Геофизические исследования

Геофизические исследования скважин (ГИС) - это методы геологической и технической  документации проходки скважин, основанные на изучении в них различных геофизических  полей. Такое традиционное понимание  ГИС привело к созданию самостоятельной  научно-прикладной отрасли геофизики, которую называют термином каротаж  или промысловой, буровой геофизикой. В более широком смысле ГИС - не только документация результатов бурения, с радиусом обследования до 1 - 2 м, но и изучение околоскважинных пространств  путем исследования полей в скважинах, а также между ними и земной поверхностью при дальности в  десятки и сотни метров. Интенсивное  применение ГИС объясняется тем, что эти методы позволяют более  эффективно организовывать разведку и  эксплуатацию месторождений. Они обеспечивают резкое сокращение отбора образцов при  бурении (керна), давая даже больше информации о разрезе, чем при сплошном отборе керна, сокращая при этом стоимость  и время бурения.

Геофизические методы исследования скважин предназначены  для изучения геологического разреза  и, в частности, выявления пластов  разной литологии, определения углов  и азимутов их падения, выделения  полезных ископаемых в разрезах, а  также оценки пористости, проницаемости, коллекторских свойств окружающих пород и их возможной нефтегазоносной  продуктивности. Специальной аппаратурой  производится контроль технического состояния  скважин (опреде-ление их диаметров, искривления, наличия цемента в  затрубном пространстве и др.), а  также прострелочно-взрывные работы в скважинах (отбор образцов из стенок, перфорация обсадных колонн). Физические свойства горных пород, определяемые в  результате исследования в скважинах, служат не только для непосредственного  получения той или иной геологической  информации, но и для интерпретации  данных полевой геофизики.

При геофизических  исследованиях в скважинах используются все поля и методы, применяемые  и в полевой геофизике. Однако между ними имеются существенные различия, которые определяются специфическими условиями технологии работ в  скважинах. Для изучения разрезов скважин  применяются электрические, ядерные, термические, сейсмоакустические, магнитные, гравиметрические методы. Измеряемые в скважинах с помощью датчиков те или иные параметры физических полей преобразуются в электрические  сигналы, которые по кабелю подаются в так называемые каротажные станции. В них они автоматически регистрируются при подъеме кабеля с глубинным  прибором и датчиком поля, производимом со скоростью от 200 до 5000 м/ч.

Эффективность скважиной геофизики очень велика, особенно в нефтяной и структурной  геологии, где бурение всех скважин  сопровождается проведением геофизических  исследований. Широко применяются они  при поисках рудных и нерудных ископаемых. При инженерно-гидрогеологических исследованиях скважинные геофизические  методы решают такие задачи, как  изучение пористости, обводненности, фильтрационных свойств пород и, наряду с отбором  керна, служат для геологической  документации разрезов.

17. Основы теории  и технологии геофизических  исследований скважин

17.1. Физико-геологические  основы теории  геофизических исследований  скважин

17.1.1. Скважина как объект  разведки недр  и геофизических  исследований.

Скважина  долгие годы, да и сейчас является важнейшим  источником информации о строении недр и местонахождении полезных ископаемых, а также единственным технологическим  способом добычи нефти и газа. В  зависимости от глубины и назначения скважин бурение проводится механическими, роторными, турбобуровыми и другими способами.

До создания ГИС для геологической документации велся отбор образцов пород (керна) либо непрерывно через каждые несколько  метров бурения, либо поинтервально. Каждый отбор керна сопровождался подъемом всего бурового инструмента. Это  резко увеличивало стоимость  и время бурения. Косвенную информацию о пройденных породах дает буровая  жидкость (глинистый раствор или  вода), которая под давлением подается в скважину и непрерывно извлекается  вместе с измельченной буровым инструментом породой. Применение ГИС после окончания  бурения обеспечило возможность  проходки скважин сплошным забоем, без подъема бурового инструмента  или с подъемом для отбора керна  лишь на опорных участках разреза. В  результате резко уменьшается время  бурения и его стоимость, несмотря на дополнительные каротажные работы, занимающие несколько дней, то есть время в сотни раз меньшее, чем бурение.

В ходе или после бурения скважин  их обсаживают стальной колонной труб или только сверху (десяток метров), или на всю глубину (при бурении  глубоких структурных и нефтегазоразведочных скважин). Дополнительное укрепление стенок осуществляется их цементацией или  глинизацией. Проникая в трещины  и поры горных пород, цемент, глина  или буровая жидкость меняют физические свойства пород, что вносит искажения  в результаты ГИС. Наличие обсадных колонн делает невозможным проведение электромагнитных исследований в скважинах, но выполнению ядерно-физических, сейсмоакустических и технологических работ не препятствует. Несмотря на широкое использование  ГИС, особенно в нефтегазовой геофизике, некоторые литолого-петрографические исследования требуют отбора керна  из основных перспективных на нефть, газ комплексов пород. Это необходимо для установления конкретных корреляционных связей между геологическими и геофизическими параметрами.

Таким образом, ГИС с очень небольшим (несколько %) отбором керна дает наибольшую информацию от геологоразведочных скважин.

17.1.2. Принципы решения  прямых и обратных  задач ГИС.

Поскольку при геофизических исследованиях  скважин используются те же поля, что  и в полевых геофизических  методах (гравимагнитные, электромагнитные, сейсмоакустические, ядерно-физические, тепловые), то принципы теоретического решения задач - прямых (определение  физических параметров поля по известному геофизическому разрезу) и обратных (определение физического разреза  по наблюденным физическим параметрам) - одинаковы (см. 1.3, 4.3, 7.3, 10.3, 13.2, 15). Однако строгое теоретическое решение  прямых задач ГИС сложнее, так  как приходится учитывать влияние  заполнителя скважины (обсадные колонны, цемент, глинистый раствор, по-разному  проникающие в поры в зависимости  от их трещиноватости и пористости). Кроме того, прямые задачи по размерности  являются двух-трехмерными и решаются для погруженных источников. Рассмотренные  выше основы теории полевых методов  геофизики иллюстрировались в основном одно- и двухмерными задачами с  поверхностными источниками, решение  которых проще. Вместе с тем решение  обратных задач ГИС и интерпретация  материалов оказались проще по следующим  причинам. Во-первых, интерпретация  бывает прежде всего полуколичественной, то есть выделяются глубины залегания, мощности пластов или рудных объектов вблизи от источников. Во-вторых, для  геологического истолкования результатов  ГИС используются теоретически установленные  или эмпирически получаемые корреляционные связи между геофизическими и  геолого-гидрогеологическими, механическими, коллекторскими свойствами с оценкой заполнителя пор (вода, нефть, газ). В-третьих, интерпретацию материалов легче формализовать и осуществлять с помощью ЭВМ.

Т а  б л и ц а 7.1