Лекція № 15 Документація розвідувальних свердловин

Геологічною документацією по свердловині називають документи, що характеризують процес буріння свердловини і виконання різних операцій. Залежно від характеру операцій які виконуються виділяють такі документи:

1) геолого-технічний наряд – основний проектний документ на буріння свердловини (індивідуальний або типовий), який визначає детальний прогноз геологічної характеристики розрізу, обов’язковий комплекс геологічних і геофізичних досліджень, технологію буріння, досліджень та якість промивальної (бурової) рідини, конструкцію свердловини, інтервали випробовування пластів та перфорації;

2) первинні документи, які складаються в процесі буріння (добові рапорти по бурінню, колекторські книжки, вахтові журнали тощо), в яких у хронологічному порядку щоденно вносяться відомості про хід буріння, спостереження за промивальною рідиною і нафтогазоводопроявами у свердловині, опускання і цементування колон, випробовування їх на герметичність, перфорацію і результати випробовування, опис кернів, зразків порід, що відібрані ґрунтоносами, шламу, аналізів води, нафти і газу тощо.

3) акти на проведення основних операцій при бурінні – про закладання свердловини і здавання точки для буріння; про початок і кінець буріння; про опускання і цементування колон; про випробовування колони на герметичність; про результати випробовування пластів у процесі буріння; про перфорацію колони; про результати випробовування свердловини;

4) основні геологічні документи по пробуреній свердловині – буровий журнал, що заповнюється щоденно і відображає весь хід процесу буріння свердловини (проходка, глибина вибою, винос шламу і керна, зміна інструменту, розмір робочого інструменту, якість промивальної рідини, витрати часу на окремі операції, спостереження за свердловиною і т.д.), каротажні криві, геологічний розріз свердловини.

Геологічна документація свердловин, що проводиться в процесі їх буріння, включає складання наступних актів: про закладання і закриття свердловини, про виміри викривлення свердловини, про контрольні виміри глибин. Ці документи складаються по уніфікованих формах згідно Інструкції по відбору, документації, обробці, зберіганню, скороченню і ліквідації керну свердловин колонкового буріння.

Основним первинним матеріалом по свердловині є відомості про спостереження в процесі буріння. Ці відомості вносяться до стандартизованої форми польового журналу геологічної документації. У ньому робляться записи дати і зміни буріння, діаметр свердловини, рід бурового наконечника, інтервали глибин по рейсах і величини рейсів, вихід керну з кожного рейсу, кути шаруватості або контактів гірських порід відносно осі керну. Окрім цього в журналі робиться чорнова зарисовка керну в прийнятих умовних позначеннях, докладний опис зустрінутих порід, тектонічних елементів, мінеральних включень тощо.; показуються інтервали, з яких відібрані проби, їх номери, а також номери узятих зразків.

Буровий керн укладається в спеціальні дерев’яні ящики в порядку надходження з колонкової труби зверху вниз і зліва направо. Кожен інтервал керна відмічається біркою, на якій незмивним олівцем записують: назву родовища, ділянку, номер свердловини, інтервал буріння, довжину колонки керна, діаметр свердловини, підпис змінного бурового майстра та дату. Якщо є можливість, окремі шматочки бурового керну нумеруються і стрілкою вказується їх орієнтування. Буровий шлам і осад бурової муті запаковуються в мішечки, в які вкладається етикетка або бірка де вказано номер свердловини та інтервалу буріння. При укладанні керну проводять орієнтування окремих шматків щодо осі свердловини в напряму шаруватості або інших елементів текстур, просторове положення яких на даній ділянці і, отже, в межах розрізу, що розкривається свердловиною, не викликає сумніву і може тлумачитися однозначно. У вивержених гірських породах у визначенні просторового положення керну можуть допомогти орієнтування темноколірних мінералів, флюїдальність шліри і інші характерні елементи текстури і структури.

Звичайна зарисовка по розрізу бурових свердловин складається в масштабах 1:100-1:500, а важливі деталі керну – в масштабах 1:5-1:20. Зарисовка виконується у вигляді проекції на площину перетину, що проходить уздовж осі свердловини (рис. 15.1). Вона зазвичай проводиться по інтервалах проходки, причому кожна плашка керну фіксується окремо. У випадку, коли свердловина перетинає розріз добре вивчених порід, зарисовуються тільки рудні і найбільш цікаві зразки керну ( окремі включення, контакти порід, перетини прожилків і тріщин). На зарисовках вказують номер свердловини, глибини підйому, товщини, кути зустрічі тріщин і контактів з віссю керну, місця відбору і номери зразків, інтервали опробування, номери проб.

Рисунок 15.1 – Зарисовки керну

1 – гнейси, 2 – граніти, 3 – включення серициту, 4 – пластинки мусковіту, 5 – ксеноліти метаморфічних сланців, 6 – вкрапленність сульфідів

Опис керну ведеться по кожному інтервалу проходки окремо або узагальнено по декількох суміжних інтервалах, якщо свердловина розкриває одну і ту ж породу. Найбільш детально описуються інтервали проходки по тілу корисної копалини. Тут особливо важливо визначити кут зустрічі контактів тіла з віссю керну для того, щоб мати уявлення про дійсну товщину тіла корисної копалини і про те, під яким кутом свердловина його перетинає.

Для кращого розгляду мінерального складу, текстури гірських порід і корисної копалини слід змочувати керн водою.

Первинна документація бурової свердловини закінчується складанням колонки-розрізу, яка є підсумком первинних польових спостережень. На колонку-розріз окрім вказаних вище відомостей виносяться результати геофізичних досліджень (електрокаротажу, гама-каротажу, дані інклінометрії) і результати аналізу проб. У короткій геологічній характеристиці наводиться узагальнений опис гірських порід розрізу, що розкривається. Колонка-розріз по свердловині є узагальненим первинним документом, який використовується при складанні звідної геологічної документації (табл. 15.1).

Таблиця 15.1 – Форма зведеної геологічної інформації

Інтервал опробування, м	Довжина рудного інтервалу, м	Вміст, %	Номер проби
37,45-37,75	0,30	0,012	–
44,0-45,2	1,2	0,05	561
44,0-45,2	1,2	0,05	562
44,0-45,2	1,2	0,05	563
50,35-51,2	0,85	0,012	–
56,8-57,3	0,5	0,015	–

Побудова розрізу по свердловині. Через різні природні і технічні причини свердловини колонкового буріння в процесі проходки відхиляються від заданих напрямів, тобто скривлюються. Розрізняють азимутне викривлення (відхилення від заданого азимута свердловини) і зенітне викривлення (відхилення від заданого кута нахилу свердловини). Вимірювання зенітних кутів свердловини Θ і азимутів її напряму α дозволяє визначити просторове положення свердловини, що є необхідною умовою при побудові розрізів. При незначних (до 10°) азимутних відхиленнях від заданого напряму помилки в просторовому орієнтуванні не перевищують помилок побудови і можуть не враховуватися. У разі значніших азимутних відхилень і при будь-яких зенітних викривленнях просторове положення осі свердловини визначається за допомогою розрахунків і графічних побудов.

Вимірювання кутів викривлення свердловини (інклінометрія) проводиться спеціальними приладами, дані яких заносяться в каротажний журнал. Частота вимірів залежить від конкретних умов (зазвичай через 25-50 м), що визначається геологічним завданням (як, наприклад, необхідністю підсікти тіло на певній глибині) і технічними умовами проходки.

Щоб зобразити в розрізі викривлену бурову свердловину, робляться побудови в двох або в трьох площинах: у горизонтальній і вертикальній або в горизонтальній і двох вертикальних. Якщо свердловина задавалася вертикальною, то одна з вертикальних площин орієнтується вхрест простягання досліджуваної структури (товщі, зони), а інша – по простяганню. При похилій свердловині одна з вертикальних площин повинна співпадати з площиною, в якій була задана похила свердловина.

Приклад побудов для характеристики викривлення свердловини показаний на рис. 15.2. Ці побудови робляться на підставі вимірювань кутів по свердловині, заданій в точці О: Θ₀, Θ₁, Θ₂, Θ₃ тощо і азимутальних α₀, α₁, α₂, α₃ відповідно, через відстані l₁, l₂, l₃, тощо. Для побудови розрізів використовуються три площини OXZ, ОХУ, ОYZ, на яких виносяться проекції викривленої бурової свердловини.

На горизонтальну площину з точки О до осі ОХ проводиться лінія під кутом, рівним півсумі азимутних кутів на гирлі свердловини α₀ і в першій точці виміру α₁:α_(0-1)=(α₀+α₁)/2. На цій лінії відкладається відрізок l_0-1, рівний проекції першого інтервалу l₁; на горизонтальну площину:

, де

Рисунок 15.2 – Побудова проекції осі викривленої свердловини у трьох площинах (за С.С. Сулакшиним)

Для побудови другої точки виміру проводиться лінія через точку 1, паралельно осі ОХ, і під кутом до неї проводиться інша лінія; цей кут знаходиться як півсуму кутів α₁ та α₂:

На другій лінії відкладається відрізок l_1-2, що є проекцією другого інтервалу l₂ на горизонтальну площину. Величина відрізка обчислюється:

, де

Подальші побудови ведуться аналогічно, інтервал за інтервалом.

Щоб отримати проекцію свердловини на вертикальну площину, виносяться точки 1, 2 і так далі на вісь ОХ або ОY. З проекцій цих точок на ту або іншу вісь (б, б' і так далі або а, а' тощо.) опускаються перпендикуляри, на яких відкладаються відрізки, рівні проекціям інтервалів l₁, l₂, l₃, тощо на вертикальну вісь OZ. Для першої точки вона рівна , для другої і так далі.

Документація шнекових свердловин. Шнекове буріння широко застосовується при гідрогеологічних дослідженнях і при вивченні рихлих відкладень. Геологічна документація шнекових свердловин проводиться по зразках порід: а) що поступають на поверхню в результаті обертання шнека при безперервному поглибленні свердловини; б) закріплених на нижньому кінці шнека; в) відібраних магазинними (колонковими) шнеками. Документація свердловини ведеться поінтервально. Після поглиблення на довжину шнека проводиться підйом снаряда, вибурений матеріал відбирається і фіксується по відповідному інтервалу свердловини. При безперервному поглибиленні шнеків, коли не проводиться підйомів, глибина залягання перебуреної породи визначається шляхом нескладного розрахунку за формулою Д. Н. Башкатова

де Н – глибина залягання породи, см; l – глибина свердловини у момент початку видачі породи з гирла, см; v_т – вертикальна швидкість транспортування породи щодо шнека (визначається емпірично), см/с; v_б – швидкість буріння, см/с.

Вертикальна швидкість транспортування залежить від складу порід і їх фізичного стану. Ця формула застосовується тільки для більш менш однорідного розрізу рихлих відкладів при постійно рівному обертанні шнека і одному і тому ж його діаметрі. Межі різних порід в розрізі визначаються за змінам режиму буріння.

Документація свердловин безкернового буріння. Безкернове буріння – шарошкове суцільним вибоєм з промивкою або продуванням повітрям і ударно-канатне – застосовується в основному на стадіях детальної і експлуатаційної розвідки, коли геологічна будова родовища вже з’ясована достатньою мірою, щоб не вивчати керн кожної нової розвідувальної свердловини. У таких випадках буріння суцільним вибоєм ведеться по всьому розрізу або по вміщаючих породах, а рудоносні ділянки проходять із застосуванням колонкових труб.

До документування безкернових свердловин допускаються переважно досвідчені фахівці, достеменно знають геологічний розріз і знайомі з умовами і режимами буріння. Безкерновий інтервал документується по шламу і кольору бурової муті, якщо свердловина проходиться з промивкою, або за кольором пилу, що виноситься повітряним потоком, при проходці свердловин з продуванням. При описі шламу вказуються його мінеральний склад, розміри і форми частинок різних мінералів, колір і інші особливості. Для уточнення польових спостережень шлам або пил досліджують під бінокуляром або мікроскоп. З шламу і пилу відбираються проби на спектральний, хімічний і інші аналізи, які використовуються при складанні і уточненні розрізів по свердловині і для вирішення окремих завдань. Останнім часом в документації свердловини безкернового буріння все велику роль грають геофізичні методи.

Геофізичні дослідження в свердловинах називаються каротажем і полягають у вивченні фізичних властивостей гірських порід. На основі цих даних проводиться уточнення геологічного розрізу і виявлення покладів корисних копалини.

Каротажні вимірювання дозволяють судити про фізичні властивості гірських порід в природних умовах залягання. Завдяки цьому з’являється можливість замінити колонкове буріння по монотонних або добре вивчених геологічних розрізах бурінням безкерновим, тобто менш дорогим і продуктивнішим.

Протягом довгого часу основними методами вивчення розрізу свердловин були термічні вимірювання і електричний каротаж. В даний час все більш широке застосування отримують ядерно-фізичні методи як для диференціації розрізу, так і для виявлення корисної копалини, інколи навіть для визначення вмісту корисного компоненту. Великого значення набуває акустичний каротаж, особливо при бурінні глибоких свердловин на нафту і газ, де вивчення електропровідності порід утруднене у зв’язку з впливом високих температур, сильною мінералізацією розчинів, наявністю високих концентрацій вуглеводнів. При бурінні розвідувальних свердловин на рудних родовищах велике значення має магнітний каротаж. Розроблена апаратура для гравітаційного каротажу, що дозволяє по вимірюваннях сили тяжіння судити про густину і пористість порід. Останнім часом все ширше застосовуються методи фотокаротажу і телекаротажу свердловин.

Електричний каротаж – найбільш розвинений вид геофізичних досліджень в свердловинах. При електричному каротажі вимірюється питомий опір порід (КС) або природна різниця потенціалів, що виникає в свердловині, тобто потенціал мимовільної поляризації (ПС). Практично всі вимірювання в свердловинах ведуться із застосуванням постійного струму.

Для вивчення уявного питомого опору, потенціалу поляризації в свердловину опускають зонд, що складається з трьох електродів, одного живильного А і двох вимірювальних М і N або двох живлячих А і В і одного вимірника, а що один живильний В або вимірювальний N заземляють на поверхні поблизу гирла свердловини так, що його можна вважати нескінченно віддаленим від інших електродів. Спостереження по всьому розрізу ведуться безперервно, а результати їх фіксуються самописцем.

Основним документом, що відображає результати електрокаротажу, є каротажна діаграма, на якій в прийнятому масштабі після аналізу і виправлень викреслюються криві КС і ПС, строго прив’язані по глибині свердловини.

Криві КС в загальному випадку краще фіксують окремі літологічні відмінності порід, криві ПС — геологічні границі.

Із спеціальних методів електрокаротажу можна відзначити бічний каротаж, що дозволяє детальніше розчленовувати геологічний розріз, і метод ковзаючих контактів, що застосовується на рудних і вугільних розрізах для виділення пластів з високим опором.

Метод викликаної поляризації (ВП) призначений переважно для виявлення електропровідних об’єктів, і тому він застосовується головним чином при пошуках і розвідці рудних тіл, переважно сульфідних руд.

Вивчення розрізів свердловин за допомогою індукційного і діелектричного каротажу має особливе значення для дослідження нафтових свердловин, що буряться на розчині, що не проводить електричний струм (наприклад, на нафті), або для сухих рудних свердловин.

Магнітний каротаж заснований на визначенні магнітної сприйнятливості гірських порід. По аналогії з електрокаротажом при магнітному каротажі виходить крива уявної магнітної сприйнятливості.

Завдання інтерпретації кривих магнітної сприйнятливості полягає в переході до дійсної її величини і визначенні дійсних товщин відповідних шарів.

Магнітний каротаж є допоміжним методом при розчленовуванні розрізів. Самостійне значення він має при пошуках і розвідці залізняку, де з його допомогою виконується кореляція і взаємна ув’язка розрізів свердловин з виділенням продуктивних горизонтів.

Методи ядерного каротажу розділяються на методи вимірювання природного і викликаного ядерного випромінювання. Природна радіоактивність визначається за допомогою гамма-каротажу (ГК) шляхом звичайних вимірювань γ-випромінювання, а за певних сприятливих умов і γ+β-випромінювання. У методах викликаного радіоактивного поля вимірюють інтенсивність γ-випромінювання, що виникає в породах в результаті дії на них радіоактивного опромінювання. До цієї групи відносяться методи нейтронного гамма-каротажу (НГК), нейтрон-нейтронного каротажу (ННК), а також методи ізотопів і наведеної активності (НА). ГК і НГК входять в комплекс стандартного каротажу нафтових і газових свердловин. Основною перевагою радіоактивного каротажу є можливість проведення вимірювань крізь обсадні труби, що є непереборною перешкодою для інших видів каротажу.

Гамма-каротаж полягає у вимірюванні інтенсивності природного випромінювання гірських порід і застосовується з метою геофізичної документації геологічного розрізу в свердловині по ступеню різної радіоактивності гірських порід.

Нейтронний гамма-каротаж полягає у вимірюванні інтенсивності вторинного гамма-випромінювання, викликаного дією нейтронів на гірські породи, і проводиться з метою вивчення водневміщаючих пластів, їх пористості, а також спостереження за технічним станом свердловин. Нейтронний каротаж дозволяє більш диференційовано, проводити літолого-стратиграфічее розчленовування розрізу, з’ясовувати деякі фізичні властивості гірських порід, виявити поклади ряду корисних копалини.

Різновидом НГК є бічний нейтронний гамма-каротаж (БНГК), який застосовується для визначення пористості порід при вивченні пластів, що слугують колекторами нафти і газу.

Із інших видів ядерного каротажу для документації бурових свердловин можна використовувати метод радіоактивних ізотопів, який застосовується для визначення пористих і тріщинуватих порід, а також для спостережень за затрубною і підземною циркуляцією вод.

Особливості геологічних спостережень при бурінні свердловин на нафтових і газових родовищах. На нафтових і газових родовищах єдиними пошуковими та розвідувальними виробками є бурові свердловини, а основними об’єктами спостережень – ознаки нафти, газу та води, обвали стінок свердловини, порушення циркуляції бурового розчину, встановлення стратиграфічної приуроченості продуктивних і водоносних горизонтів і їх взаємних співвідношень.

Достатньо надійне вивчення розрізу свердловини можливе тільки при комплексному використанні даних геологічних, геофізичних і спеціальних досліджень і спостережень, що проводяться членами бурової бригади в процесі проходки свердловини.

Свердловини розділяються на: опорні; пошукові на нових площах; пошукові на площах, що розробляються, з метою визначення нафтоносності горизонтів, що залягають нижче відомих; оконтурюючі виявлені поклади і оціночні для виявлення залишкової нафтогазонасиченості горизонтів, що розробляються. При бурінні вказаних свердловин різного призначення суцільний відбір керна проводиться завжди по продуктивних горизонтах; цілком же керн відбирається тільки по опорних пошукових свердловинах на нових площах.

Порядок первинної обробки керна аналогічний описаному при колонковому бурінні. Відмітною особливістю є попереднє візуальне визначення ознак нафти і газу. Керн з нафтогазоносного пласта на свіжому зламі не змочується краплею розбавленої соляної кислоти. Важка нафта дає зовнішні ознаки у вигляді темних плям на свіжому зламі. Зразки ж керна з легкою нафтою на свіжому зламі поширюють сильний запах бензину, але не мають видимих слідів нафти.

Основними геофізичними методами досліджень, для документації нафтових і газових свердловин, є електричний каротаж і радіоактивний каротаж.

До додаткових методів вивчення розрізу нафтових свердловин належать: гранулометричний аналіз порід, вивчення мікрофауни, спорово-пилковий аналіз, каверно-метричний аналіз, газовий каротаж, люмінесцентно-бітумінологічний аналіз та інші, що дозволяють отримати дані по окремих частинах розрізу, полегшують їх зіставлення один з одним.

Геохімічні методи дослідження свердловин призначені для виявлення нафтогазоносних пластів, розкритих свердловиною, і для визначення ореолів розсіяння азоту, гелію і інших газів. Розрізняють два види свердловинних вимірів газовий і люмінесцентно-бітумінологічний каротаж. Ці методи дозволяють з’ясувати вміст газоподібних, рідких і твердих вуглеводнів в буровому розчині, шламі і керні і є прямими методами визначення нафти і газу.

Температурні вимірювання в свердловинах, проводяться зазвичай одночасно з електричним каротажем, дають інформацію про теплову енергію земних надр, про породи і структури, що визначають і впливають на розподіл цієї енергії.

Для вимірювання температур в свердловинах частіше всього застосовують електричні термометри, рідше ртутні термометри і ртутні термометри з фотографічною реєстрацією показників. Сучасні електричні термометри на трижильному кабелі, дозволяють вимірювати температуру із швидкістю підйому до 2500 м/год. Реєстрація температури ведеться на приладах, що використовують для запису кривих електричного каротажу.

Розрізи по свердловині викреслюються на якісному папері в масштабах 1:500-1:1000. Складаються вони на основі комплексних даних геологічних, геофізичних і спеціальних методів дослідження з винесенням результатів лабораторних досліджень і необхідних технічних даних (конструкція свердловини, глибина об

Питання для самоперевірки:

1 Що включає первинна геологічна документація буріння свердловин?

2 Розкажіть про зарисовки керна.

3 Що таке колонка-розріз свердловини?

4 Як будують розріз по свердловині.

5 Схарактеризуйте документацію шнекового буріння.

6 Схарактеризуйте документацію свердловин безкернового буріння.

7 Дайте коротку характеристику геофізичних досліджень у свердловинах.

8 Розкажіть про особливості геологічних спостережень при бурінні нафтових і газових свердловин.

9 Яка мета геохімічних досліджень свердловин?

10 Яка мета температурних досліджень свердловин?