыше 100 т/сут.

К работам но быстрейшему внедрению и развитию новой технологии изучения разрезов скважин были привлечены моло­дые советские инженеры: К.А. Вероатов, В.Н. Дахнов, И.Г. Дидура, С.Г. Комаров, С.Я. Литвинов, Г.С. Морозов, Г.Н. Строцкий др. В эти годы на основании наблюдений, выполненных в Азербайджане, создастся новый электрический метод — метод потенциалов собственной поляризации (СП), который сущест­венно дополнил метод сопротивлений, увеличив надежность выделения продуктивных пластов.

Развитие новых бескерновых способов изучения разрезов скважин способствовало резкому повышению эффективности буровых работ. В результате уже к 1933 г. электрические иссле­дования скважин получили повсеместное распространение на промыслах Советского Союза.

В свою очередь, высокая эффективность электрических мето­дов исследования стимулировала развитие других геофизиче­ских исследований скважин. В 1933 г. в Баку акад. М.В. Абра­мович предложил анализировать буровой раствор на содержа­ние в нем углеводородных газов — возникла основа для созда­ния газометрии скважин. В эти же годы в Советском Союзе создаются методы скользящих контактов (А.С. Семенов и О.К. Владимиров), магнитный (В. А. Шпак) и др., за рубе­жом — метод потенциалов вызванной поляризации (К. Шлюмберже).

В 1934 г. ленинградские геофизики Г.В. Горшков, А.Н. Граммаков, В.А. Шпак и Л.М. Курбатов предложили метод естест­венной радиоактивности, или гамма-метод, а в 1940 г. акад. Б. Понтекорво — нейтронный гамма-метод. Это привело, начи­ная с 50-х годов, к развитию комплекса современных радиоак­тивных методов исследования скважин и аппаратуры (Б.Б. Лапук, Л.С. Поллак, Г.Н. Флеров, Д.Ф. Беспалов и др.).

В 1948—1953 гг. под руководством Г. Долля были разрабо­таны боковой и индукционный методы, метод микрозондов, кото­рые в настоящее время широко применяются в промышленности. В 1953—1958 гг. в Советском Союзе были предложены модифи­кации плотностного и селективного гамма-гамма-методов для поисков рудных месторождении и угля (А.П. Очкур, Ю.П. Булашевич, Г.М. Воскобойников и др.).

Успешному развитию геофизических исследований скважин во многом способствовали теоретические разработки в области распространения физических полей. Основоположником теории электрического метода сопротивлений явился советский ученый, акад. В.А. Фок. Его решение задачи о распространении элек­трического поля в скважинах было использовано Л.М. Альпиным С.Г. Комаровым для создания количественной интерпре­тации результатов метода сопротивлений. Начало работ по тео­рии радиоактивных методов исследования в СССР было положе­но в 1948 г. трудами А.И. Заборовского, Г. В. Горшкова и позд­нее Ю.П. Булашевича и др.

Интенсивное развитие промысловой геофизики способствова­ло созданию нового научного направления в геологической нау­ке — науки о физических свойствах горных пород, их взаимных связях и закономерностях изменения — петрофизики. Большой вклад в развитие петрофизики внесли В.Н. Дахнов, В.Н. Кобранова, М.Л. Озерская и др. Петрофизика явилась научной ба­зой для количественной интерпретации геофизических данных.

За рубежом значительный вклад в развитие теории геофизи­ческих методов внесли Г. Долль, Г. Арчи, М. Мартен, Д. Деван, Г. Гюйо, В. Рассел, М. Уайли и другие исследователи; ими же дано петрофизическое обоснование методов.

В последние годы значительно возрос объем геофизических исследований скважин на нефть и газ, увеличились глубины скважин, значительно усложнились условия их проходки. Это потребовало создания новых высокопроизводительных приборов и аппаратуры на основе достижений электронной техники и ши­рокого внедрения обработки геофизических данных на ЭВМ.

Разработаны комплексные скважинные приборы — агрегатированные системы геофизических скважинных приборов, рассчи­танные на высокие давления и температуры. Разработаны циф­ровая и компьютеризированная станции, автономные скважин­ные приборы для исследования в процессе бурения, ряд новых приборов (акустический телевизор, пластовый наклономер, мощ­ные генераторы нейтронов и др.). Все эти меры способствовали достижению высоких скоростей в бурении, повышению эффектив­ности разведки.

Новым направлением в промысловой геофизике в последние годы явилось создание аппаратуры и системы геолого-геофизического и технологического контроля за бурением и эксплуата­цией скважин. Это позволило значительно расширить сферу промыслово-геофизических услуг, распространить ее не только на изучение геологического разреза скважин, но и на контроль за процессом строительства и эксплуатации скважин. Геофизиче­ские методы исследования эксплуатационных скважин стали в настоящее время основным источником информации о процессе разработки нефтяных и газовых месторождений.

Введение, гл. I (кроме § 7) и § 6 и 7 в гл. VI написаны В.М. Добрыниным; гл. II, III, X—Р. А. Резвановым; гл. V, VI (кроме § 6 и 7) и § 7 в гл. I —Б.Ю. Вендельштейном; гл. IV, VII—IX и XI —А.Н. Африкяном.

Глава I.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН

При проведении исследований скважин электрическими метода­ми изучают удельное электрическое сопротивление, естествен­ную (собственную) и искусственно-вызванную электрохимиче­ские активности горных пород. На определении удельного элек­трического сопротивления основываются метод кажущихся со­противлений (в том числе в модификации микрозондов и экра­нированного заземления) и индукционный метод исследования скважин.

Различие в естественной (собственной) электрохимической активности используют при исследованиях скважин методом по­тенциалов собственной поляризации (метод СП), а вызванную электрохимическую активность горных пород изучают методом потенциалов вызванной поляризации (метод ВП).

§ 1. УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Известно, что электрическое сопротивление R проводника дли­ной l, состоящего из однородного материала и имеющего посто­янное поперечное сечение s, можно определить по формуле

(1.1)

Коэффициент ρ в уравнении (1.1) называется удельным электрическим сопротивлением и измеряется в при­кладной геофизике в ом-метрах (Ом·м). Удельное электриче­ское сопротивление1 обратно пропорционально удельной элек­трической проводимости (электропроводности) горных пород.

Осадочные горные породы, слагающие разрезы нефтяных, газовых, угольных и многих рудных месторождений, состоят из породообразующих минералов и пустот (пор), заполненных во­дой, нефтью, газом или смесью этих флюидов. Большинство породообразующих минералов имеют очень большое сопротив­ление и практически не проводят электрического тока.

Удельное электрическое сопротивление (в Ом·м) породооб­разующих и рудных минералов:

Ангидрит ……………….

107 — 1010

Каменный уголь ……….

10 — 1016

Кальцит ………………...

107 — 1012

Антрацит ……………….

10-3 — 1,0

Кварц …………………..

1012 — 1014

Пирит …………………...

10-4 — 10-1

Полевые шпаты ………

1011 — 1012

Графит ………………….

10-6 — 10-4

Слюда ………………….

1014 — 1016

Магнетит ……………….

10-4 — 10-2

Нефть ………………….

109 — 1016


1 В дальнейшем для краткости будем называть удельным сопротивлением, опуская слово «электрическое»

Примесь в осадочной породе высокопроводящих рудных ми­нералов (пирита, магнетита и др.) при содержании, меньшем 5%, оказывает небольшое влияние на удельное сопротивление породы. Осадочные породы, слагающие разрезы нефтяных и га­зовых месторождений, как правило, содержат менее 5% рассе­янных зерен рудных минералов. Однако, несмотря на весьма высокое сопротивление основных породообразующих минералов, удельное сопротивление различных осадочных пород в естест­венном залегании изменяется в широком диапазоне — от деся­тых долей ом-метра до сотен тысяч ом-метров (рис. 1). Роль проводника при прохождении электрического тока через осадоч­ные породы играет пластовая вода, содержащая растворенные соли. Величина удельного сопротивления породы в каждом от­дельно взятом случае зависит от удельного сопротивления насы­щающих поры породы пластовых вод - процентного содержания водных растворов и углеводородов в порах породы; текстурных особенностей породы.

Рис. 1. Удельное электрическое сопротивление горных пород (по В.Н. Дахнову)

Удельное сопротивление пластовых вод, в свою очередь, за­висит от концентрации, состава растворенных солей и темпера­туры. При равных концентрациях (минерализациях) значения удельного сопротивления водных растворов солей сильных кис­лот близки. Наиболее высокую концентрацию в пластовых во­дах имеют ионы С1-, SO42-, Na+, Ca2+ и Mg2+. В меньшем количестве содержатся ионы I-, Вг- и др. Соль NaCl преобладает. Поэтому обычно при определении удельного сопротивления пла­стовых вод нефтяных и газовых месторождений по известной минерализации влиянием состава растворенных в пластовой воде солей пренебрегают и условно считают, что в растворе име­ется только одна соль NaCl.

Рис. 2. Зависимость удельного сопротивления ρв раствора хло­ристого натрия от его концентрации С, температуры t и плот­ности Be или δр 20 .

Шифр кривых — t, ºС

Общую минерализацию пластовых вод приравнивают к мине­рализации раствора NaCl и удельное сопротивление с учетом температуры определяют по графику, изображенному на рис. 2.

Как видно, с увеличением температуры на 1 °С удельное сопро­тивление растворов снижается в среднем на 2%. В небольшом диапазоне температур (например, от нуля до 50 °С) для приве­дения удельного сопротивления раствора к заданной температу­ре можно использовать также формулу

, (1.2)

где ρ20 — удельное сопротивление раствора при t=20 °C, Ом·м;

t — температура, °С;

α — температурный коэффициент, равный приближенно 0,023 ºС-1.

Поскольку проводником электрического тока в большинстве осадочных пород является пластовая вода, а породообразующие минералы не проводят электрического тока, удельное сопротив­ление зависит не только от минерализации пластовых вод, но и от их объема, или при 100%-ном насыщении пластовой водой — от величины коэффициента пористости пород. Чем выше коэф­фициент пористости породы, тем больше в ней содержится про­водящего ток флюида и тем ниже ее удельное сопротивление. При изучении зависимости удельного сопротивления от коэффи­циента пористости пород для исключения влияния минерализа­ции пластовых вод обычно пользуются относительным сопротив­лением, которое при 100%-ном насыщении пор породы пласто­вой водой называется параметром пористости,

(1.3)

где Рп — параметр пористости;

ρвП — удельное сопротивление по­роды при 100%-ном насыщении ее пластовой водой, Ом·м;

ρв — удельное сопротивление пластовой воды, Ом·м.

Исследования показывают, что для большинства осадочных горных пород связь сопротивления с величиной пористости вы­ражается эмпирической формулой

, (1.4)

где kпm — коэффициент пористости породы;

аm и m — постоянные для определенной группы пород коэффициенты, зависящие от конфигурации токопроводящих путей в породе (степени цемента­ции породы).

По В. Н. Дахнову, коэффициенты аm и m для оса­дочных пород могут иметь следующие значения: аm = 1÷0,8; m = 1,3÷2,3.

На рис. 3 приведены обобщенные кривые зависимости пара­метра Рп от коэффициента пористости породы. Эти кривые реко­мендуется использовать для оценки коэффициента пористости по данным сопротивления в том случае, когда отсутствуют экспе­риментальные зависимости, полученные при изучении образцов из исследуемых отложений.

Зависимости Pп f(kп) чаще всего строят на основании экс­периментального изучения образцов кернов породы в атмосфер­ных условиях. Горные породы в естественном залегании испы­тывают действие высоких давлений и температуры, в результате чего коэффициент пористости уменьшается, а удельное сопро­тивление возрастает. Эти обстоятельства способствуют увеличе­нию наклона кривых. На рис. 109 изображены эксперименталь­ные кривые, иллюстрирующие влияние всестороннего сжатия на вид Рп = f(kп). Увеличение температуры ведет к возрастанию па­раметра пористости для чистых или малоглинистых пород и его снижению для глинистых пород. Способ введения поправок за влияние пластовых условий изложен в работах [2, 6].

На удельное сопротивление глинистых песчаников, помимо минерализации пластовой воды, температуры и давлений, оказывает влияние поверхностная проводимость, обусловленная ад­сорбционной способностью тонкодиcперсной глинистой фракции. Эта дополнительная проводимость снижает удельное сопротивле­ние глинистых пород. Особенно заметным становится влияние поверхностной проводимости при насыщении глинистой породы пресной или опресненной водой. В этих условиях величина па­раметра пористости одной и той же породы изменяется в зави­симости от минерализации насыщающего электролита. Для оценки роли поверхностной проводимости породы вводят в рас­смотрение коэффициент поверхностной проводи­мости

, (1.5)

где Рп — параметр пористости породы, содержащей низкомине­рализованную воду; Рп нас — параметр пористости породы, со­держащей насыщенный раствор электролита («истинный» пара­метр пористости). Коэффициент поверхностной проводимости П зависит от удельного сопротивления поровых вод и глинистости породы (рис. 4).

Рис. 3. Зависимость параметра пористости Рп от коэф­фициента пористости пород kп для терригенных и кар­бонатных пород в атмосферных условиях (по В. Н. Дахвову).

1 — пески; 2 — слабосцементированные песчаники; 3 — среднесцементированные песчаники; 4 — ракушечные и глинистые извест­няки; 5 — известняки и доломиты крупнокристаллические сред­ней уплотненности; 6 — известняки и доломиты плотные и тон­кокристаллические.



Похожие документы:

  1. Уроки американского менеджмента

    Урок
    ... для студентов этой категории. Но с учетом специфики нашей страны этот учебник ... по подготовке управляющих во главе с А. Ф. Добрыниным (СССР ... обучавшихся по ... области высшего и среднего специального образования. ... для министерства ... нефтяной разведки и бурения ...

Другие похожие документы..