Курс лекций по "Нефтедобыче"

Одной из самых масштабных категорий каротажа является регистрация и измерение сигналов, которые передаются или испускаются приборами, помещенными в скважину с помощью стального троса или кабельного каната. Такие измерения обычно проводятся специальными компаниями. Результаты этих исследований, известных как канатный каротаж, позволяют получать данные, необходимые для оценки пластов.

Для проведения канатного  каротажа в скважину опускают так называемый каротажный зонд и электронный блок, а затем поднимают их с определенной скоростью, которая зависит от конкретного вида измерений (рис. 6.4). При подъеме прибора из скважины на поверхность непрерывно поступает сигнал, который передается по проводнику, проходящему внутри троса. Поступающие данные обрабатываются на панели управления и записываются в подходящем формате каротажной диаграммы на пленке с помощью оптического регистрирующего устройства.

Полученные диаграммы  обычно подразделяются на диаграммы электрического и радиационного каротажа, хотя есть и другие виды каротажных диаграмм, которые в данной книге мы будем называть «прочие». Ниже мы рассмотрим некоторые из этих типов каротажных диаграмм и их роль в оценке нефтеносного пласта.

 

                      Электрический каротаж

Электрический каротаж, который наиболее часто применяется  в настоящее время, проводится посредством  погружения измерительного прибора на изолированном электрическом кабеле в ствол скважины после удаления оттуда бурильных труб. Каждый тип пласта характеризуется своим электрическим откликом, при этом электрические свойства нефти и газа отличаются от свойств воды. При электрическом каротаже измеряют электрические свойства пластов и пластовых флюидов. Таким образом, соответственно интерпретированная диаграмма может указать, содержит ли данный пласт нефть и газ, а также позволяет определить природу пласта (песчаник, известняк или сланец).

Электрокаротаж  называют также каротаж необсажен-ной  скважины, так как его нельзя проводить в скважинах с обсаженным стволом: стальная труба нарушает электрические свойства пласта.

Каждая каротажная компания должна успешно конкурировать с другими, поэтому они постоянно разрабатывают новые приборы, которые позволят получать более подробную и точную информацию о природе горных пород и жидкостей или газов, содержащихся в них.

 

                  Каротаж: по радиоактивности

Электрический каротаж осуществляется на необсаженной скважине, чтобы избежать короткого замыкания, вызванного присутствием стальной обсадной колонны. В то же время радиационный каротаж может проводиться как в свободной, так и в обсаженной скважине.

Полная диаграмма каротажа по радиоактивности включает два типа кривых — гамма-каротажа и нейтронного каротажа. Кривая гамма-каротажа записывается в левой части диаграммы и напоминает кривую потенциала самопроизвольной поляризации. Кривая нейтронного каротажа регистрируется справа и соответствует кривой удельного сопротивления. Сочетание этих кривых показывает фоновую (естественную) и искусственную радиоактивность в скважине.

Прибор для гамма-каротажа обычно состоит из ионизационной камеры, заполненной инертным газом при высоком давлении. Гамма-излучение, испускаемое пластом породы, проникает в камеру. Некоторые из гамма-частиц сталкиваются с атомами газа, выбивая из них электроны и генерируя таким образом ток. Сигнал передается на поверхность, усиливается и регистрируется в виде кривой его зависимости от глубины. Величина тока непосредственно связана с интенсивностью гамма-излучения. Кривая гамма-излучения (или диаграмма гамма-каротажа) фиксирует естественную радиоактивность пластов.

Величина радиоактивности  зависит от типа горной породы. Наибольшую природную радиоактивность имеют  сланцевые породы, они обнаруживаются по отклонениям вправо на диаграмме. Для вулканических пород радиоактивность выше, чем в случае осадочных пород, поэтому они легко различаются по диаграммам гамма-каротажа.

Нейтронный  каротаж: проводят, перемещая по стволу скважины источник излучения нейтронов высокой энергии и детектор излучения, расположенный на определенном расстоянии от источника. С помощью источника осуществляется бомбардировка породы постоянным потоком нейтронов, а детектор регистрирует вторичное гамма-излучение переменной интенсивности. Полученная кривая содержит в себе информацию о жидкости, находящейся в породе.

Нейтроны с большой  скоростью равномерно во всех направлениях испускаются в ствол скважины. Во время своего движения наружу они рассеиваются и тормозятся при столкновениях и, наконец, захватываются. Свойства окружающего материала таковы, что дальность перемещения нейтронов всегда оказывается меньше, чем расстояние между источником излучения и детектором. Выходной сигнал детектора возрастает при уменьшении содержания водорода в окружающем пространстве.

 

                   Прочие приборы для каротажа

Существует много других типов приборов для проведения каротажа, которые используются с большим или меньшим успехом. В данном разделе рассматриваются наиболее важные из них.

Акустический каротаж использует ультразвуковые сигналы, которые генерируются и проходят сквозь буровой раствор в прилежащие пласты породы. Результирующий сигнал преломляется, распространяется параллельно стволу скважины и улавливается приемником. Скорость сигнала, проходящего через пласт, измеряется с помощью прибора для каротажа и регистрируется на поверхности.

Данные акустического каротажа позволяют получить информацию о литологии пластов. Поскольку скорость звука различна в разных типах пород, то их легко отличить друг от друга. Кроме того, можно оценить пористость, поскольку в нефти и газе скорость звука ниже, чем в воде; измеряя время прохождения, можно также определить насыщенность пласта флюидом.

Диаграмма диаметра скважины (кавернограмма) регистрирует диаметр скважины в зависимости от глубины. Прибор для таких измерений состоит из набора пружин, которые растягиваются поперек ствола скважины (рис. 6.7). Центральный стержень соединяется с нижними концами пружин, которые, растягиваясь, попадают в полость, содержащую индукционную катушку. В результате движения центрального стержня, проходящего через катушку, возникает электрический ток, который непрерывно регистрирует данные о диаметре ствола скважины; полученный сигнал записывается на поверхности.

Диаграмма диаметра скважины позволяет определить объем скважины, что нужно для цементирования. Кроме того, эти данные дают возможность рассчитать скорость циркуляции бурового раствора для определения его объема, необходимого для подъема шлама на поверхность. Такие данные также могут оказаться полезными при литологической корреляции, выборе положения для установки пакера и для оценки толщины спекшейся корки на стенках.

Термограмма скважины (термокаротаж) — это кривая изменения температуры в скважине в зависимости от глубины. Измерения проводят с помощью электрических либо автономных термических приборов. Так как температура обычно равномерно меняется в зависимости от глубины, любое отклонение или внезапное изменение могут указывать на расширение газа или на иное движение газа или жидкости. Это может свидетельствовать о неплотности обсадной колонны, наличии зоны потери бурового раствора или даже газоносного участка.

Измерение наклона  пласта — это регистрация данных по наклону пласта в зависимости от глубины. Измеряется как угол наклона, так и его направление. Запись осуществляется с помощью сложного инструмента, который является модификацией инструмента для микрокаротажа, способного измерять угол наклона пласта породы, через который идет бурение. Данные по наклону полезны при установлении искривления скважины, а также для составления структурной карты пластов и для определения правильного направления дальнейшего бурения по отношению к скважине, открывшей новое месторождение, или к сухой скважине.

Прочие используемые виды каротажа включают диаграмму положения  муфт, метод радиоактивных меток, диаграммы качества связи цемента, перфорационный каротаж и многие другие.

Неспециалист может задуматься о необходимости такого огромного объема информации, получаемого за счет различных методов каротажа. Однако не стоит забывать, что потенциальные разрабатываемые нефте- и газоносные пласты залегают на нескольких тысячах футов под поверхностью земли и в большинстве случаев их невозможно исследовать непосредственно. В связи с этим методы косвенного анализа являются единственно возможными и, так как задействованы большие суммы денег, имеет смысл собрать всю возможную информацию, которая поможет решить вопрос, будет ли скважина продуктивной.

 

                       Отбор керна

 

Отбор керна  является одним их наиболее старых методов  оценки пластов. Несмотря на высокую  стоимость, отбор керна — оптимальный метод, дающий возможность получить образец пласта подземной породы на месте скважины для подробного литологического исследования, а также для последующих лабораторных исследований.

Если изучение обломков породы разбуриваемого пласта укажет на возможное присутствие нефти или газа, то проводят более подробные исследования. Один из способов получить дополнительную информацию связан с кернами — крупными цилиндрическими кусками пород пласта. С целью извлечения керна бурильную колонну удаляют из скважины, туда вносят колонковое буровое долото или боковой керноотборник и начинают отбор керна.

Данную операцию можно  проводить двумя основными способами: бурением с отбором керна буровым наконечником (стандартный способ) и боковым отбором керна. Далее мы рассмотрим оба способа и отметим их достоинства и недостатки.

 

             Стандартный способ отбора керна

Несмотря на существование различных типов колонковых буровых инструментов, для отбора керна почти повсеместно применяют алмазные инструменты вследствие их экономической эффективности. Они могут быть использованы как при работе с колонковым долотом, так и в случае отбора керна съемным керноотборником. Надежность резки и эффективность при работе этими инструментами, а также длительный срок службы в скважине могут сократить время бурения более значительно, чем нужно для компенсации их дополнительной стоимости.

Колонковое  долото — это специальное буровое долото с отверстием посередине (рис. 6.8). В процессе бурения часть пласта остается в этом отверстии. Длина данной оставшейся части меняется от 3 до 25 м, в зависимости от типа используемого керноотборника.

Съемный керноотборник  помещается внутрь бурильной трубы и может быть удален без поднятия всей бурильной колонны. Однако в этом случае обычно отбирается керн меньшего размера (4,5 м в длину и 2—5 см в диаметре). При получении кернов большего размера керноотборник в виде бурового наконечника прикрепляется к нижней части буровой колонны. Для отбора керна после проходки определенной длины бурильная колонна должна быть целиком поднята из скважины.

Части керна вынимают из керноотборника, протирают, не промывая, очищают от бурового раствора, а затем измеряют. Когда длина извлеченного керна не совпадает с длиной проходки колонковым долотом, недостающую часть считают утерянной в нижней части скважины (если нет фактов, противоречащих этому). Затем специалист — инженер или геолог — проводит первичное исследование для установления целесообразности проведения лабораторного анализа. Если планируется проведение анализа, керн немедленно помещают в ящики. Каждый ящик маркируют с торца, обозначая номер ящика и номер керна. На боковой стороне рисуют стрелку, обозначающую ориентацию (сверху вниз) керна в ящике. Глубина, с которой был извлечен керн, также должна быть обозначена в виде интервала величин на дне и на боковой стороне ящика.

В лаборатории определяют пористость, проницаемость, водонасыщенность и нефтенасыщенность пласта, через который идет бурение. Эту информацию объединяют с данными геологических исследований, полученных в месте расположения скважины, включая данные по наклону, трещинам в породе, нерегулярности залегания, неравномерности окраски, а также с результатами испытаний на флуоресценцию в ультрафиолете (нефть флуоресцирует в ультрафиолетовом свете) — для более надежной оценки потенциальной продуктивности пласта.

 

                        Боковой отбор керна

Боковой отбор керна  является дополнительной операцией, которая используется в тех случаях, когда вынос керна традиционным способом слишком мал или когда в процессе бурения вообще не производили отбора кернов.

Для получения бокового керна в скважину вносят специальное  оборудование и на поверхность поднимают образец из стенки скважины (рис. 6.9). При таком методе отбирают небольшие образцы — около 10 см в длину и 2—3 см в диаметре; поэтому данные, полученные таким методом, менее надежны. Однако боковой отбор керна занимает меньше времени и требует меньших затрат. Специалист должен взвесить преимущества и недостатки каждого варианта и принять решение.

 

               Опробование пласта

 

Если выводы, основанные на данных, полученных описанными выше методами исследования, выглядят обнадеживающими, можно провести исследование опробователем пласта, спускаемым на бурильных трубах (опробование пласта). Опробование пласта моделирует условия законченной скважины.

Во время опробования  перспективный интервал изолируют  от остальной части ствола скважины с помощью пакера или системы клапанов. При этом жидкость из пласта направляется внутрь бурильных труб, а затем выносится на поверхность.