ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 11

Исландию.   Северную   Ирландию   и   Гебридские   острова.   Присутствие   во   многих

застывших   лавовых   потоках   и   выветрелых   интрузивных   пзверженных   породах

артезианских грунтовых вод свидетельствует об их проницаемости вследствие развития

системы   сообщающихся   пор;   это   позволяет   предполагать,   что   при   определенных

условиях в них могут содержаться нефть и газ. Наличие лавовых потоков не исключает

возможности   обнаружения   углеводородов   в   подстилающих   и   переслаивающихся   с

ними   осадочных   породах.   Последние   могут   оказаться   продуктивными   в   меньшей

степени,   чем   любые   другие   осадочные   образования,   когда   будут   вскрыты   путем

бурения через перекрывающую толщу твердых и хрупких вулканических пород.

Промышленная нефтеносность пзверженных и метаморфических пород установлена в

следующих   комплексах:   базальтовых   лавах   п   интрузпвах,   пирокластических   отложениях   п

андезптовых   дайках,   известных   как   «вулканиты   Конеджо»   (миоцен),   на   месторождении

Конеджо   в   округе   Вентура.   Калифорния   [54];   в   гранитном   и   метаморфическом   комплексе

фундамента   (юра?)   на   месторождении  Эдисон и  долине   Сан-Хоакин,   Калифорния   [55].   и в

франппсканскпх (мел-юра?) или более древних кристаллических сланцах на месторождении

Эль-Сегундо   к   югу   от   Лос-Анджелеса   [56].   В   центральном   Канзасе   более   50   широко

разбросанных скважин дают нефть из холмовидных выступов трещиноватых докембрппскпх

кварцитов   [57],   а   на   нефтяных   месторождениях   Мара   и   Ла-Пас   в   западной   Венесуэле

продуктивны   выступы   гранитного   фундамента   (см.   стр.   125:   фиг.   4-11,  А.Ф.).   На

месторождении Ратлснейк-Хиллс в штате

 Вашингтон промышленный газ был получен из

одной или двух  

проницаемых зон базальтов, перекрытых озерной глиной, прослои которой

переслаиваются   здесь   с   вулканическими   покровами   [58].   В   ряде   нефтяных   залежей

центрального   Техаса   коллекторами   являются   серпентиниты   [59]   (см.   стр.   292-293:   глава   7,

линзы вулканических пород, А.Ф.).

Раньше   считалось,   что   основная   продуктивная   толща   месторождения   Тупунгато   в

провинции   Мендоса,   Аргентина,   представлена   песчаниками,   но   теперь   известно,   что   она

состоит из переслаивающихся со сланцами твердых вулканических туфов мощностью 300 м.

Несмотря на высокую пористость, проницаемость этих пород низка, ибо сообщаемость пор

незначительна.   Породы   характеризуются   сильной   трещиноватостью,   и,   как   показывает

изучение   кернового   материала,   нефть   занимает   трещины,   не   заполненные   кальцитом   или

цеолитом [60].

Разрезы буровых скважин

Разрезы   буровых   скважин   используются   для   распознавания   и   корреляции

залегающих   в   недрах   отложений,   а   также   для   определения   пористости   возможных

коллекторов и природы содержащихся в них флюидов. Поскольку геолога-нефтяника

интересуют   в   основном   отложения,   залетающие   на   глубине,   нам   придется   во   всех

последующих главах книги часто прибегать к рассмотрению разрезов скважин и других

буровых   данных;   в   связи   с   этим   представляется   необходимым   вкратце   описать

некоторые виды исследований буровых скважин, способы и границы их применения.

Исчерпывающее освещение этих вопросов не входит в задачу настоящей работы, но

читатель отсылается к многочисленным работам и специальным исследованиям, часть

которых упомянута в прилагаемом списке цитированной литературы [61].

К   обычным   методам   исследований   буровых   скважин   следует   отнести:   1)

буровые журналы; 2) составление  разрезов  по поднимаемым  при бурении образцам

пород   (литологические   разрезы   и   палеонтологические   разрезы);   3)   электрический

каротаж;   4)   радиоактивный   каротаж   (гамма-каротаж   и   нейтронный   каротаж);   5)

механический   каротаж;   6)   анализ   керна   и   бурового   раствора   (газовый   каротаж);   7)

кавернометрия; 8) термический каротаж; 9) акустический каротаж; 10) инклинометрия.

Ниже приводится краткое описание этих методов и целей их использования.

Буровые   журналы.   Разрезы   большинства   скважин,   пробуренных   до   1930 г.,

составлялись   самими   бурильщиками;   по   многим   крупным   районам   геологи   не   имеют

никаких иных данных бурения, кроме этих буровых журналов и вынуждены пользоваться

лишь ими. Относительно надежные сведения содержатся  в буровых журналах скважин,

пробуренных канатным способом, поскольку бурильщик в этом случае совершенно уверен

в установлении глубины залегания кровли той или иной толщи, характера проходимых

пород и содержания в них нефти, газа или воды. Бурильщик легко определяет песчаные

породы по износу долота, а глины и известняки  -  по прерывистому прихвату бурового

каната. Он знает, сколько воды в скважине и какое количество ее извлекается оттуда, и

поэтому   ему   известно   количество   воды,   содержащейся   в   любом   проницаемом   пласте.

Фактически дебит воды, отбираемой из ствола скважины, является хорошим показателем и

проницаемости проходимой породы. Бурильщик немедленно узнает также о появлении в

скважине   небольших   количеств   газа   и   нефти.   Он   описывает   вскрываемые   породы   как

твердые,   мягкие   или   вязкие,   красные,   голубые,   черные,   серые   или   коричневые.   Его

измерения тщательно проверяются при каждом спуске в скважину колонны обсадных труб,

а   замеры   глубины   залегания   кровли   продуктивного   пласта   производятся   обычно   при

помощи стального каната. Неизбежные ошибки в определении глубины забоя скважины

исправляются   в   процессе   последнего   замера   стальным   канатом.   Если   ошибка   велика   и

заставляет   сомневаться   в   достоверности   всего   разреза,   геолог   обычно   равномерно

распределяет   поправку   в   интервале   от   забоя   скважины   до   ближайшей   проверенной

предыдущими контрольными замерами глубины.

Буровые   журналы   скважин   вращательного   бурения   далеко   не   так   надежны   и

полезны для работы  геолога,  как  сведения, получаемые буровиками  при  канатном, или

ударном, бурении; вообще при вращательном бурении буровые журналы ведутся редко. Об

изменении цвета проходимых пород в этом случае обычно судят по шламу, поступающему

из   ствола   скважины   вместе   с   буровым   раствором;   можно   определить   также   проходку

скважиной твердых или мягких пород. Поскольку на ранних этапах вращательное бурение

применялось большей частью в районах распространения мягких пород, многие сланцы и

глины   описывались   тогда   как   «гумбо»   или   «вязкая   глина».   Любая   твердая   порода

называлась   «камнем»;   чередование   твердых   и   мягких   пород  -  «валунами»;   песок,

поднимавшийся по стволу скважины с забоя, - «тяжелым песком»; быстро разрушавшийся

и оседавший по стволу скважины песок  -  «плывуном», а песок, при проходке которого

шлам был чистым или разжижался буровой раствор, - «водяным песком».

Составление   разрезов   скважин   по   образцам   пород.  Этот   метод   исследования

буровых скважин, основанный на изучении шлама и керна, начал применяться геологами в

1920-1925 гг., и с тех пор постоянно совершенствуется. Керн и шлам изучаются в наше

время практически по каждой разведочной и очень многим эксплуатационным скважинам.

Этим методом может быть исследован либо весь разрез скважины, от устья до забоя, либо

только наиболее важные его интервалы.

При   канатном   бурении   образцы   шлама   отбираются   во   время   каждого   тартания

скважины, т.е. примерно через 5-10 футов, высушиваются и помещаются в мешочки из

холста.   Обычно   шлам   поступает   из   скважины   чистым   и   не   требует   никакой

дополнительной обработки. Прямо на скважине или в лаборатории шлам изучается под

бинокулярным   микроскопом   с   увеличением   от   12   до   24   раз,   после   чего   по   нему

составляется разрез.

При   вращательном   бурении   шлам   отбирается   из   циркулирующего   в   стволе

скважины   бурового   раствора,   выносящего   обломки   породы   с   забоя   на   дневную

поверхность. Шлам отбирается через каждые 5, 10 или 20  футов  проходки, при этом в

каждой пробе обычно представлены отложения, вскрытые в этих интервалах глубин. Шлам

промывают в воде до удаления с обломков тонкого глинистого материала, осевшего на них

из бурового раствора, высушивают и ссыпают в мешочки. Затем непосредственно на месте

бурения   или   в   лаборатории   шлам   наряду   с   керном   подвергается   исследованию   под

бинокулярным микроскопом, на основании которого составляется литологический разрез

скважины.   Все   бурящиеся   скважины   обслуживаются   специализирующимися   в   этой

области геологами.

Литологические   разрезы   скважин  канатного   и   вращательного   бурения,

составляемые   по   данным   изучения   шлама,   представляют   собой   колонку   с   описанием

физических свойств всех проходимых скважинами пород. Характеристика каждого образца

включает определение: слагающего материала (известняк, доломит, песчаник, алевролит,

глина,  конгломерат,   ангидрит,  соль  или   кремень);  его  цвета;   блеска  (жирный,  тусклый,

яркий);   содержания   окаменелостей;   пористости,   и   если   она   имеется,   то   ее   характера

(межзерновая,   кавернозная,   точечная,   обусловленная   первичной   или   вторичной

кристаллизацией);   признаков   нефти,   газа   или   твердых   битумов;   наличия   трещин   или

поверхностей скольжения; связанности песчаного материала (рыхлый сыпучий песок или

сцементированный   песчаник)   и   характера   его   цемента;   раскалывается   ли   порода   на

обломки,   состоящие   пз   скоплений   сцементированных   между   собой   зерен,   а   также

определение   любых   других   физических   свойств   породы,   способствующих   ее

распознаванию. При составлении литологического разреза скважин вращательного бурения

по   данным   изучения   шлама   необходимо   впитывать   время,   требующееся   для   выноса

обломков шлама с забоя на дневную поверхность¹; для выноса обломков породы с забоя

глубоких скважин на поверхность может потребоваться несколько часов.

Палеонтологические разрезы, как об этом свидетельствует само название, отражают

прежде   всего   стратиграфическое   расчленение   разреза   и   содержание   в   породах

органических   остатков,   главным   образом   микрофауны,   например   фораминифер   и

фузулинид. 

Электрический   каротаж.   Электрокаротаж   представляет   собой   непрерывную

запись электрических свойств, вскрываемых скважиной: отложений и содержащихся в них

флюидов   (фиг.   3-11).   Измерения   производятся   в   необсаженной   трубами   части   ствола

скважин,   бычно   при   вращательном   способе   бурения,   когда   ствол   заполнен   буровым

раствором.   Они   осуществляются   с   помощью   скользящих   электродов,   помещенных   в

изолированную   трубку,   называемую   зондом,   которая   опускается   в   скважину.

Электроэнергия, вырабатываемая установленным на поверхности земли генератором, по

одной из жил кабеля передается вниз к соответствующему электроду, который сообщает ее

окружающим породам; в то же время соседние электроды, соединенные с другими жилами

кабеля, принимают поступающий из пород заряд и направляют его к поверхности, где он

фиксируется на ленте светочувствительной бумаги, которая движется синхронно с зондом,

перемещающимся   во   стволу   скважины.   Расстояние   между   принимающими   заряд

электродами   в   зонде   (разнос   электродов)   меняется   в   зависимости   от   геологических

особенностей   и   стратиграфических   условий   [т.е.   литологического   состава   отложений]

района бурения [62].

¹Это   время   можно   рассчитать,   вычислив   количество   ходов   бурового   насоса,

необходимое для перемещения глинистого раствора в скважине на всю ее глубину, и разделив
его  

в число ходов в минуту. Еще лучше для этого воспользоваться диаграммой, сведя в ней иные по

каждой скважине и приняв за контрольные точки величины отрезков времени, в течение которых запись
внезапного   изменения   скорости   бурения   отразится   на   поверхности   в   виде   резкой   смены   состава
выбуриваемых   обломков   пород.  Можно  также   помещать  буровой  раствор   зерна   риса  или   кукурузы:
искомое время будет составлять половину времени их полного оборота от устья скважины через ее забой

к   вибрационному   ситу   для   очистки   бурового   раствора   от   шлама.   Считается,   что   в   7-8   дюймовых
скважинах для подъема шлама на высоту 1000 футов требуется примерно 10 мин. 

Впервые   электрокаротаж   [63]   был   применен   на   небольших   французских

месторождениях   нефти   в   Пешельбронне.   В   Венесуэле   этот   метод   геофизических

исследований скважин применяется с 1929 г., а вскоре он появился и в СССР, где быстро

получил широкое распространение. В 1931 г. он был внедрен в Румынии, после чего стал

использоваться   во   всех   нефтедобывающих   регионах   земного   шара.   В   настоящее   время

проводится   электрокаротаж   любой   скважины,   пробуренной   вращательным   способом.   В

зависимости   от   конкретных   условий   каротаж   одних   скважин   производится   на   разных

стадиях бурения, других - только после его завершения.

Электрокаротаж стал самым эффективным геологическим методом исследований.

Промысловые геологи и инженеры настолько свободно владеют им, что при построении

геологических   профилей   и   схем   корреляции   для   выяснения   вопросов   стратиграфии   и

структурных особенностей тех или иных отложений пользуются обычно исключительно

данными электрокаротажа (фиг. 3-12). Электрокаротажная диаграмма не может полностью

заменить данные литологического и палеонтологического изучения разреза, но несет в себе

дополнительную   информацию   относительно   вскрываемых   скважиной   пород   и

заключенных   в   них   флюидов.   Каждый   из   описанных   видов   исследования   скважин

дополняет другие методы. Электрокаротаж применяется главным образом для корреляции

отложений,   пройденных   различными   скважинами,   установления   и   измерения   их

пористости и выявления характера пластовых флюидов. За короткий период со времени

внедрения   этого   метода   в   практику   нефтепромысловых   работ   интерпретация   данных

электрокаротажа выросла из технической дисциплины в науку.

С   помощью   электрокаротажа   определяются   два   геофизических   параметра

пройденных   толщ   пород   и   сопутствующих   им   флюидов:   электрический   потенциал   и

удельное электрическое сопротивление.

Электрический   потенциал.   Диаграмму   электрического   потенциала   вскрытых   скважиной

пород   называют   также  кривой   спонтанного   потенциала,   или   кривой   естественной

поляризации, и обозначают индексом ПС (PS).  Ее  обычно помещают на левой стороне

отпечатанной   каротажной   ленты.   Значения   ПС   выражаются   в   милливольтах   и

отсчитываются   от   осевой   линии,   располагающейся   близ   центра   электрокаротажной

диаграммы. Породы с повышенным электрическим потенциалом отображаются отрезками

кривой, отходящими на разные расстояния влево по шкале в милливольтах. Считается, что

электродвижущая   сила,   вызывающая   ток   ПС,   который   измеряется   при   проведении

соответствующего   вида   каротажа,   возникает   в   результате   развития   двух   физических

процессов  -  электрофильтрации   и   электроосмоса.   Электрические   потенциалы,

возникающие   как   следствие   этих   процессов,   в   большинстве   случаев   суммируются,   и

потому наложение их увеличивает амплитуду кривой ПС (см. фиг. 3-11).

Электродвижущая сила, обусловленная процессами фильтрации, считается по своей

природе электрокинетической. Она прямо пропорциональна давлению и электрическому

сопротивлению фильтрующейся жидкости и обратно пропорциональна ее вязкости. Этой

жидкостью является вода бурового раствора, который находится в стволе скважины;

Фиг. 3-11. Типовой электрокаротажный разрез, состоящий из кривой ПС (слева),

литологической колонки (в центре) и кривой сопротивления (справа) (Stгattоn,  Fогd,

Electric Logging, in L.W. LeRoy (ed.), Subsurface GeoL Methods, Colo. Sch. Mines, p. 365,

Fig. 152, 1951).

она представляет собой электролит, легко фильтрующийся через проницаемый твердый

диэлектрик   в   пористые   породы   стенок   скважины.   Гидростатическое   давление   бурового

раствора обычно превышает  пластовое давление  в проницаемых  горизонтах,  и  поэтому

часть воды бурового раствора фильтруется в окружающие породы через глинистую корку

на стенках скважины. Проявление электродвижущих сил фиксируется прежде всего там,

где   разность   давлений   максимальна,   т.е.   на   глубинах   залегания   проницаемых   пород.

Фильтрация воды из скважины в окружающие пласты создает отрицательный потенциал, а

фильтрация в обратном направлении  -  из пород в скважину  -  приводит к возникновению

положительного   потенциала;   чем   выше   скорость   фильтрации,   тем   больше   разность

потенциалов. В тех случаях, когда давление жидкостей в пласте и скважине одинаково,

никакого   тока,   обусловленного   фильтрацией,   не   обнаруживается,   и   кривая   ПС

расположится у нулевой линии даже на уровне вскрытых пористых пород. На практике

обычно   происходит   движение   жидкости   из   скважины   в   окружающую   среду,   и   потому

электрический потенциал, как правило, отрицательный.

Вторая причина, определяющая возникновение самопроизвольной поляризации, а

именно электроосмос, относится к явлениям электрохимическим. Когда два электролита

контактируют между собой, возникает электродвижущая сила. В буровой скважине такими

электролитами являются буровой раствор и минерализованная вода вскрываемых пород. В

большинстве   случаев   пластовые   воды   на   разных   глубинах   характеризуются   различной

минерализацией.   При   различии   в   минерализации   бурового   раствора   и   пластовых   вод

генерируется электродвижущая сила. Если концентрация солей, или минерализация воды, в

пласте выше, чем в буровом растворе, электрический ток течет из скважины в окружающие

породы, и против пористой зоны (по сравнению с горизонтом развития глинистых пород)

будет отмечаться отрицательная аномалия. При каротаже скважин чаще всего наблюдается

именно такая картина. Если же солености пластовых вод и глинистого раствора одинаковы,

никакого электрического потенциала, связанного с явлением электроосмоса, не образуется.

И, наконец, когда минерализация бурового раствора превышает соленость

Фиг.   3-12.   Разрез,   показывающий   возможность   использования

электрокаротажных   диаграмм   для   сопоставления   вскрытых   скважинами   отложений
(Stratton, Hamilton,  in  L.W.  LeRoy  (ed.),  Subsurface Geol. Methods, Colo, Sch. Mines, p.
638, Fig. 336, 1951).

пластовых   вод,   что   бывает   после   вскрытия   скважиной   пластов   каменной   соли,

электрический ток движется к скважине, и против зоны развития пористых отложений (по

сравнению   с   глинистыми   породами)   будет   наблюдаться   положительная   аномалия

самопроизвольной поляризации. 

Второстепенной   причиной   возникновения   электрического   потенциала   в

проходимых   скважиной   породах   может   стать   избирательная   (полярная)   адсорбция

заряженных   ионов   некоторыми   входящими   в   состав   пород   минералами,   в   особенности

глинистыми.

Таким   образом,   диаграмма   самопроизвольной   поляризации,   получаемая   при

электрометрическом   исследовании   скважин,   представляет   собой   результат   совместного

проявления процессов электрофильтрации, электроосмоса и адсорбции ионов.

Обычно   при   бурении   поддерживают   более   высокое   гидростатическое   давление

промывочной жидкости в скважине, чем пластовое давление; поскольку же концентрация

солеи в пластовых водах, как правило, превышает соленость воды бурового раствора, то

действие   обоих   этих   факторов   суммируется,   а   их   общий   эффект   выражается

соответствующей алгебраической суммой. Лишь в исключительных случаях, например при

вскрытии   соленосных   отложений,   глинистый   раствор   может   стать   более

минерализованным,   чем   пластовая   вода.   В   таких   условиях   эффект   самопроизвольной

поляризации   может   стать   положительным.   Залегающим   на   небольшой   глубине   и

насыщенным пресной водой песчаным породам могут соответствовать близкие к нулю или

незначительные  величины  естественного  потенциала. Бывает  также, что залегающий на

большой   глубине   песчаный   пласт   с   высоким   давлением   и   находящийся   на   грани

фонтанирования   характеризуется   низкими   начениями   самопроизвольной   поляризации,   а

иногда и отсутствием электрического потенциала; это объясняется частичным перетоком

воды   из   песчаника   в   скважину   и   связанным   с   этим   ослаблением   эффекта

электрофильтрации.   В   неглубоко   залегающих   песчаных   породах,   содержащих

артезианскую   воду,   поступающую   в   скважину,   эффект   элекрофильтрации   может   стать

обратным.

Удельное   электрическое   сопротивление.  Породы   сильно   различаются   но   своей

электропроводности   и   удельному   электрическому   сопротивлению.   Эти   различия

обусловлены преимущественно насыщающими породы флюидами, такими, как вода, нефть

и газ, которые содержатся в пористых и проницаемых разностях. Сухие породы являются

диэлектриками. Флюидами, содержащимися в породах, являются: 1) адсорбированная или

связанная вода, которая заключена в мельчайших порах сланцев и глин и неспособна к

циркуляции из-за низкой проницаемости вмещающих пород; 2) пресная или соленая вода,