книги из ГПНТБ / Заворотько Ю.М. Методика и техника геофизических исследований скважин учеб. пособие

Ю. М. ЗАВОРОТЬКО

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

СКВАЖИН

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебного пособия для нефтяных

и геологоразведочных техникумов

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»-

М о с к в а 1974

УДК 550.832

О-’-.

•:ауч” 0- г -

ЛцбнИО"1-Н'<4

Заворотько ІО. М. Методика и техника геофизических исследований скважин. М., «Недра», 1974. 280 с.

В предлагаемой читателям работе освещены основ­ ные положения методики и техники промысловогеофизических исследований в нефтяных, газовых, угольных, рудных и гидрогеологических скважинах на примере серийных образцов каротажных станций (АКС/Л-4, АКС/Л-64, ОКС/Л-64, АКС/Л-7 и СК-1) и скважпнной аппаратуры (тнпов КСП, МДО, ТБК,

АИК, ДРСТ, ИГН, СПАК, АКЦ, ТСМК, ТЭГ, ИК '

идр.).

Вкниге описаны физическая сущность каждого ме-

'тода каротажа, область применения, методика работ, основные проверки и регулировки каротажных стан- * цнй и скважинных приборов,- порядок проведения измерений на скважине, оценка качества первичных

Рецензенты: В. А. Устюжанинов, К. А. Фадеев {преподаватели Старооскольского геологоразведоч­ ного техникума), А. А. Мухер (нач. производствен­ ного отдела управления Нефтепромгеофизпка Мини­ стерства нефтяной промышленности)

или разработанных в процессе опытных работ методических и техни­ ческих положений.

Однако даже соблюдение указанных положений и высокое ка­ чество полевого материала не всегда обеспечивают успешное решение поставленной геологической или технической задачи вследствие искажающего влияния скважины (повышенная минерализация бу­ рового раствора и большая глубина зоны его проникновения, уве­ личение диаметра скважины и наличие глинистой корки большой толщины на ее стенках), изменения мощности, взаимного располо­ жения и физических свойств пластов (ухудшение их пористости, увеличение глинистости, повышение минерализации пластовых вод, изменение концентрации рудных элементов и зольности угольных пластов), неоднозначности или недостаточной полноты .сведений, получаемых при использовании того или иного геофизического метода. Эти условия и предопределяют применение широкого ком­ плекса геофизических методов исследования скважин, в котором недостатки одного метода восполняются преимуществами другого.

Применение комплекса геофизических методов повышает эф­ фективность разведочных работ, расширяет производственные воз­ можности каждого метода. Однако одновременно с этим увеличи­ вается продолжительность геофизических работ, особенно в глубоких и .'сверхглубоких скважинах, что неизбежно требует применения комплексных скважинных приборов и многоканальной геофизи­ ческой аппаратуры, позволяющих за одну спуско-подъемную опера­ цию регистрировать несколько однотипных или несколько различных ■физических параметров. Такой способ регистрации сокращает время на геофизические работы в скважинах, повышает точность измерений, исключает взаимное смещение получаемых кривых по глубине.

Для проведения комплексных измерений в скважинах используют автоматические каротажные лаборатории и станции типа АКС и придаваемую комплексную скважинную аппаратуру КСП, ТБК, КМБК-3, МДО-2, АИК-3, ДРСТ, ТСМК-40, СПАК-2, ИГН-4 и др. Наличие унифицированных панелей ИПЧМ, унифицированных узлов и блоков в аппаратуре улучшает ее эксплуатационные качества, габариты и масса, обеспечивает взаимозаменяемость отдельных ■блоков.

В связи с тем, что в глубоких и сверхглубоких скважинах гидро­ статическое давление столба буровой жидкости достигает несколько •сотен кгс/см2, а температура превышает 100° С, возникает необ­ ходимость в создании глубинных скважинных приборов, которые могли бы надежно работать в течение нескольких часов в тяжелых физико-геологических условиях. Поэтому большинство серийных образцов скважинной аппаратуры отечественного производства рас­ считано на давление 600—1000 кгс/см2 и температуру 120—200° С. Одновременно с разработкой и внедрением новейших образцов геофизической аппаратуры созданы одножильные и трехжильные

4

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КАРОТАЖА

Г л а в а I

СТАНДАРТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ КС, ПС И БКЗ

Методы КС и ПС занимают ведущее место в общем комплексе геофизических исследований скважин и применяются на всех типах месторождений полезных ископаемых.

'§ 1. ВЫБОР ЗОНДОВ

От типа и размера зонда зависят радиус исследования метода КС, форма, амплитуда и дифференциация кривых, положение на кривой точек, соответствующих границам пласта, н т. д.

При помощи градиент-зондов малых размеров получают хорошо дифференцированные кривые КС, на которых ' четко отбиваются границы пластов. Однако на результатах измерений значительно сказывается влияние скважины н зоны проникновения, а измеренное кажущееся удельное сопротивление пластов рк превышает (но не более чем в два раза) истинное их сопротивление [19]. Величина рк, измеренная градиент-зондами больших размеров, близка к истин­ ной, но кривые в этом случае слабо дифференцированы, по.ним трудно установить границы пластов с достаточной точностью. Особенно затрудняется отбивка прослоев малой мощности в пластах сложного строения, а некоторые из них вообще не отмечаются на кривых вследствие экранирования тока пластом высокого сопротивления.

В связи с этим в практике применяется градиент-зонд средних размеров, называемый стандартным зондом. Он дает дифференци­ рованную кривую, четко отбивает границы пластов различного сопротивления, сводит к минимуму влияние скважины на величину рк, измеряет рк пластов, близкое к их истинному удельному со­ противлению. Результаты, полученные стандартными зондами, дают наиболее полное общее представление о геологическом разрезе скважины, облегчают сопоставимость диаграмм рк по площади месторождения или района.

Так как мощность пластов и их удельное сопротивление изменя­ ются в широких пределах, практически трудно выбрать стандартный зонд для всех типов месторождений, поэтому в каждом районе

6

работ применяют два стандартных зонда, при помощи которых производятся измерения во всех скважинах.

В нефтяных и газовых скважинах в качестве стандартных исполь­ зуют зонды A2M0,5N и A0,5M8N. Выбор стандартных зондов 'на угольных месторождениях определяется удельным сопротивлением, мощностью, строением и взаимным расположением угольных пластов и прослоев. В большинстве случаев рк, измеряемое против угольных пластов высокого сопротивления, приближается к истинному удель­

кривые, сильно искажаются влиянием бурового раствора, а при замерах слишком большими зондами — значительно сглаживаются, не отражая отдельных прослоев в пластах, и со стороны подошвы пласта на них появляется зона экранированияпротяженностью

L — h.

При исследовании угольных пластов малой мощности и высокого сопротивления в качестве стандартного обычно выбирают градиентзонд размером L = 3 н- 5 м с таким расчетом, чтобы он превышал видимую мощность наиболее часто встречающихся угольных пластов. Так, например, в Донбассе применяют стандартный градиент-зонд A3,6M0,1N, в Печорском бассейне — A3,5M0,1N. Угольные пласты в указанных бассейнах для приведенных зондов являются мало­ мощными, поэтому кривые рк против них осложнены эффектами экранирования и по ним не всегда возможно выделить отдельные прослои в пластах сложного строения, особенно со стороны по­ дошвы пласта [19].

Отмеченные недостатки градиент-зондов могут быть компенсиро­ ваны применением потенциал-зондов с L ^ h . Но кривая потенциалзонда отмечает пласты малой мощности и высокого сопротивления минимумами рк, поэтому ее используют в качестве вспомогательной.

На угольных месторождениях применяются стандартные зонды

При исследовании угольных пластов сложного строения и большой мощности в качестве стандартных обычно используют градиент-зонды, размер которых превышает мощность пачки. Так, например, на месторождениях Сахалина применяют зонд A0,95M0,1N, Кара­ гандинского и Иркутского бассейнов — соответственно зонды A1,2M0,1N и A0,5M0,05N. При помощи таких зондов сравнительно легко можно произвести литологическое расчленение угольного пласта, однако не всегда возможно определить строение его кровли при повышенной зольности слагающих ее угольных прослоев. Поскольку мощности и сопротивления прослоев угля и пород в пла­ сте часто изменяются, то форма кривой рк градиент-зонда против одного и того же угольного пласта в различных скважинах недоста­ точно выдержана, что затрудняет сопоставление диаграмм.

- Лучшее литологическое расчленение вмещающей толщи и .уголь­ ных пластов сложного строения дают потенциал-зонды, особенно

7

ѣ тех случаях, когда мощность прослоев в пласте превышает размер зонда. Если мощности прослоев пород в угольных пластах меньше M N (градиент-зонд) или A M (потенциал-зонд), то точное строение угольного пласта произвести невозможно. В таких случаях приме­

няют другие методы каротажа (боковой токовый каротаж и гамма- гамма-методы).

фидных руд градиент-зондами большого размера не всегда удается выделить в них прослои пород высокого сопротивления и мощ­ ностью меньше размера зонда, так как весь сложный пласт или суль­ фидная зона отмечаются практически нулевыми сопротивлениями,

апротяженность их тем больше, чем больше размер зонда. Поэтому

втаких случаях используют градиент-зонды малого размера (обычно A0,95M0,1N) [17, 50]. Наилучпше результаты при исследовании антрацитов дает потенциал-зонд, отмечающий пласт симметричной аномалией очень низкого сопротивления. Его получают из указанного выше градиент-зонда, придав электродам другое назначение. Точное строение пласта антрацита или зоны сульфидного оруденения можно установить по кривой КС, записанной в более крупном масштабе,

однако это не всегда возможно, особенно в случаях, когда их со­ противление слишком мало.

При каротаже скважин на другие полезные ископаемые (напри­ мер, на железные руды) применяют градиент-зонды размером L =

= 2,0 -г- 2,5 м и потенциал-зонды с A M = 0,2 ч- 0,3 м и' M N не менее 6—8 м [50].

Естественно, что по одной кривой КС нельзя решить все геологи­ ческие задачи, так как в разрезах скважин всегда встречаются породы и полезные ископаемые, которые не различаются между собой но удельному сопротивлению. Это, например, пласты-кол­ лекторы, вмещающие нефть и газ, и плотносцемеитированные или водоносные пласты, каменные угли и известняки или песчаники, антрациты, сульфидные руды, графиты и т. д. В таких случаях

применяют различные модификации метода КС или другие методы каротажа.

Кривая КС стандартного зонда позволяет лишь приближенно оценить истинные сопротивления пластов, так как на результат измерений существенное влияние оказывают скважина и зона про­ никновения. Методом КС в варианте бокового каротажного зонди­ рования^ (БКЗ) можно получить точные значения истинных сопро­ тивлений пластов и определить их коллекторские свойства. При БКЗ применяются следующие зонды: A0,4M0,1N; AIMO.IN) A2M0.5N (стандартный зонд); A4M0.5N; A8M1N; A0.5M8N (стандартный 3°нд); N0,5M2A (аппаратура КСП-1). Этими зондами решают в ос­

8

новном задачу точного определения истинного сопротивления пла­ стов. Однако для исследования карбонатных кавернозных, крупно­ трещинных II закарстованпых пластов-коллекторов, в которые зачастую глубоко проникает буровой раствор и л и его фильтрат, указанных зондов недостаточно. В таких случаях, кроме общепри­ нятых зондов, применяют градиент-зонды и потенциал-зонды очень больших размеров — A10M4N и A15M10N, В40А4М и В40А8М. Большие потенциал-зонды использовать целесообразнее, чем гра­ диент-зонды, так как они имеют больший радиус исследования (в 2,0—2,2 раза больше их размеров) и позволяют записывать кривые КС для продуктивных низкоомных отложений в крупных масштабах сопротивлений [41].

§ 2. ВЫБОР МАСШТАБОВ ГЛУБИН

Масштабы глубин каротажных диаграмм должны соответствовать масштабу геологического разреза, составленного геологами. Они выбираются в зависимости от глубин скважин и степени детализации пластов и должны обеспечивать определение их глубины и строения с необходимой степенью точности, предъявляемой к тому или иному типу полезного ископаемого. В соответствии с этим масштабы глубин каротажных диаграмм подразделяются на поисковые и детализациоігные.

Поисковыми масштабами в нефтяных и газовых скважинах являются 1 : 500, в' угольных и рудных — 1 : 200, реже 1 : 500. Диаграммы поискового масштаба используются, для общего литоло­ гического расчленения разреза и дальнейшей его корреляции.

В качестве детализационного в нефтяных и газовых скважинах принят масштаб глубин 1 : 200, в угольных и рудных скважинах — 1 : 50, реже 1 : 20. Масштаб глубин 1 : 20 применяется при реги­ страции кривых КС и ПС в тонких угольных пластах рабочей мощ­ ности и в пластах с тонким переслаиванием угля и породы, а также при детализации маломопщых рудных вон. Диаграммы .детализа­ ционного масштаба используются для детального изучения структуры пластов, определения их глубин залегания и мощности, для ка­ чественной и количественной характеристики пластов.

§ 3. ВЫБОР И УСТАНОВКА МАСШТАБОВ ЗАПИСИ КРИВЫХ КС И ПС

Выбор масштабов записи кривых КС и ПС

Получение дифференцированных кривых КС зависит не только от типа и размера зонда, но и от подбора соответствующего масштаба изучаемого параметра. В каждом районе работ стандартные масштабы записи «.ко и ?гдс выбирают в зависимости от диапазона изменения рк и потенциала ПС и устанавливают одинаковыми во всех сква­ жинах. Масштабы пкс и нПс должны обеспечивать получение диффе­ ренцированных кривых на всех интервалах геологического разреза.

9