Геофизические методы исследования скважин

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ

Электрический каротаж — это проведение измерений собственных [естественных) потенциалов (ПС) и кажущегося удельного сопротивления (КС) горных пород для изучения геологического разреза скважин. Результаты измерений регистрируются в виде кривых ПС и КС.

Измерение ПС сводится к определению разности собственных (естественных) потенциалов между электродом М, который на кабеле может перемещаться по стволу скважины, и электродом N, расположенным вблизи устья скважины на дневной поверхности. Естественные (собственные) потенциалы ПС возникают на границах между скважиной, заполненной буровым раствором, и породой, а также между породами различной литологии.

Между электродами М и N возникает и электродная разность потенциалов, которая при записи кривой ПС компенсируется введением в цепь разности потенциалов, противоположной по знаку. Потенциалы собственной поляризации пород образуются в результате нескольких физико-химических процессов.

Вследствие растворения солей и других соединений в водной среде происходит диссоциация молекул растворенного вещества. Результат этого процесса — возникновение на контакте двух электролитов различной концентрации (например, пластовой воды и бурового раствора) диффузионной разности потенциалов. Диффузионный потенциал Е_а для растворов различных солей различен, так как определяется разной подвижностью диссоциированных ионов.

Известна также диффузионно-адсорбционная (мембранная) электродвижущая сила ЭДС. Е_да. Она возникает вследствие «мембранного» эффекта (при разделении двух растворов разной концентрации с помощью мембраны) главным образом в результате участия в диффузии подвижных ионов двойного слоя. Диффузионно-адсорбционную активность породы (порода рассматривается как мембрана) можно определить как способность вызывать повышение ЭДС диффузионно-адсорбционного происхождения Еда над диффузионной ЭДС Е_а для одной и той же пары растворов.

Известны также фильтрационные потенциалы (или потенциалы течения), которые связаны с процессом фильтрации жидкости из бурового раствора в проницаемые пласты. Этот процесс сопровождается возникновением фильтрационной ЭДС. Фильтрационный потенциал мал и может играть существенную роль лишь при слабой минерализации бурового раствора и значительном перепаде давлений в скважине. Кроме того, в скважинах могут возникать окислительно-восстановительные потенциалы в результате химических реакций, происходящих между телами с электронной проводимостью и электролитами бурового раствора и пластовых вод.

Форма и амплитуда отклонения кривой ПС зависят от ряда факторов: диаметра скважин, мощности пласта, его сопротивления, литологической характеристики, природы бурового раствора, проникновения его в пласт, минерализации, пластовых вод и др.

Кривые ПС вместе с диаграммами других методов широко применяют при сопоставлении разрезов скважин и уточнении литологии пород. При этом могут быть выделены глинистые и песчаные пласты в карбонатном разрезе — глинистые разности и т. д. Метод ПС позволяет расчленить (при заканчивавнии — уточнить) разрез нижней части скважины, выделить тонкодисперсные (глинистые) породы и коллекторы, оценить их пористость, а также определить минерализацию пластовых вод. Данные ПС являются одними из основных материалов при промыслово-геофизических исследованиях.

Удельное электрическое сопротивление пород — это электрическое сопротивление объема породы, имеющего форму куба с размерами 1 Ч 1 Ч 1 м. Если электрическое сопротивление R проводника выразить в омах, длину 1 в метрах и площадь поперечного сечения S в квадратных метрах, то удельное сопротивление.

р = RS/1.

Способность пород проводить электрический ток можно представить зависимостью, а = 1/р (Ом/м). Удельное электрическое сопротивление пород изменяется в широких пределах — от долей до сотен тысяч ом-метров. Удельное сопротивление скелета пород очень высоко (в сухом виде они практически не проводят электрический ток). Ток в породах проводят в основном жидкости с растворенными в них солями, т. е. пластовые воды или фильтрат бурового раствора, насыщающие поры или трещины породы. Проникновение фильтрата бурового раствора способствует снижению или повышению удельного электрического сопротивления. В первом случае сопротивление фильтрата меньше сопротивления пластовой воды, во втором — наоборот, больше.

Удельное электрическое сопротивление пластовых вод определяется концентрацией солей в растворе, их химическим составом и температурой. Оно тем ниже, чем выше концентрация солей в пластовой воде. В пластовых водах, приуроченных к нефтегазовым месторождениям, примерно 70 — 95% общего количества растворенных солей составляет хлорид натрия.

С повышением температуры увеличивается подвижность ионов, что обусловливает понижение удельного электрического сопротивления минерализованных пластовых вод.

Удельное электрическое сопротивление гранулярных пород рвп зависит от количества содержащейся в них минерализованной воды (определяемого пористостью пород и степенью их заполнения), минерализации пластовой воды и других факторов. Чтобы исключить влияние удельного сопротивления пластовой воды рв, породу, поры которой заполнены водой, характеризуют коэффициентом относительного сопротивления (коротко — относительным сопротивлением), который определяется отношением Р = рвп/Рв.

В первом приближении Р определяется количеством воды в единице объема породы и распределением ее в породе, т. е. Р зависит от пористости породы и формы порового пространства. Для чистых (неглинистых) гранулярных пород Р выражается с помощью пористости Кп, тогда Р = а/Кmn, где, а — некоторая постоянная; т — показатель степени пористости, зависящий от характера пород.

Чаще пользуются выражением Р = 1/Кmn, где значения т изменяются от 1,3 (для песков) до 2,3 (для сцементированных пород).

Удельное электрическое сопротивление в направлении напластования меньше, чем перпендикулярное к нему.

Относительное сопротивление глинистых пород определяется не только объемным содержанием и удельным электрическим сопротивлением пластовой воды, но и объемным содержанием и формой распределения глинистого материала. Это приводит к несоответствию между ростом удельного электрического сопротивления воды и удельного электрического сопротивления породы (рост удельного электрического сопротивления породы отстает от роста удельного электрического сопротивления насыщающей породы воды) и поэтому к уменьшению относительного сопротивления глинистых пород по сравнению с относительным сопротивлением неглинистых пород. Относительное сопротивление в глинистых породах уменьшается при сопротивлении пластовых вод более 0,4 Омм. Относительное сопротивление, фиксируемое в этом случае, является кажущимся Рк. Зависимость между Рк и пористостью Кп требует поправки на глинистость, которая увеличивается с повышением глинистости коллектора и удельного электрического сопротивления пластовой воды. Поправку можно найти по кривой ПС или по данным анализа кернов. Определение исправленного Рп (относительное сопротивление) по данным Рк (кажущееся сопротивление) для оценки пористости глинистых пород — одна из важнейших задач геофизической интерпретации.

Относительное и удельное электрические сопротивления трещиноватых и кавернозных пород (осадочных — известняков, доломитов, ангидритов, гипсов; метаморфических и др.), как правило, высокие; они резко изменяются по площади и разрезу при небольшом изменении литологии и пористости пород.

Удельное электрическое сопротивление пород в значительной степени определяется наличием трещин, особенно, если они заполнены минерализованными водами.

Удельное электрическое сопротивление нефтегазоносных пород определяется содержанием в порах (в процентах) нефти, газа или воды, а также минерализацией пластовых вод, пористостью породы, структурой порового пространства и т. д. Породы, насыщенные нефтью или газом, имеют повышенное удельное электрическое сопротивление. Породы с одинаковой нефтегазонасыщенностью могут характеризоваться неодинаковыми удельными электрическими сопротивлениями, в то время как породы с различной нефтегазонасыщенностью могут описываться одинаковыми удельными электрическими сопротивлениями. Такое кажущееся несоответствие объясняется тем, что удельное электрическое сопротивление чистых нефтегазоносных пород пропорционально удельному электрическому сопротивлению насыщающей породу пластовой воды.

Влияние указанных факторов может быть полностью или частично исключено, если вместо удельного электрического сопротивления пользоваться отношением удельного электрического сопротивления нефтегазоносного пласта р"г (поры которого заполнены нефтью или газом и минерализованной водой) к удельному электрическому сопротивлению этого же пласта при 100%-ном заполнении его пор водой той же минерализации и при той же температуре. Это отношение называется коэффициентом увеличения сопротивления, показывающим, во сколько раз увеличивается сопротивление водоносного пласта при частичном насыщении объема его пор нефтью или газом,.

О = Рнг/Рвп

С его помощью можно определить коэффициент нефтегазонасы-щенности Квт нечистого пласта.

О = 1/(1 — Киг) п,

где л изменяется в диапазоне 1,73 — 4,33.

Метод кажущегося сопротивления при исследовании скважин предусматривает использование различия удельных электрических сопротивлений горных пород, которое изменяется в очень широких пределах.

Кажущиеся электрические сопротивления горных пород измеряют с помощью зондовых устройств (зондов), у которых обычно три электрода находятся в скважине.

Выбор типа зонда определяется конкретной характеристикой объекта исследования: потенциал-зонды целесообразно применять при изучении разрезов, представленных мощными пластами низкого или, наоборот, высокого удельного электрического сопротивления. В случае необходимости изучения разрезов, представленных пластами небольшой мощности, наиболее эффективны градиент-зонды и т. д.

Для установления удельного электрического сопротивления пластов используют боковое электрическое зондирование (БЭЗ) или, что-то же самое, боковое каротажное зондирование (БКЗ). Суть его состоит в измерении КС с помощью нескольких (5 — 6) градиент-зондов (или потенциал-зондов), что в конечном счете позволяет учесть искажающее влияние на КС скважины зоны проникновения фильтрата бурового раствора, мощности пласта и вмещающих пород. Этот метод, обычно применяемый в продуктивной части разреза, позволяет уточнить литологическую характеристику пласта, его пористость, проницаемость и газоводонефтенасыщенность.

Метод микрозондирования также используется для измерения КС, но зондами меньших размеров (до 5 см). Метод позволяет изучать разрезы, сложенные пластами весьма малой мощности, что обеспечивается небольшими размерами зондов и плотным прижатием изолированной пластины с микрозондами к стенке скважины, практически устраняющими влияние бурового раствора и снижающими влияние глинистой корки. Наличие фильтрата бурового раствора в приствольной зоне скважины затрудняет получение с помощью микрозондов сведений о характере газоводонефтенасыщенности пласта, однако метод микрозондирования дает возможность получить детальное расчленение разрезов скважин, выделять коллекторы и оценивать их пористость.

Изучение разрезов скважин методом экранированного электрического заземления (боковой каротаж — БК) позволяет детально расчленить разрез по значению КС, изучать литологию, оценивать пористость и проницаемость пород, их газоводонефтенасыщенность. Применение БК наиболее эффективно в «высокоомных» разрезах скважин, слагаемых породами с большим электрическим сопротивлением.

Рассмотрим метод БК на примере скважины № 205 Южно-Осташковичской площади. В интервале 3500 — 3562 м наблюдаются значения кривой БК в диапазоне — 7 — 70 Ом-м. со средними значениями — 30 Ом-м — такие значения характерны для глинистых отложений петриковских отложений и верхней части елецко-задонских. В интервале 3562 — 3647 м наблюдается повышение значений кривой БК до 300 — 500 Ом-м — такие значения характерны для карбонатных отложений с флюидом представленным углеводородными соединениями. В интервалах где кривая БК уменьшается до 10 Ом-м — это интервалы глинистых пропластков. См рис № 3.

С помощью индукционного метода (ИК), основанного на изучении различия в электропроводности пород бесконтактным способом, удается расчленить разрез скважины и установить удельные сопротивления пластов. Применение ИК наиболее эффективно в «низкоомных» разрезах скважин.