8 (812) 677-91-71 8 (499) 678-08-78

Спросить
online

Задайте свой вопрос в Telegram Напишите нам в WhatsApp

Задайте вопрос
online

Задайте свой вопрос в Telegram Задайте свой вопрос в WhatsApp
Мы на связи. Звонок бесплатный
8 (812) 677-91-71 8 (499) 678-08-78
Получить чек-лист
x
Геофизические исследования: задачи, методы работы
11 августа 2022

Геофизические исследования: задачи, методы работы

Геофизические исследования проводят для изучения горных пород возле и между скважин. В настоящее время известно около 50 методик измерения и интерпретаций физических показателей разного типа. Их все делят на методы скважинной геофизики и каротажа.

Основные задачи, которые решают при помощи геофизических исследований, – это изучение геологических разрезов и всех видов скважин, а также контроль их работы.

Развитие науки повлекло за собой создание новых методов исследования при помощи оборудования, способного обрабатывать и интерпретировать полученные с датчиков данные в комплексе. О самых распространенных читайте в нашем материале.

Общая характеристика геофизических исследований

Геофизические исследования представляют собой комплекс методов прикладной геофизики и нередко обозначаются как ГИС, промысловая геофизика или каротаж. Они позволяют изучить геологические профили, определить наличие полезных ископаемых в недрах, собрать сведения, касающиеся технического состояния скважин.

Общая характеристика геофизических исследований

При проведении геофизических исследований отталкиваются от следующих физических свойств пород:

  • электрических;
  • радиоактивных;
  • магнитных;
  • термических, пр.

Геофизические исследования проводятся с целью сбора основной геологической документации по скважинам и решения значительного перечня технических задач. К ним относятся сравнение разрезов для определения толщ одного возраста, выявление продуктивных пластов, маркирующих горизонтов, литологического состава, ключевых свойств пласта, от которых зависит последующая разработка, освоение, эксплуатация скважин.

В основе любого из применяемых методов лежит измерение и интерпретация величин, позволяющих оценить свойства пород.

Геофизические исследования имеют набор объемных задач и позволяют:

  1. произвести литологическое расчленение, корреляцию разрезов;
  2. найти ресурсы, залегающие в недрах;
  3. определить параметры исследований, благодаря которым возможно проанализировать имеющиеся запасы ископаемых;
  4. изучить гидрогеологические, инженерно-геологические характеристики скважин;
  5. установить техническое состояние нефтяных скважин;
  6. следить за процессом разработки месторождений;
  7. выявить особенности, которые нужно учитывать при выполнении взрывных работ.

Для решения перечисленных задач требуется глубокий анализ характеристик разрабатываемых горизонтов, поэтому во время геофизических исследований используется множество методов различной направленности.

Электрические методы геофизических исследований

При данном виде геофизических исследований нефтяных скважин специалисты замеряют:

  • удельное электрическое сопротивление, так как минералы бывают проводниками, полупроводниками или диэлектриками;
  • электрическую и магнитную проницаемость;
  • электрохимическую активность пород – она может быть естественной или вызванной искусственно, тогда используются методы потенциалов собственной поляризации или вызванной поляризации соответственно.
Электрические методы геофизических исследований

Оценка удельного электрического сопротивления позволяет выявить насыщенные углеводородами породы – они обладают повышенным данным показателем, так как не проводят ток. Полученные сведения оценивают, исходя из коэффициента увеличения сопротивления. В результате удается определить ключевые свойства пласта, такие как коэффициент пористости, водо-, нефте- и газонасыщенности. Далее описаны наиболее распространенные электрические методы геофизических исследований.

Метод кажущегося сопротивления

В скважину опускают зонд, снабженный тремя электродами-заземлителями, один из которых является питающим и пара – измерительными. Еще один питающий электрод устанавливают у устья скважины. Зонд перемещают по стволу скважины, провоцируя изменение разности потенциалов.

Удельное электрическое сопротивление принято обозначать как кажущееся, ведь вычисления производят для однородной среды, а на самом деле она таковой не является. Полученные сведения используются для построения кривых, позволяющих установить границы пласта.

Боковое электрическое зондирование

Измерения осуществляют градиент-зондами большой длины, которая кратна 2–30 диаметрам скважины. Такие геофизические исследования позволяют установить воздействие бурового раствора, глубину его проникновения в породы, истинное удельное сопротивление пласта.

Метод экранированного заземления семи- или трехэлектродным зондом

Благодаря регулированию силы тока в семиэлектродном зонде добиваются равенства потенциалов в центральной и крайних точках по оси скважины. В результате удается направить в породу фокусированный пучок электрического заряда и определить уровень кажущегося сопротивления.

Индукционный метод

В данном случае скважину погружают зонд, оснащенный излучающими и приемными катушками, генератором переменного тока и выпрямителем. Обеспечение наведенной электродвижущей силы позволяет установить кажущуюся электропроводность пласта.

Метод диэлектрической проницаемости

Этот подход отличается от предыдущего только тем, что в катушке используется значительно более высокая частота электромагнитного поля. Таким образом выявляют характер насыщения пласта при небольшой минерализации воды.

В рамках геофизических исследований применяют и метод микрозондов, имеющих размер в пределах 5 см. Это необходимо, чтобы замерить электрическое сопротивление породы, находящейся в непосредственном соседстве со стенками скважины.

Радиоактивные методы исследования скважин

Понятие радиоактивности обозначает самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов химических элементов в более устойчивые. Переход одного изотопа в другой представляет собой радиоактивный распад, сопровождается выделением энергии и испусканием α-, β- и γ-лучей.

Радиоактивные методы исследования скважин

Принято говорить о естественной и искусственно вызванной радиоактивности горных пород – результаты их измерений необходимы для исследования геологических разрезов скважин.

Естественная радиоактивность

При естественных радиоактивных превращениях наблюдаются преимущественно α- и β-распады, а также захват ядром электрона одной из оболочек атома, самопроизвольное деление ряда тяжелых ядер, пр. Распад радиоактивных ядер и их переход из возбужденного состояния в менее возбужденное или основное сопровождается γ-излучением.

Радиоактивные излучения поглощаются материальной средой, степень поглощения зависит от вида излучения. Наибольший данный показатель свойственен α-лучам – их поток полностью поглощается листом бумаги или слоем породы, имеющим толщину несколько микронов.

Поток β-лучей имеет большую проникающую способность. Для его полного поглощения требуется слой алюминия в 8 мм либо породы практически аналогичной толщины. Υ-излучение – это высокочастотное коротковолновое электромагнитное излучение, близкое по своей сути к жесткому рентгеновскому. Причина его образования кроется в ядерных процессах, в результате которых образуется поток дискретных частиц γ-квантов.

Такие лучи не отклоняются под действием электрического или магнитного поля, имеют высокую проникающую способность, поэтому активно используются при геофизических исследованиях разрезов скважин.

Количественную оценку радиоактивности производят при помощи соответствующих единиц измерения – обычно это весовая или объемная единица эквивалентной концентрации радия по γ-излучению. Она обозначается как г-эквивалент радия на 1 грамм породы или г-экв Ra/г. Данная единица демонстрирует содержание радиоактивных элементов в горной породе, вызывающее γ-излучение той же интенсивности, что и распад грамма радия.

Гамма-каротаж

Данное геофизическое исследование предполагает измерение интенсивности естественного γ-излучения пород вдоль ствола скважины. Для сбора показателей используют индикатор γ-излучения, находящийся в глубинном приборе. Функцию индикатора выполняют счетчики Гейгера-Мюллера либо их аналоги – сцинтилляционные счетчики, отличающиеся большей эффективностью и способные лучше расчленять разрез.

Результатом исследования является кривая (обозначается как гамма-каротажная кривая ГК), которая и характеризует интенсивность γ-излучения пластов вдоль ствола скважины.

Спектрометрический гамма-каротаж

В основе подхода лежит регистрация гамма-излучения естественных радиоактивных элементов, находящихся в скважине. Анализ энергетического спектра позволяет выявить их массовое содержание в горных породах, пересекаемых жерлом. В формировании полей гамма-излучения участвуют преимущественно изотопы урана 238U, тория 232Th и калия 40К.

Сейсмоакустические исследования

Акустические методы геофизических исследований грунтов предполагают измерение естественных звуковых колебаний либо создаваемых искусственно. Иными словами, изучают шумы, появляющиеся на фоне поступления углеводородов в ствол скважины, измеряют спектр колебаний бурильного инструмента в процессе проходки.

Сейсмоакустические исследования

При работе с искусственными колебаниями звукового или ультразвукового спектра учитывают время, которое уходит на распространение волны, затухание амплитуды колебаний. На скорость распространения звука влияют:

  • минеральный состав пород;
  • уровень газо- и нефтенасыщения пород;
  • литологические характеристики;
  • содержание глины;
  • распределение напряжений в породах;
  • сцементированность, а также иные свойства.

Во время таких геофизических исследований в скважину опускают зонд, который состоит из излучателя и приемника колебаний, разделенных акустическими изоляторами. Чтобы снизить зависимость получаемых данных от геометрии скважины, используют трех- либо четырехэлементные зонды. Сигнал по кабелю поступает на наземную аппаратуру, где оцифровывается и отображается на экране.

Такой подход позволяет изучить литологическое расчленение разреза пласта, подземные полости значительных размеров, выявить коллекторские свойства, отследить степень обводненности.

Термический каротаж

В рамках данного направления промыслово-геофизических исследований рассматривают градиент температуры по стволу скважины. Разница показателей объясняется отличающимися тепловыми свойствами горных пород, то есть применяются методы естественного и искусственного теплового поля. У основных породообразующих минералов показатель теплопроводности находится на уровне 1,3–8 Вт/(м∙К), а его многократное падение говорит о высокой насыщенности газом.

Термический каротаж

Создание искусственных тепловых полей обеспечивается буровым раствором либо посредством установки электронагревателей в скважину. В большинстве случаев градиент температуры измеряют скважинными электрическими термометрами сопротивления, где функцию чувствительного элемента выполняет проволока из меди либо полупроводников.

Величина электрического сопротивления данного элемента позволяет зарегистрировать изменения показателей при выполнении геофизических исследований.

В измерительную схему входит электронный генератор – его период колебаний зависит от сопротивления, а частота измеряется специальным устройством. Образующееся таким образом постоянное напряжение отображается на аппаратуре визуального наблюдения.

Благодаря подобным геофизическим исследованиям собирают сведения о геологическом строении месторождения, устанавливают пласты, содержащие в себе нефть, газ и воду, рассчитывают их дебет. Данный подход позволяет выявить антиклинальные структуры и соляные купола, термальные аномалии, природа которых объясняется притоком нефти и газа. Наиболее широко метод используется в районах с повышенной вулканической активностью.

Магнитные методы геофизических исследований

При геофизических исследованиях этого типа горные породы рассматривают по таким характеристикам:

  • намагниченность;
  • магнитная восприимчивость – при этом формируют искусственное электромагнитное поле;
  • ядерно-магнитные свойства – данный метод относится в том числе и к ядерному каротажу.

Напряженность магнитного поля связана с присутствием в недрах магнитных руд и подстилающих и перекрывающих их пластов. В качестве чувствительных элементов используются магнитомодуляционные датчики или феррозонды. Благодаря современным технологиям удается измерять сразу три составляющие вектора напряженности магнитного поля и магнитную восприимчивость.

Во время ядерно-магнитного каротажа рассматривают свойства магнитного поля, которые зависят от содержания ядер водорода в поровой жидкости. Дело в том, что вода, газ и нефть имеют разную долю ядер водорода, что позволяет исследовать коллектор и его проницаемость, устанавливать разновидность флюида, типы пород.

Гравиразведка

Речь идет о методе геофизических исследований месторождений, который предполагает оценку распределения поля силы тяжести по длине скважины. Существует два типа такого каротажа, которые отличаются по своему назначению. Первый позволяет установить плотность пород, пересекающих скважину, а второй призван определить расположение геологических объектов, из-за которых наблюдается аномалия значения силы тяжести.

Гравиразведка

Стоит пояснить, что резкое изменение показателя силы тяжести свидетельствует о переходе из пласта с относительно низкой плотностью в более плотные породы.

Метод необходим для выявления уровня плотности пород. Для этого используют два показателя: вертикальную силу тяжести и толщину пласта.

В рамках таких геофизических исследований используют струнные гравиметры либо в некоторых случаях их кварцевые аналоги. Данное устройство является электромеханическим вибратором, подключенным к генератору. В вибраторе на вертикально закрепленную струну с грузом подают переменное напряжение, чтобы получить показатель колебания его частоты.

Оборудование для геофизических исследований

Для реализации методов геофизических исследований применяют промыслово-геофизические станции. В их конструкцию входят:

  • скважинные приборы;
  • лебедка с механическим/электромеханическим приводом, который питается от коробки отбора мощности, электрической сети либо автономного источника тока;
  • блок управления приводом;
  • система контроля показателей спускоподъемных процедур, то есть блок индикации, узел натяжения, датчик глубины – под основными показателями понимают глубину погружения, скорость спуска в скважину, силу натяжения;
  • скважинный лубрикатор, к которому относится запорная арматура, сальник, приемная камера, манометры и другие приборы КИП, призванные обеспечить герметичность устья скважины во время комплекса геофизических исследований;
  • наземная измерительная аппаратура, установленная на шасси автомашины.
Оборудование для геофизических исследований

Чтобы обслуживать глубокие скважины, оборудование размещают в кузовах двух машин: геофизические лаборатории устанавливают на шасси автомобилей УРАЛ, ГАЗ-2752 «Соболь», пр. Обычно кузов делят на два отсека, один из которых содержит в себе аппаратуру, а второй предназначен для нужд специалистов.

Все используемое оборудование должно быть точным, надежным, несмотря на тяжелые условия эксплуатации. Приборы обязаны функционировать на значительной глубине, при больших перепадах температуры, вибрациях. Комплектацию аппаратуры выбирает заказчик с учетом выбранного метода и целей запланированных геофизических исследований. Если работы будут проводиться в морских скважинах, оборудование доставляют на платформу в контейнерах.

Подготовка результатов геофизических исследований

Подготовка результатов геофизических исследований является многоэтапной и предполагает:

  • расшифровку сигналов, получаемых от скважинной аппаратуры;
  • определение физических свойств рассматриваемых горных пород, при этом может возникнуть необходимость в дополнительных полевых геофизических работах;
  • выявление литологических и коллекторских характеристик пласта.

Результаты исследования позволяют определить местонахождение залежей полезных ископаемых, их распространение по территории. Специалисты оценивают возраст пород, коэффициенты пористости, глинистости, проницаемости, насыщенности нефтью и газом. Изыскания дают возможность выделить коллекторы, рассмотреть характеристики геологического разреза, пр.

Для интерпретации итогов изысканий прибегают к различным подходам – их выбор определяется используемым оборудованием и выбранными методами, о которых говорилось выше. Сегодня специалисты пользуются автоматизированными системами сбора и обработки информации, к которым относятся «Прайм, «Пангея», «SeisWare», «DUG Insight», пр.

Постепенно геофизические исследования приобретают все большее значение, поскольку делают доступным бескерновое изучение скважин. На данный момент буровые скважины рассматривают по более чем 35 характеристикам, оценивая физические свойства горных пород, напряженность физических полей, техническое состояние самой скважины.

Цена таких работ оказывается гораздо ниже, чем стоимость строительства и оборудования скважины. Высокая востребованность некоторых видов геофизических исследований объясняется тем, что у них пока нет аналогов среди полевых методов.


Возврат к списку