Геофизические исследования скважин

    На  рис.50 (блок – схема аппаратуры АДК-1) генератор имеет f=43 МГц. Измеряют cosa. L=85¸87 см. 

    Палетки для зондов волнового  диэлектрического каротажа.

 
 

    

    Исследование  зависимости показаний зондов ДК от электрических и геометрических параметров среды сводится к решению прямой задачи вертикального магнитного зонда. Влияние скважины на измеряемую разность фаз Dj и относительную амплитуду несущественно.

    Глубинность ДК невелика, поэтому его примене-ние при больших проникновениях неэффективно. Благодаря применению высоких частот и малым размерам диэлектрические зонды обладают хорошей разрешающей способностью по мощности. Влияние вмещающих пород сказывается на их показания только против пластов, мощность которых меньше 0,5-1 м.

    Определение e по значениям cosDj производят с помощью палетки. Видно, что при r_п>30-40 Ом м разность фаз Dj зависит только от e.

    При r_п<4-5 Ом м показания ДК зависят от r_п и мало от e. 
 
 
 

      

                              Палетка ВДК для определения e по разности фаз cosDj.

    Лекция 13. Кольцевые зонды. Каротаж в процессе бурения

    Желание получить неискаженное влиянием проникновения  фильтрата бурового раствора в пласт, исключить влияние ПЖ обусловило появление и применение различных модификаций электрического и электромагнитного каротажа.

    Однако, поскольку мы имеем дело с продуктивными  проницаемыми пластами – коллекторами, характеристики которых мы должны оценить, лучшим способом это сделать является проведение измерений в процессе бурения и вскрытия пластов.

    Конечно, принцип использования зондов вытеснения, кольцевых установок большого диаметра могут вызвать повышенную аварийность  используемых систем за счет возможных  прихватов и сложностей доставки приборов на забой.

    Перспективно  в этом случае использование кольцевых зондов, встроенных в бурильную колонну. В этом случае каротажные зонды размещаются вблизи (как можно ближе) забоя, измеряют и регистрируют поле окружающих скважину горных пород. 

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рисунок 38      Рисунок 39 

    К сожалению, в процессе проводки скважин  при вскрытии продуктивного пласта происходит опережающее проникновение фильтрата бурового раствора. При очередной промывке, наращивании инструмента, глинистая корка срывается и вновь создаются благоприятные условия для очередного проникновения фильтрата ПЖ в пласт.

    Если  измерять КС при подъеме и спуске инструмента получаем равновременные замеры в идентичных условиях и по изменению параметров определяем проницаемость (динамическую) пласта.

    Возможные компоновки измерительных установок, в т.ч. с использованием долота в качестве заземленного электрода.

    (ПБК,  БК_Б, БК_М, ЭМК и др.). 
 
 

Лекция 14. Ядерно – магнитный  каротаж

    Ядерно  – магнитный каротаж (ЯМК) основан на измерении ядерной намагниченности горных пород в разрезе скважины. Благодаря наличию механического и магнитного моментов, ядра атомов многих элементов подобно намагниченному волчку ориентированы и вращаются (прецессируют) вокруг направления магнитного поля Земли.

    Частота w прецессии определяется напряженностью H_З магнитного поля и магнитного поля и коэффициентом y, характеризующим ядерно – магнитные свойства элемента w=yН_З

    Коэффициент y называется гидромагнитным отношением, явление – ядерно – магнитный резонанс (ЯМР).

    Величина  ЯМР у ядер атомов разных элементов, образующих горные породы, различна.

    Небольшая величина y и ЯМР свойственна водороду и в несколько раз превышает y других элементов, слагающих горные породы.

    Поэтому, изучая явление магнитного резонанса, в разрезе скважин можно выявить  скопления ядер водорода, входящих в состав воды, нефти и газа.

    Если  на среду действовать постоянным магнитным полем Н, направление  которого отличается от направления магнитного поля Земли, ядра атомов изменяют свою ориентацию и в новом равновесном состоянии прецессируют вокруг направления суммарного магнитного поля Н+Н_З. После устранения поляризующего магнитного поля Н ядра атомов под действием постоянного магнитного поля Земли возвращаются в исходное положение равновесия.

    Возвращение ядер атомов в положение равновесия происходит в течение промежутка времени называемым временем релаксации. Если в исследуемую среду или вблизи ее поместить катушку, в ней индуцируется э. д .с. синусоидальной формы, затухающая во времени (ССП). Амплитуда сигнала свободной процессии зависит от количества ядер водорода, участвующих в свободной процессии.

    Отношение при наблюдаемой при ЯМК начальной  амплитуды сигнала свободной  процессии к начальной амплитуде сигнала в дистиллированной воде – индекс свободного флюида (ИСФ).

    Общая пористость коллектора складывается из объема, занятого водой, и объема, занятого жидкостью, способной перемещаться в коллекторе под действием перепада давления. Этот последний объем составляет эффективную пористость коллектора k_эф и численно равен величине ИСФ  ИСФ=k_эф.

    ЯМК является методом, позволяющим выделять глинистые коллекторы. Содержание глинистого материала в породе и связанное с этим увеличение остаточной водонасыщенности не влияют на показания ЯМК.

Ядерно-магнитные  свойства флюидов  и насыщенных ими  горных пород при 20°С

Порода, флюиды	ИСФ, %	Т2, мс	Т1, мс
			Сильное поле (300 Гс)	Слабое поле (0,5 Гс)
Вода  дистиллированная, содержащая  растворённый воздух	100	500-1500	2300	2300
Вода, содержащая в 1 л: 200 г NaCl                                          0,4 г CuSO4	92 100	500-1500 50-100	1700 180	1650 180
Нефть	5-100	250-1200	250-1200	250-1200
Конденсат	100	500-1500	до 3500	До 3500
Песчаник  водонасыщенный Песчаник  нефтенасыщенный	0-40 0-40	30-100 30-200	100-1500 250-1200	150-1500 250-1200
Известняк водонасыщенный Известняк нефтенасыщенный	0-40 0-40	30-200 30-200	до 2000 250-1200	до 2000 250-1200
Глина	0	<20	-	-

 

    Область применения ЯМК.

    Возможность оценивать характер флюидов в пластах, определять остаточную нефтенасыщенность.

    Ограничения. Повышенная магнитная восприимчивость горных пород и промывочной жидкости, снижающая при æ>200×10^-5 СИ сигнал ССП до уровня помех. 

  Характеристика  эффекта ЯМР на ядрах наиболее распространенных элементах 

    (по  С.М. Аксельроду)

Изотоп	Гидромагнитн. отношение g/2p Гу/Гс	Отн. амплит. ССМ	Естеств. содерж. изотопа	Резонансная частота в поле Земли, кГц
1Н	4257	1.000	99.98	2.178
7Li	1655	1.294	92.57	0.827
9Be	598.7	1.39·10-2	100	0.299
13C	1071	1.99·10-2	1.11	0.503
27O	577.2	2.91·10-2	3.7·10-2	0.288
23Na	1126.7	9.27·10-2	100	0.563
25Mg	260.5	2.68·10-2	10.05	0.130
27Al	1110	0.207	100	0.554
107Ag	131	6.69	61.35	0.086
51V	1121	5.53	100	0.559
55Mn	1056	0.178	100	0.527
59Co	1011	0.281	100	0.506
63Cu	1131	0.116	69.09	0.564
87Rb	1397	0.177	27.2	0.696

 

     Стандартная диаграмма ЯМК представляет собой комплекс кривых U₁,U₂,U₃,…U₀ в функции глубины скважины

ЯМК заключается в регистрации  амплитуды сигнала свободной  прецессии (см. блок–схему). 

    РТ  – реле остаточного тока;

    К – коммутатор;

    СУ  – скважинный усилитель;

    У – усилитель;

    ИУ  – измерительное устройство;

    П – источник тока поляризации;

    БУ  – блок управления;

    Д – детектор;

    РП  – регистрирующий прибор;

    ВУ  – вычислительное устройство. 

   Импульсная схема измерения ССП  позволяет осуществлять непрерывные  измерения ССП. 
 
 
 
 

Лекция 17 Радиоактивный каротаж

    Гамма-каротаж  основан на измерении по стволу скважины гамма-излучения, вызванного естественной радиоактивностью горных пород.

    Из  естественных радиоактивных элементов  наиболее распространены уран ²³⁸U , торий ²³²Th и изотоп калия ⁴⁰K. Уран и торий с продуктами распада образуют ряды из нескольких (порядка 10) радиоактивных элементов. Эти элементы последовательно распадаются, последний из продуктов распада превращается в свинец Pb. Каждый элемент при распаде наряду с заряженными a и b-частицами излучает g-кванты с присущей ему энергией Е.

    Элементы  ряда урана излучают g-кванты с энергией от 0,05 до 2,45 МэВ, а ряда тория – от 0,1 до 2062 МэВ. Спектр ⁴⁰К имеет одну линию 1,46 МэВ.

    Радиоактивные элементы чрезвычайно рассеяны в  природе и содержаться в очень малых количествах (порядка 10^-6 урана, 10^-12 радия, 10^-5 тория).

    Содержание  этих элементов в разных породах  неодинаково, что позволяет различать  породы по радиоактивности.

    Основными видами взаимодействия гамма-излучения  с веществом является образование электрон-позитронных пар, фотоэффект и эффект Комитона.

    Гамма-гамма-каротаж (ГГК) исследует особенности прохождения  через породы гамма-излучения от специального источника гамма-квантов.