Геофизические методы исследования скважин

Кривые  зависимости относительно сопротивления Р  от К_П

а –  расчетные кривые, построенные по формулам: Арчи – Хамбла.

б -  экспериментальные кривые для песчано-алевролитовых  пород. 

Удельное  сопротивление нефтеносных  и газоносных пород.

Коэффициент увеличения сопротивления. 

      Более тесно  с нефтенасыщенностью пласта связано  отношение удельного сопротивления пласта к удельному сопротивлению этого же пласта при полном заполнении его пустот ПВ:

     Это отношение называют коэффициентом увеличения удельного электрического сопротивления пласта (коэффициентом увеличения сопротивления).

      Установлена связь коэффициента увеличения сопротивления с коэффициентом водонасыщенности

где n – показатель степени водонасыщенности, главным образом зависящий от глинистости пород и свойств пластовых флюидов.

 

     [лекции] 

     В целях изучения геологического разреза  скважин, их технического состояния и контроля за режимом разработки месторождений в них проводят геофизические исследования (ГИС).

     Изучение  геологического разреза  скважины заключается в определении последовательности и глубины залегания пластов, их литолого-петрографических свойств, оценке наличия и количественного содржания в недрах полезных ископаемых.

     Исследования, заменяющие частично или полностью  отбор керна, названы каротажем; результаты их изображаются в виде диаграммы изменения физических свойств пород вдоль скважины – каротажных диаграмм.

     Контроль  за разработкой нефтяных и газовых месторождений включает комплекс геофизических исследований в действующих и контрольных скважинах, размещенных в пределах эксплуатируемой залежи для изучения процесса вытеснения нефти в пласте и закономерности перемещения водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов.

     Изучение  технического состояния  скважин проводится на всех этапах их действия: бурение, перед вводом в эксплуатацию, в процессе эксплуатации. Во время бурения инклинометром определяют искривления ствола скважины, каверномером – ее диаметр, резистивиметром или электрическим термометром – места поступления жидкости из пласта в скважину и поглощения промывочной жидкости. Перед вводом скважины в эксплуатацию проводится изучение технического состояния колонны на герметичность и качество цементирования. В эксплуатационных скважинах контроль их технического состояния заключается в выявлении мест нарушения герметичности цементного кольца, нарушений сцепления цемента с колонной и породой, вызывающих возникновение затрубной циркуляции жидкости.

     К ГИС относят также прострелочно-взрывные работы (ПВР), опробование пластов  приборами на кабеле, отбор керна  грунтовыми грунтоносами, перфорацию колонн при вскрытии пластов, обсаженных трубами, торпедирование. Связь этих работ с геофизическими вызвана тем, что для их выполнения применяется то же оборудование, что и при ГИС.

     В процессе бурения производят отбор  образцов пород из стенки скважины боковым грунтоносом для дополнительного  изучения вскрываемого разреза, отбор жидкости и газов приборами на кабеле (ОПК) для оперативного опробования пластов в необсаженных скважинах, торпедирование бурильного инструмента и металлических предметов, оставленных в скважине, при ликвидации аварий. При вводе скважины в эксплуатацию для сообщений скважины с пластом осуществляют перфорацию колонны против продуктивных горизонтов.

     В эксплуатационных и нагнетательных скважинах с открытым забоем с  помощью пороховых генераторов  давления и торпедирования производят разрыв пластов и тем самым повышают их отдачу или приемистость. Геофизические исследования являются в настоящее время неотъемлемой частью геологических, буровых и эксплуатационных работ, проводимых при разведке и разработке нефтяных, газовых и других месторождений полезных ископаемых.

Коллекторские свойства пород

     Под пористостью горной породы понимается совокупность пустот (пор) между частицами ее твердой фазы в абсолютно сухом состоянии.

     По  размерам поры условно подразделяются на сверхкапиллярные, капиллярные и субкапиллярные.

     Сверхкапиллярные, r (радиус) пор – 0,1 мм и выше.

     Капиллярные, r от 0,0002 до 0,1 мм.

     Субкапиллярные, r < 0,0002 мм.

     Поры  горных пород могут быть взаимосвязанными и изолированными. Первые соответствуют  открытой, а вторые – закрытой частям порового пространства породы. Общая (абсолютная) пористость породы равна суммарному объему открытых и закрытых пор.

     Количественно пористость оценивается коэффициентом, численно равным отношению объема пор  V_пор к объему образца породы V_обр и выражается в долях единицы или процентах.

      Коэффициент общей пористости:

                                               (1) 

где V_{пор.общ} – общий объем пор в образце породы.

 Коэффициент открытой пористости:

(2) 

где V_пор.о – объем открытых пор в образце породы.

 Коэффициент закрытой пористости:

(3) 

где V_пор.з – объем закрытых пор в образце породы.

      Полезная емкость  пород-коллекторов определяется объемом  пор, которые могут быть заняты нефтью или газом. Величина этой пористости характеризуется коэффициентом  эффективной статической пористости.

     (4)

или

(5)

где  V_пор.св – объем порового пространства, занятый связанной водой;

      k_В.СВ – коэффициент связанной водонасыщенности. 

Влияние различных факторов на коэффициент пористости.

     Величина  пористости обломочных пород зависит  от формы и размера породообразующих частиц, степени их отсортированности, сцементированности и уплотненности.

     Породы  с низкой пористостью (меньше 5%) при  отсутствии трещин и каверн обычно не являются промышленными коллекторами.

     Породы  с пониженной пористостью характеризуются  k_П = 5-10%, со средней – k_П = 10-15%, с повышенной – k_П = 15-20%, высокопористые – k_П>20%.

     Увеличение  глинистого и другого по вещественному  составу цементирующего материала  снижает пористость пород.

      Массовая  глинистость K_гл.м, выражает отношение массы глинистой фракции (частиц размером меньше 0,01 мм) М_гл к полной массе жесткого скелета породы М:

     (6) 

      Объемная  глинистость K_гл, характеризует отношение объема глинистого материала (объема глинистых частиц с прочно связанной с ними водой) к объему всей породы:

     (7) 

где V_гл, V_ск, V_пор – объемы соответственно глинистой фракции, скелета и пор.

     Относительная глинистость η_гл, показывает степень заполнения глинистым материалом пор неактивного скелета:

     

     (8)

     

      или           

     (9) 

где K_п.ск – пористость скелета породы; k_П – открытая пористость. Если порода не содержит глинистого материала, то k_П=K_п.ск.

     Разность  между горным давлением p и пластовым (поровым) p_пор называется эффективным давлением (напряжением) p_эф, действующим на скелет породы:

      (10)

      Геостатическое  давление с учетом изменяющейся плотности пород определяется как

     (11)

где δ_п.ср – средневзвешенное значение плотности вышележащих пород до глубины H определения геостатического давления; g – ускорение свободного падения.

     Содержание  воды в горных породах называется их влажностью, а способность удерживать в себе то или иное количество воды в определенных условиях – влагоемкостью. 

Водонасыщенность. 

     Вода, содержащаяся в породах, в зависимости  от характера ее взаимодействия с  твердыми частицами имеет различное  состояние и подразделяется на две основные категории: связанную и свободную.

     Содержание  связанной воды в породах обусловлено  химическими и физико-химическими (адсорбционными) процессами. В связи  с этим различают химически связанную  и адсорбционно связанную воду.

     К химически связанной относится вода кристаллизационная и конституционная.

     Кристаллизационная  вода входит на ряду с другими молекулами и ионами в кристаллическую решетку некоторых минералов в виде H₂O и, как правило, удаляется из них при t =100ºC.

     Конституционная вода образуется при нагревании ряда минералов из входящих в их кристаллическую решетку гидроксильных ионов OH^-, H⁺, H₃O⁺ и часто называется гидроксильной.

     Некоторая часть воды в пористых средах подвержена влиянию физико-химических (адсорбционных) сил, которые по своей природе являются электрическими и проявляются на поверхности гидрофильных частиц. Эту часть воды принято называть адсорбционной.

     Породы, твердая фаза которых смачивается  водой, считаются гидрофильными, если твердая фаза не смачивается водой – гидрофобными.

      Содержание  связанной воды в поровом пространстве пород количественно оценивается  коэффициентом связанной водонасыщенности: 

     (12) 

где V_в.св – объем связанной воды, соответствующий доле объема пор, занятого связанной водой; V_пор – общий объем пор породы.

     Связанная и условно подвижная вода обуславливает  остаточную водонасыщенность, характеризуемую  коэффициентом k_в.ост остаточного водонасыщения.

     Количество  подвижной (извлекаемой) воды в породах, оценивается коэффициентом k_в.подв подвижной водонасыщенности

     

     (13)

а общее  содержание воды в поровом пространстве – коэффициентом k_в водонасыщенности

(14) 

Нефтегазонасыщенность. 

     Твердая фаза обломочных пород сложена в  основном гидрофильными минералами, что обуславливает распространение  в природе преимущественно гидрофильных коллекторов нефти и газа.

      В общем  случае

     (14)

     

     (15) 

где V_н, V_г, V_в – доли объемов порового пространства, занятых соответственно нефтью, газом и водой; k_н, k_г, k_в – коэффициенты нефте-, газо- и водонасыщенности.