ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 12

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 12

 

 

свободно циркулирующая в проницаемых породах (плотные породы, такие, как граниты,

кварциты,   гнейсы,   мрамор,   гипс,   ангидрит,   каменная   соль   и   уголь,   имеют   столь

незначительную пористость и соответственно влагонасыщенность, что относятся к очень

плохим   проводникам   электричества,   обладающим   высоким   удельным   электрическим

сопротивлением); 3) нефть и газ, занимающие ту или иную часть порового пространства

породы.

Вода, содержащая одну или несколько растворимых солей, является электролитом и

может проводить электричество.  Нефть  и газ не  относятся  к диэлектрикам  и обладают

высоким удельным сопротивлением. Удельное сопротивление пород, как установлено при

проведении каротажа скважин, зависит от степени их насыщения газом, нефтью и водой,

концентрации солей в воде и физических свойств самих пород, особенно их пористости

(см. также стр. 154-155, где рассматривается пластовый коэффициент). В прежние годы

при   электрокаротаже   скважин   отдельные   диаграммы   удельного   сопротивления

составлялись   одновременно   для   нескольких   вариантов   разноса   электродов   в   зондах.

Комплект зондов включал малый потенциал-зонд с разносом электродов от 20 дюймов до 7

футов  и градиент-зонд с разносом электродов от 15 до 20  футов. Увеличение разноса

электродов   способствовало   более   глубокому   проникновению   электрического   тока   в

окружающие породы - на расстояние, куда уже не проникал фильтрат бурового раствора. В

последнее время стал применяться индукционный каротаж (см. ниже), который вытеснил

из употребления электрокаротажные измерения с помощью большого потенциал-зонда и

градиент-зонда.   Современный   комплекс   стандартного   электрокаротажа   является   по

существу   «индукционно-электрическим»   и   состоит   из   диаграмм:   1)   удельной

проводимости, а соответственно и удельного сопротивления, определенных индукционным

способом; 2) удельного сопротивления, измеренного малым потенциал-зондом (с разносом

электродов в 16  дюймов) и 3) электрического потенциала, или естественной поляризации

(ПС).

Индукционный   каротаж.   При   индукционном   каротаже   измерение   удельного

сопротивления   (или   удельной   проводимости),   вскрываемых   скважиной   пластов

производится   посредством   пропускания   сквозь   них   индукционного   тока,   который

возбуждается в катушках, помещенных в зонде; при этом избегается контакт с буровым

раствором. Генерируемые таким способом переменные магнитные поля создают вторичное

магнитное   поле   в   приемной   катушке,   также   заключенной   в   зонде.   Если   силу   тока   в

индукционных катушках поддерживать на постоянном уровне, то колебания магнитного

поля в приемной катушке будут пропорциональны изменениям проводимости пластов [64].

Индукционный   каротаж   может   быть   проведен   в   любой   необсаженной   скважине   вне

зависимости от типа заполняющей ее жидкости. Этот вид каротажа сначала использовался

лишь для измерения проводимости пород при бурении скважин с помощью промывочных

растворов   на   нефтяной   основе,   когда   обычные   способы   определения   удельного

сопротивления   оказывались   непригодными.   С   течением   времени   было   доказано   общее

превосходство   этого   метода   над   традиционными   методами   измерения   удельного

сопротивления   с   помощью   глубоко   проникающих   токов   и   в   скважинах,   бурящихся   на

водном растворе. Индукционный каротаж характеризуется большим по сравнению с этими

методами радиусом действия и благодаря своей повышенной фокусирующей способности

обеспечивает   более   точное   определение   удельного   сопротивления   пород,   слагающих

тонкие прослои.

Микрокаротаж.  Когда   проходимые   скважиной   породы   обладают   значительно

более   высоким,   чем   буровой   раствор,   удельным   сопротивлением   (как,   например,

известняки),   токи   ПС   замыкаются   в   глинистой   корке,   покрывающей   стенки   скважины,

вследствие чего нельзя уловить детали изменения проницаемости вскрываемых пластов. В

таких случаях применяется микрокаротаж [65], представляющий собой каротаж по методу

сопротивления с разносом электродов в зонде всего на 1-2 дюйма. Электроды помещены в

изолированный футляр, который прижимается во время измерений к стенкам скважины.

Благодаря небольшому разносу электродов ток проникает в породы лишь на небольшое

расстояние от стенок скважины.

Микросопротивление достигает высоких значений против непроницаемых пластов,

так как удельное сопротивление их примерно в 50 раз выше, чем у глинистого раствора, а

покрывающая   стенки   скважины   глинистая   корка   здесь   тонка;   низкие   значения

микросопротивления   соответствуют   проницаемым   пластам,   поскольку   буровой   раствор,

проникая   в   этих   случаях   на   различную   глубину   в   окружающие   породы,   формирует

довольно   мощную   глинистую   корку   (фиг.   3-13).   Обычно   применяются   два   варианта

разноса электродов. При исследовании пористых и проницаемых зон величина удельного

сопротивления, определенная большим зондом с разносом электродов, как правило, выше

измеренной при помощи малого зонда. Эти различия обусловлены несовпадением глубин

проникновения   в   породы   токов,   генерируемых   разными   зондами.   При   малом   разносе

электродов   по   существу   измеряется   удельное   сопротивление   бурового   раствора;   при

большем разносе измеряется главным образом сопротивление самих пород и насыщающих

их   флюидов.   Против   проницаемых   зон   большой   зонд   фиксирует   заполнение   пород

фильтратом   бурового   раствора,   характеризующимся   высоким   сопротивлением;   против

слабопроницаемых слоев тот же зонд дает обычно меньшие показания, что объясняется

насыщением этих отложенией пластовыми водами, отличающимися высоким содержанием

ионов и низким удельным сопротивлением.

Боковой   каротаж.   Когда   буровой   раствор   сильно   минерализуется,   его   высокая

электропроводность мешает изучению изменений проводимости исследуемых отложений.

При   использовании   в   подобных   случаях   метода,   известного   под   названием   бокового

каротажа   [66],   буровой   раствор   предварительно   сильно   электризуется,   что   позволяет

фокусировать ток в боковом направлении и обеспечить, таким образом, его проникновение

в окружающие породы (фиг. 3-14).

Боковой   микрокаротаж   объединяет   в   себе   фокусирующие   свойства   бокового

каротажа и малый разнос между электродами в зонде, свойственный микрокаротажу. В

определенных   условиях   этот   метод   дает   более   детальные   сведения   о   коллекторе,   чем

любой другой вид электрокаротажа.

Фиг.   3-13.   Типовая   микрокаротажная   диаграмма,   сопоставленная   с   кривыми

сопротивления   и   отражающая   различия   между   проницаемыми   (интервалы   с   косой
штриховкой) и непроницаемыми (незаштрихованные интервалы) породами (Doll, Trans.
Am. Inst. Min. Met. Engrs., 189, p. 159, Fig. 9, 1950) 

Фиг.   3-14.   Диаграммы   гамма-каротажа,   бокового   каротажа   и   микрокаротажа,

соответствующие одному и тому же интервалу разреза (Ford, Tulsa Geol. Soc. Digest, p.
98, 1952).

а  -  глина;  б  -  послепермский   известняк;  в  -  пермский   известняк,   возможно

нефтеносный;  г  -  пермский   известняк,   водоносный;  д  -  допермский   известняк;  е  -
глинистый известняк; ж - допермский известняк; з - глина.

Радиоактивный каротаж. Этот вид геофизических исследований скважин связан с

двумя   основными   методами,   один   из  которых,   известный   как   гамма-каротаж,   измеряет

природную   радиоактивность   пород,   а   другой,   называемый   нейтронным   каротажем,

измеряет   эффект   бомбардировки   пород   нейтронами,   испускаемыми   искусственным

источником [67]. Изучение скважин обоими этими методами производится одновременно,

но иногда гамма-каротаж сочетается с проведением электрокаротажа по методу удельного

сопротивления. Зонд с помещенным внутри него измерительным прибором спускается в

скважину   на   конце   электрического   кабеля,   прикрепленного   на   поверхности   к   барабану

лебедки, который движется синхронно с барабаном самописца. Радиоактивность пластов

измеряется   по   изменению   под   воздействием   гамма-лучей,   испускаемых   породами,

электропроводности газа в ионизационной камере зонда по мере спускания последнего по

стволу скважины. Как видно на фиг. 3-15, одни породы излучают гамма-лучи интенсивнее

других: эти различия и служат основой метода гамма-каротажа (фиг. 3-16, см. также фиг. 3-

14). Его применяют главным образом для корреляции пластов, особенно в обсаженных

трубами скважинах.

Фиг. 3-15. Относительная радиоактивность различных осадочных пород, с которыми

могут быть связаны залежи нефти и газа (Russell,  Bull.  Am.  Assoc.  Petrol.  Geol., 25,  p. 1775,
1941).

Радиоактивность возрастает слева направо и выражена в единицах, соответствующих

содержанию в 1 г породы 10

-12

 г эквивалента радия.

Фиг. 3-16. Типовые характеристики различных пород на диаграммах гамма-каротажа н

нейтронного каротажа (Russell, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol.. 36. p. 327, Fig. 3, 1952).

Нейтронный каротаж производится с помощью вводимой в зонд капсулы с радиево-

бериллиевой   смесью,   которая   служит   источником   нейтронов.   Ионизационная   камера

подвергается воздействию гамма-лучей, вызванных бомбардировкой пород нейтронами, гамма-

радиации, которая возникает в самом источнике нейтронов, и естественному гамма-излучению

пород   (хотя   последний   эффект   весьма   незначителен   по   сравнению   с   первыми   двумя

излучениями).

Водород   оказывает   наибольшее   влияние   на   результаты   нейтронного   каротажа,   чем

любые другие элементы, и это влияние прямо пропорционально количеству атомов водорода в

единице объема. Поскольку водород входит в состав воды, нефти и газа, то главной целью

нейтронного каротажа является обнаружение пористых зон. Интерпретация данных

Фиг. 3-17. Интервал разреза скважины, составленного но данным исследований в про-

цессе ее бурения. 1 

-

 нефть, 2 

-

 общее содержание газов, 3 

-

 метан.

нейтронного каротажа при этом основывается на допущении, что все поровое пространство

отложений заполнено одним или несколькими водородсодержащимп флюидами. Определения

более точны в известняках и доломитах, чем в песчаных п глинистых породах, и это, вероятно,

обусловлено   тем,   что   кластические   породы,   кроме   водорода,   содержат   и   другие   элементы,

которые   могут   влиять   на   характер   показаний   нейтронного   каротажа   [68].   Интерпретируя

диаграмму нейтронного каротажа в комплексе с другими имеющимися, по данному участку

работ   геолого-геофизическими   материалами,   можно   достаточно   надежно   определить

пористость карбонатных пород [69].

Механический   каротаж.   Этот   стандартный   способ   исследования,   применяемый   на

большинстве   скважин   вращательного   бурения,   заключается   в   измерении   времени,

необходимого   для   увеличения   глубины   на   единицу,   например   времени   в   минутах   на

прохождение 1, 5 или 10 футов, или в определении глубины, пройденной за единицу времени,

например количество  футов  в час  [70]. Зафиксированные на каротажной ленте изменения в

скорости   проходки   интерпретируются   как   изменения   литологии   вскрываемых   скважиной

отложений. Геолог, наблюдающий за бурением, еще до просмотра образцов керна может точно

определить   глубины,   к   которым   приурочены   литологические   переходы,   что   помогает

контролировать правильность литологических и электрокаротажных разрезов . 3-17).

Газовый   каротаж.   Этот   вид   каротажа   проводится   в   процессе   бурения   скважин,

особенно 

-

 поисковых и разведочных. Его главная цель 

-

 обнаружение мельчайших количеств

газа и нефти, выносимых буровым раствором из ствола скважины на поверхность. Анализу на

газ и нефть подвергается также и шлам [71]. Метод исследования заключается в отводе части

струи   бурового   раствора   и   некоторого   количества   шлама   в   трап,   где   они   смешиваются   с

воздухом,   и   из   раствора   выделяется   газ.   Образующаяся   газовоздушная   смесь   пропускается

через термогазоанализатор, в котором определяется процентное содержание горючих газов в

смеси. Количество метана и общее содержание в смеси углеводородных газов определяются по

температуре их воспламенения. Более совершенны метод фракционной возгонки, который дает

возможность получать раздельные количества углеводородных газов, и хроматографический

метод, позволяющий анализировать отдельные углеводороды. При изучении бурового раствора

под ультрафиолетовыми лучами можно обнаруживать самые слабые нефтепроявления, причем

интенсивность   свечения   служит   показателем   относительных   количеств   нефти  

1

.

Газокаротажные   исследования   проводятся   обычно   непосредственно   на   скважине   в

передвижной   лаборатории,   смонтированной   на   грузовой   автомашине.   Часть   типичного

газокаротажного разреза скважины показана на фиг. 3-17.

Кавернометрия. Кавернометрический разрез представляет собой непрерывную запись

изменений диаметра ствола скважин. Для этого по стволу спускают каверномер, устройство,

состоящее   из   четырех   пружинных   рычагов,   соприкасающихся   со   стенками   скважины   и

соединенных   с   резиновой   камерой,   которая   заполнена   нефтью.   Последняя   в   свою   очередь

соединена с реостатом, регистрирующим изменения электрического сопротивления в камере.

Изменение   давления   на   рычаги   каверномера,   связанное   с   увеличением   или   уменьшением

диаметра ствола, передается на камеру, а соответствующие колебания напряжения на реостате

замеряются и фиксируются в виде кавернограммы [72]. Эти диаграммы используются главным

образом при расчете количества цемента, необходимого для заполнения кольцевого затрубного

пространства, при выборе места постановки пакера и для точного определения диаметра ствола

на   разных   глубинах   при   количественной   интерпретации   данных   различных   видов

электрического  и радиоактивного каротажа. Кавернометрические  разрезы могут быть также

использованы для выявления пористых зон и иногда оказывают помощь в распознавании и

корреляции разрезов различных литологических типов.

Термический   каротаж.  Этот   вид   каротажа   проводится   с   помощью   опускаемого   в

скважину   температурного   электрода,   состоящего   из   платиновой   проволоки   полуметровой

длины,   которая   быстро   воспринимает   температуру   заполняющих   скважину   флюидов.

Колебания   температуры   влекут   за   собой   изменения   сопротивления   проволоки;   последние

обнаруживаются с помощью вмонтированной в электрод мостовой схемы и регистрируются на

поверхности земли [73]. Температурный электрод отражает температуру бурового раствора.

Если измерения производить вскоре после остановки скважины, температура раствора по всему

стволу   от   устья   до   забоя   будет   иметь   лишь   незначительные   различия.   Большая   часть

температурных   аномалий   проявляется   спустя   24-36   часов   после   прекращения   циркуляции

промывочной жидкости, причем ее охлаждение или разогревание зависит от теплопроводности

вскрываемых   пород   и   диаметра   ствола   скважины.   Термокаротаж   используется

преимущественно   для   определения   высоты   столба   цемента   в   стволе   по   измерению   тепла,

выделяемого цементом в процессе его схватывания. Он применяется также для установления

места поступления в скважину газа, поскольку последний при выходе из пласта расширяется и

охлаждается.   Кроме   того,   с   помощью   термокаротажа   можно   обнаружить   проникновение   в

скважину   через   обсадные   трубы   пластовой   воды   и   определить   положение   зон   потери

циркуляции глинистого раствора.

Акустический   каротаж   [74].   При   акустическом   каротаже   производят   непрерывную

запись по разрезу времени, необходимого для того, чтобы звуковая волна пересекла вскрытую

скважиной   толщу   пород   определенной   мощности.   Таким   образом,   измеряется   величина,

обратная   скорости   прохождения   звука   в   различных   осадках.   Скорости   звука   изменяются

примерно от 5000  фут/сек  в глинах до 25 000  фут/сек  в плотных доломитах. Эти значения

соответствуют 200  мксек  при прохождении 1 фута в глинистом разрезе и 40  мксек/фут  -  в

доломитовом.   Этот   вид   каротажа   применяется   для   определения   пористости,   выявления

насыщенных   углеводородами   зон,   проведения   литологических   и   стратиграфических

сопоставлений,   для   определения   зон   трещиноватости   и   для   получения   более   надежных

определений времени пробега сейсмических волн при интерпретации сейсмических данных.

Ядерно-магнитный   каротаж  [75].   Этот   вид   каротажа   позволяет   производить   непо-

средственные  измерения  содержания  водорода  в жидкой фазе,  содержащейся  в пройденной

скважиной  толще.   Поэтому  данные   ядерно-магнитного  каротажа   указывают   на   присутствие

или  отсутствие   жидкостей   в   пористых  и  проницаемых  частях  разреза   и  дают  возможность

определять содержание в породах воды и углеводородов. Ядерно-магнитный каротаж является

единственным   методом   исследований   скважин,   относящимся   исключительно   к   пластовым

флюидам.

Измерение элементов залегания пород. Элементы залегания пород в скважине могут

быть измерены с помощью опускаемых в ствол трех микрокаротажных зондов, развернутых 

1

Как   установлено,   интенсивность   люминесценции   зависит   от   многих   факторов:

количества   вещества,   его   состава   (присутствия   люминофоров),   текстуры   залегания   и   т.д.  -
Прим. ред.

один относительно другого на 120°. Различия во времени прохождения каждым из микрозондов

одной и той же границы какого-либо пласта регистрируются на поверхности; так определяется

угол падения пласта. Одновременно определяется ориентировка измерительной установки и ее

отклонение от вертикали. В результате можно зафиксировать на графике точный угол падения

пласта   в   его   истинном   положении.   Измерения   падения   пластов   производятся   совместно   с

другими   видами   каротажа,   такими,   как   боковой   микрокаротаж,   измерение   естественного

потенциала   и   каротаж   по   методу   удельного   сопротивления   с   помощью   малого   потенциал-

зонда.

Породы-коллекторы морского и неморского происхождения

Осадочные   породы-коллекторы   могут   быть   подразделены   на   образования

морского и неморского, или континентального, происхождения. Однако между этими

классами   наблюдается   большое   количество   переходных   и   смешанных   разностей.

Считают, что основная масса углеводородов содержится в породах, накапливавшихся в

морских условиях. Это мнение оказало серьезное влияние на бытующие ныне гипотезы

происхождения  нефти   и  газа.  Тем  не  менее   крупные  месторождения  углеводородов

обнаружены   и   в   породах,   имеющих,   без   сомнения,   неморское   происхождение,   а   в

будущем,  вероятно, их будет открыто гораздо больше.  Возможно, одной из причин

небольшого числа открытых в этих породах месторождений является отрицательное

отношение   многих   геологов-нефтяников   к   континентальным   отложениям   как

источникам углеводородов, вследствие чего основное внимание всегда обращается на

поиски нефти и газа в морских осадочных толщах¹.

Иногда трудно определить, какое происхождение имеют те или иные осадки -

морское   или   континентальное.   Правда,   при   исследовании   пород,   выходящих   на

дневную   поверхность,   когда   в   обнажениях   можно   проследить   такие

седиментологические  особенности  отложений,  как слоистость,  косая  слоистость  или

латеральные изменения, их генезис установить гораздо проще, чем в тех случаях, когда

имеешь дело с погребенными породами, так как при этом вся информация ограничена

данными   изучения   керна   и   шлама,   извлекаемых   из   буровых   скважин.   Некоторые

породы,   кроме   того,   могут   иметь   смешанное   происхождение,   например,   когда

обломочные   частицы,   ранее   входившие   в   состав   эоловых   песков   или   отложений

речных   террас,   могли   затем   захорониться   в   морских   условиях.   Генезис   пород-

коллекторов обычно распознается по следующим критериям [76]:

1.

Содержание окаменелостей морского или неморского происхождения.

2.

Наличие   хорошо   развитых   идиоморфных   кристаллов   полевых   шпатов

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13   ..