Горные породы

1.

Горные породы – естественные минеральные агрегаты определенного
состава и строения, сформированные в результате геологических процессов
и залегающие в земной коре в виде самостоятельных тел. Они
характеризуются различными формами залегания. Породы лежат
горизонтальными слоями или нарушены разломами и смяты в складки. В
них внедряются разнообразные тела магматических пород

2.

Слой или иначе пласт представляет геологическое тело
плитообразной или линзообразной формы, сложенное
породами более или менее однообразного состава и
ограниченное двумя поверхностями, отделяющими его от
подстилающего и покрывающего слоев. Верхняя поверхность,
ограничивающая слой, имеет название кровля. Нижняя
поверхность — подошва. Самое короткое расстояние (по
перпендикуляру) между кровлей и подошвой представляет
толщину (истинную толщину) слоя.

3.

4.

Для образования залежей нефти и газа необходимо наличие коллекторов.
Коллекторы - породы, способные вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при эксплуатации
скважин в промышленных масштабах. В Западной Сибири – это песчаники.
Неколлекторы - непроницаемые породы. В Западной Сибири – это глины, плотные песчано алевритовые породы с карбонатным цементом.
Флюид - жидкость, газ, находящиеся в поровом пространстве горных пород.
Коэффициент пористости (пористость) – это отношением объема пор в породе ко всему объему
породы. Измеряется пористость (Кп) в процентах (%) или в долях 1.
Коэффициент проницаемости (проницаемость) – отражает способность горной породы
пропускать через себя жидкости и газы при перепаде давления. Единица измерения коэффициента
проницаемости (Кпр) в системе СИ – м2. Внесистемная единица проницаемости - Дарси (Д) и мД.
Насыщенность коллектора определяется степенью заполнения его пор нефтью, газом или водой.
Коэффициент нефтегазонасыщенности (Кнг) - отношение объема пор, занятых нефтью и газом, к
общему объему пор породы. Измеряется Кнг в процентах или в долях 1.
Фильтрационно - ёмкостные свойства коллектора (ФЕС) – коэффициенты пористости,
проницаемости, нефтегазонасыщенности.

5.

Газ, как наиболее легкий, располагается в верхней
(кровельной) части залежи, образуя газовую шапку, в средней
части поровое пространство заполняется нефтью, в нижней
(подошвенной) части размещена вода

6.

Границу раздела между газом и нефтью называют газонефтяным
контактом (ГНК), между газом и водой —газоводяным
контактом (ГВК), между нефтью и водой - водонефтяным
контактом (ВНК)

7.

С целью региональных исследований, поисков, разведки и разработки
нефтяных месторождений горные породы вскрываются скважинами.
Скважиной называется цилиндрическая горная выработка (вертикальная
или наклонная) глубиной от нескольких метров до нескольких километров
(длина значительно больше ее диаметра) и диаметром свыше 75 мм,
сооружаемая в толще горных пород

8.

Скважины и их элементы
а, б — вертикальные
(б — колонковое бурение);
в — наклонная
(а, в — сплошное бурение);
1 — устье; 2 — стенка
(ствол); 3 — ось; 4 — забой;
5 — керн;
Н, L — глубина и длина
скважины соответственно
Элементы скважины: устье — выход на поверхность или дно моря;
забой — дно; ствол или стенка — боковая поверхность. Расстояние от устья до
забоя по оси ствола — длина скважины, а проекция оси на вертикаль — её
глубина.

9.

10.

Бурение скважин, в основном, проводится на промывочных жидкостях,
которые подразделяются на следующие типы: промывочные жидкости на водной
основе (вода, глинистые растворы), на неводной основе (углеводородные
растворы), аэрированные жидкости.
Глинистые растворы приготовляют из
глины и воды

11.

Плотные породы при
разбуривании вблизи стенки скважины
не разрушаются. Диаметр скважины
против плотных пород равен диаметру
долота (диаметр скважины, равный
диаметру долота, носит название –
номинальный диаметр).
• Неуплотнѐнные породы (пески,
глины) в разрезах скважин размываются
промывочной жидкостью. Диаметр
скважины против размытых пород
больше номинального. Размытые части
скважины называются кавернами.
• В пористые, проницаемые породы
(коллекторы) проникает жидкая
составляющая промывочной жидкости
(фильтрат). Глинистые частицы из
глинистого раствора оседают на стенке
скважины, образуя глинистую корку.
Диаметр скважины становится меньше
номинального.

12.

1 — известняк плотный; 2 — глина; 3 — песчаник
проницаемый; 4 — зона проникновения фильтрата
промывочной жидкости; 5 — промытая зона;
6 — глинистая корка; 7 — цемент; 8 — колонна;
9 — промывочная жидкость; dС - диаметр скважины,
dК - диаметр каверны, do.к - диаметр обсадной колонны,
DЗП и DПП — диаметры зоны проникновения и промытой
зоны соответственно; hГК —толщина глинистой корки; h
— толщина пласта
В результате воздействия
промывочной жидкости на
проницаемый пласт под
давлением, превышающем
пластовое, образуется зона, в
которую проникает фильтрат
бурового раствора. Эта зона
называется зоной проникновения фильтрата
бурового раствора. Вблизи
стенки скважины фильтрат
промывочной жидкости
вытесняет в значительной
мере первоначальный флюид.
Наиболее промытая
фильтратом бурового
раствора часть пласта вблизи
стенки скважины называется
промытой зоной. Она
является составной частью
зоны проникновения.

13.

Три основных источника информации о разрезах скважин:
геологические наблюдения при бурении скважин (керн);
опробование и испытание пластов;
геофизические исследования скважин (ГИС).
Геологические наблюдения при бурении скважин - изучение керна. Является
прямым методом исследования пород. Недостатки метода – изучаются небольшие
интервалы в разрезе скважины.
Опробование и испытание пластов - прямой метод изучения отложений.
Метод дорогой и трудоемкий. Недостатки метода – изучаются небольшие
интервалы в разрезе скважины.
Геофизические исследования скважин (ГИС) - совокупность физических
методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и
межскважинном пространствах. Достоинства ГИС - изучается весь разрез
скважины. Метод информативный и дешёвый. Недостатки ГИС - косвенное
изучение горных пород.

14.

15.

16.

1.
•Четыре основных направления геофизических исследований скважин.
Изучение геологического разреза.
2.
Изучение технического состояния скважин.
3.
Контроль разработки нефтяных и газовых месторождений.
4.
Проведение прострелочно - взрывных работ и контроль за их проведением.

17.

При геофизических исследованиях с
помощью специального геофизического
кабеля в скважину опускают измерительную
установку-прибор. Измерительная установка
фиксирует вдоль ствола скважины значения
какой – либо физической величины
(сопротивление, гамма – излучение и т.д.).
17

18.

Графики изменения того или иного
физического параметра с глубиной называются
каротажными диаграммами.
Переход от измеренных величин к
геологической характеристике вскрытых
скважиной пород называется интерпретацией
ГИС.
18

19.

Название пяти групп основных геофизических методов изучения
геологических разрезов скважин.
электрические методы.
ядерные методы.
термические методы.
сейсмоакустические методы.
магнитные.
Электрический метод (ЭК) - измерение характеристик электриче-ского
поля, возникающего самопроизвольно или создаваемого искус-ственно.
Ядерный метод - изучение естественных и искусственно вызван-ных полей
ядерных излучений в горных породах. Термические методы - измерение
температурного режима в скважине. Сейсмоакустические ме-тоды - измерение
кинематических и динамических характеристик упругих волн ультразвукового и
звукового диапазона в горных породах. Кинематические характеристики –
скорость (м/с), время (мкс/м). Динамические – величины амплитуд (В, А).

20.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН

21.

Метод кажущихся
сопротивлений (КС) –
измерение кажущегося удельного
электрического сопротивления
УЭС (Омм) горных пород
четырёхэлектродными
установками

22. Устройство и шифр обычных каротажных зондов кажущегося сопротивления (КС). Схема измерения удельного электрического

сопротивления (УЭС) горных
пород обычными зондами КС. Формула определения кажущегося сопротивления
Обычный каротажный зонд КС состоит из
четырёх свинцовых электродов, укрепленных на
кабеле. В скважине на кабеле размещаются три
электрода. Четвёртый электрод находится на
поверхности
в
близи
скважины.
Зонды
обозначаются шифрами, включающими буквы А,
В, М, N (обозначение электродов) и цифры,
указывающие
в
метрах
межэлектродные
расстояния. При этом используется буквенное
обозначение трёх электродов, находящихся в
скважине. Порядок букв в шифре зонда находится в
соответствии с названием и расположением
электродов сверху вниз в скважине.
Запись N0.5M2.0A означает, что между
электродом N и M расстояние 0,5 м, между M и A –
2 м. Электрод В находится на поверхности в близи
скважины.

23. Схема измерения удельного электрического сопротивления горных пород обычными зондами кажущегося сопротивления. Формула

определения кажущегося сопротивления
Схему измерения УЭС горных
пород обычными зондами КС
рассмотрим на примере зонда
N0.5M2.0A. От блока питания БП
через электроды А и В (токовые)
подается электрический ток силой
I, создающий электрическое поле.
При помощи электродов М и N
(измерительных), регистрируется
(прибором РП) разность
потенциалов ΔU электрического
поля между двумя точками
скважины.

24.

Среда, окружающая скважину,
неоднородна. Её УЭС (ρп) меняется в
вертикальном и в горизонтальном
направлении. Поэтому зондами КС
регистрируется неистинное УЭС, а
кажущееся УЭС (ρк):
ρк = K(ΔU/I),
где К носит название коэффициент
зонда и является функцией
межэлектродных расстояний;
ΔU - разность потенциалов между
измерительными электродами М и N,
I - сила тока, проходящего через
токовые электроды А и В.

25.

Названия электродов обычных зондов
кажущегося сопротивления.
Электроды включенные:
– в токовую цепь называются токовыми;
– в измерительную цепь –
измерительными;
– в одну цепь (токовую или
измерительную) - парными;
– в разные цепи называются непарными.

26.

Названия обычных зондов кажущегося
сопротивления в зависимости от
количества токовых электродов,
расположенных в скважине.
Зонд, у которого только один токовый
электрод расположен в скважине,
называется однополюсным. Зонд, у
которого два токовый электрода
расположены в скважине, называется –
двухполюсным.

27. Название обычных зондов в зависимости от соотношения расстояний между электродами

• Зонд, у которого расстояние между парными электродами во
много раз больше расстояния между непарным называется
потенциал - зондом. Зонд, у которого расстояние между парными
электродами во много раз меньше расстояния между непарными
электродами, называется градиент - зондом.

28. Название обычных зондов в зависимости от порядка расположения парных и непарных электродов в скважине

• По порядку расположения электродов зонды делятся на
последовательные и обращенные. У последовательного зонда
парные электроды находятся ниже непарного, у обращенного —
парные электроды выше непарного.

29. Длины, радиусы исследования, точки записи потенциал и градиент – зондов

Для потенциал – зонда (ПЗ) расстояние между сближенными непарными электродами
называется длиной зонда и обозначается L. Радиус исследования ПЗ равен удвоенной его
длине. Точка записи у ПЗ расположена посередине между непарными электродами и
обозначается через О.
Для градиент – зонда (ГЗ) расстояние между серединой сближенных парных
электродов и непарным электродом называется длиной зонда и обозначается L. Радиус
исследования ГЗ равен его длине. Точка записи у градиент - зонда расположена посередине
между парными электродами обозначается через О.

30. Кривые зондов кажущегося сопротивления. Обработка диаграмм зондов КС

Кривые потенциал – зонда (ПЗ) –
симметричны относительно середины пласта.
Кривые обычного градиент – зонда (ГЗ) –
ассиметричны относительно середины пласта.
Обработка диаграмм зондов КС сводится
к нахождению границ пластов, снятию
показаний, определению истинных
сопротивлений пластов.
Границы мощных пластов высокого
сопротивления находятся:
- в точке резкого подьѐма кривой
потенциал - зонда;
- по точкам минимальных и
максимальных показаний на кривых градиент
– зондов (с небольшой длиной зонда).

31.

Для проведения
количественной
интерпретации, с диаграмм КС
снимают существенные отчѐты
кажущихся сопротивлений (ρк):
- либо средние (ρксред),
- либо максимальные (ρкмах),
- либо оптимальные (ρкопт).

32. Боковое каротажное зондирование (БКЗ). Шифры зондов, входящих в БКЗ. Цель проведения БКЗ

Боковое каротажное зондирование (БКЗ) представляет собой исследование
скважины серией однотипных обычных зондов, имеющих различные размеры, от
которых зависит глубина исследования. В Западной Сибири в комплекс БКЗ
входят следующие зонды КС:
A0,4M0,1N, A1M0,1N, A2M0,5N, A4M0,5N, A8M1N.
Основное назначение БКЗ – определение:
истинного УЭС мощных пластов,
диаметра зоны проникновения фильтрата бурового
раствора,
УЭС зоны проникновения фильтрата бурового
раствора.

33.

Боковой метод (БК) - измерение УЭС (Омм) горных пород при помощи
зонда, обеспечивающего распространение тока перпендикулярно стенке
скважины.

34.

Трехэлектродный зонд бокового каротажа БК
состоит из трех электродов удлиненной формы .
Центральный электрод А0 и, расположенные
симметрично относительно него два
экранирующие электрода А1 и А2, представляют
собой металлические цилиндры, разделенные
между собой изоляционными прослойками. Через
основной и экранные электроды пропускают ток
одной полярности и обеспечивают этим равенство
их потенциалов. Благодаря влиянию поля тока
экранирующих электродов, ток I0 центрального
электрода направляется непосредственно в пласт
слоем перпендикулярно оси скважины на
значительное расстояние. Тем самым уменьшается
влияние скважины и соседних пластов на
результаты измерений. Сопротивление,
регистрируемое при боковом каротаже, носит
название эффективного и обозначается ρэ или ρэф
(иногда называют кажущимся и обозначают ρк).
Величину ρэф рассчитывают по формуле:
ρэф=K(ΔU/I0),
где К- коэффициент зонда, зависящий от
размеров зонда; ΔU – разность потенциалов
между любым из электродов зонда и удалѐнным
от них электродом N, находящимся на кабеле.
Единицей измерения служит ом-метр (Омм).

35.

Кривые БК симметричны
относительно середины
пласта. Границы пластов
высокого сопротивления
отбиваются по кривым
трѐхэлектродного зонда БК
по еѐ резкому подъѐму.

36.

Индукционный каротаж (ИК) измерение кажущейся удельной
электропроводности горных пород.

37.

Физические основы индукционного каротажа (ИК)
Простейший зонд ИК представлен двумя катушками индуктивности:
генераторной Г и приемной П, которые расположены на токонепроводящей
основе. Генераторная катушка подключена к генератору 1, который
вырабатывает переменный ток ультразвуковой частоты 20— 80 кГц и
питается стабилизированным по частоте и амплитуде током.
37

38.

Протекающий по генераторной
катушке ток создает переменное
магнитное поле (прямое или
первичное), которое возбуждает в
окружающих скважину горных
породах вихревые токи. В
однородной среде силовые линии
вихревых токов представляют собой
окружности с центром по оси
прибора. Вихревые токи создают
переменное магнитное поле,
называемое вторичным. Первичное
и вторичное переменные магнитные
поля индуцируют в измерительной
катушке электродвижущую силу
(ЭДС).
38

39.

Электродвижущая сила,
возбуждаемая первичным полем,
является помехой и компенсируется
вводом в цепь приемной катушки
ЭДС, равной ей по величине и
противоположной по фазе. ЭДС от
вторичного поля усиливается и
передается на поверхность, где
записывается регистрирующим
устройством. Регистрируемая ЭДС
пропорциональна
электропроводности горных пород
σп. Единицей удельной
электропроводности является
1/(Омм) или Сименс на метр (См/м);
в практике ГИС пользуются
тысячной долей См/м—мСм/м.
39

40.

Длина индукционного зонда (L) – расстояние
между генераторной и приёмной катушками. Зонды
индукционного каротажа имеют шифры. В шифре на
первом месте - количество основных катушек, на
втором месте - тип основных катушек, на третьем
месте - длина зонда. Например, зонд 6Ф1 обозначает
- 6 фокусирующих катушек и длина зонда 1 м.
Кривые ИК симметричны относительно середины
пласта
и
используются
для
определения
сопротивления пластов и их характера насыщения.
Границы пластов отбиваются по середине спуска –
подъёма кривой.
Индукционный каротаж:
эффективен для исследования низкоомных разрезов;
позволяет определять сопротивления маломощных
пластов;
может проводиться в скважинах, заполненных
непроводящей промывочной жидкостью.

41. Микроустановки. Физические основы обычных нефокусированных микрозондов. Кривые нефокусированных микрозондов и их использование

для отбивки границ пластов
Микроустановки
Зонды малых размеров называют микрозондами
или микроустановками. Электроды микроустановок
размещены на внешней стороне пластины из
изоляционного материала - башмака, который в
процессе исследования прижимается к стенке
скважины.
Применяется два вида микроустановок:
- нефокусированные микрозонды (МК или МКЗ);
- фокусированный микробоковой зонд (БМК).
Физические основы обычных нефокусированных
микрозондов
В средней части башмака обычного микрозонда на
расстоянии 25 мм друг от друга вмонтированы три
электрода. С их помощью образуется два микрозонда:
- микроградиент - зонд (МГ) А0.025М0.025N;
- микропотенциал - зонд (МП) А0.05М, в котором
электродом N служит корпус скважинного прибора.

42.

Зонды А0.025М0.025N (МГЗ) и А0.05М
(МПЗ) имеют соответственно длины 0,0375 м и
0,05 м.
Радиус исследования зонда А0.025М0.025N
составляет 0,0375 м, зонда А0.05М - 0,1 м.
Запись зондами МК производится
одновременно.
Кажущееся сопротивление ρк определяется по
формуле:
ρк= К(ΔU/I) где, К – коэффициент зонда.
Единица измерения – Омм.
Использование кривых МК для отбивки границ пластов.
Границы пластов по диаграммам МК находятся по крутым подъёмам кривых.
Используются МК для литологического расчленения разрезов скважин, выделения
коллекторов. Пласт является:
коллектором, если показания МГЗ (ρк, МГ) и МПЗ (ρк, МП) невысокие и ρк, МП > ρк, МГ;
неколлектором - глиной, если показания МГ и МП - невысокие и ρк, МП ≈ ρк, МГ;
неколлектором – плотной породой, если показания МГ и МП - высокие и ρк, МП ≈ ρк, МГ.

43.

Физические
основы
фокусированных
микрозондов. В трехэлектродном зонде БМК
центральный электрод А0 окружен рамочным
измерительным электродом М, который, в свою
очередь, окружен экранным электродом Аэ. Через
электрод А0 пропускают ток I0, а через Аэ - ток Iэ,
регулируемый так, чтобы разность потенциалов
между А0 и электродом М равнялась нулю.
Применение такой системы фокусировки
приводит к тому, что токовый пучок от электрода А0
несколько сжимается вблизи башмака, и расширяется
при удалении от него, что способствует
существенному росту глубины исследования.
Радиус исследования зонда БМК в пределах 10
см, поэтому БМК позволяет получать информацию о
сопротивлении промытой зоны пласта. Единица
измерения – Омм. Кривые БМК симметричны
относительно середины пласта и по конфигурации
повторяют форму кривых БК, но более
дифференцированы. Границы пластов высокого
сопротивления отбиваются по резкому подъёму
кривой.

44.

• Для учета влияния промывочной жидкости ПЖ на результаты
электрических методов каротажа, измеряют ее удельное
сопротивление. Метод называется резистивиметрией. Прибор,
которым проводятся измерения сопротивления ПЖ называется —
резистивиметром.
• Резистивиметры имеют различную конструкцию. Они
представляют собой систему электродов, расположенных на
небольшом расстоянии друг от друга и помещённых в специальный
корпус, который позволяет исключить влияние горных пород и
обсадной колонны на величину измеряемого сопротивления
жидкости. Единица измерения – Омм.

45.

• Метод потенциалов самопроизвольной
(собственной) поляризации (СП или ПС) измерение потенциалов самопроизвольной
поляризации горных пород (мВ)

46. Метод потенциалов самопроизвольной (собственной) поляризации пород в скважинах (СП или ПС). Причины возникновения потенциалов

самопроизвольной (собственной)
поляризации. Литологическое расчленение разреза по ПС.
Выделение проницаемых пород (коллекторов) по диаграмме ПС
Принципиальная
схема
измерения
потенциалов собственной поляризации ПС
заключается
в
регистрации
разности
потенциалов ∆U (в мВ) между двумя
электродами M и N. Электрод М
перемещается вдоль ствола скважины, а
электрод N находится на поверхности вблизи
устья скважины. Разность потенциалов
между электродами M и N равна:
MN
М
N
M
U ПС
U ПС
U ПС
U ПС
const.

47.

Потенциалы ПС обусловлены следующими
физико-химическими процессами:
1. диффузией солей пластовых вод в
промывочную жидкость ПЖ и наоборот;
2. адсорбцией ионов на поверхности
минеральных частиц горной породы;
3. фильтрацией вод из ПЖ в породы и
пластовых вод в скважину;
4. окислительно - восстановительными
реакциями, происходящими в породах и на
контакте их с промывочной жидкостью.
Физико-химические процессы протекают на
поверхностях раздела скважина - породы и
между пластами различной литологии. В
результате этих процессов поверхностях
раздела образуются двойные электрические
слои, различные потенциалы которых создают
величины напряженности электрического поля
между горными породами и скважиной.

48.

При пресном буровом растворе: песчаникам, известнякам
соответствует отрицательный потенциал ПС (отрицательная аномалия);
глинам - положительный потенциал. Наличие отрицательной аномалии
ПС – необходимый признак коллектора, но недостаточный. Плотные
известняки – неколлекторы тоже характеризуются отрицательной
аномалией ПС. При интерпретации ПС используют значение статической
амплитуды ПС (ΔUпс) и относительной. Для определения статической
амплитуды ПС на диаграмме проводится линия глин. Она проходит через
максимальные значения кривой. Отклонение кривой от линии глин
называется статической амплитудой ПС. Относительная амплитуда ПС
(αпс)– это отношение статической амплитуды ПС против изучаемого
пласта к максимальной статической амплитуде пласта, встречаемой в
разрезе.