Исследование обсаженных и необсаженных скважин акустическим скважинным сканером.

Акустический скважинный сканер-аппаратно-программный комплекс, предназначенный для оперативного определения геометрических размеров и формы полостей скважины в реальном масштабе времени.

Приборы имеют вращающуюся головку с акустическими датчиками, что позволяет получить акустическое отражение от стенки скважины по всему внутреннему периметру. Измерение временных и амплитудных параметров отраженного сигнала позволяет судить о техническом состоянии обсадной колонны. Наличие внутренней памяти позволяет сохранять всю исходную информацию для последующей более детальной обработки зарегистрированной информации.

Область применения: промыслово-геофизические исследования вертикальных обсаженных и необсаженных нефтяных, скважин диаметром от 110 до 300 мм.

Назначение: Исследование скважин методом акустического имиджинга, определение пространственной ориентации и мощности пластов, определение технического состояния и целостности обсадной колонны.

Решаемые задачи:

В обсаженных скважинах:

- построение внутреннего сечения колонны,

- определение местоположения и количества перфорационных отверстий в - трубах обсадных колонн,

- обнаружение различного рода дефектов обсадных колонн,

- определение деформации колонны.

В необсаженных скважинах:

- литологическое расчленение разреза (по акустическому импедансу),

- выявление кавернозных, трещиновато - кавернозных зон, тонкослоистых пропластков и желобов,

- оценка кажущегося коэффициента пористости и глинистости пластов,

- оценка параметров залежей карбонатных отложений

Параметры регистрации

- Амплитуда отраженного сигнала

- Время прихода отраженного сигнала

- Скорость ультразвука в жидкости

- Естественное гамма излучения горных пород ГК (для привязки к геологическому разрезу скважины)

- Привязки информации к апсидальной плоскости и северному меридиану (азимут, визир, зенит, магнитный отклонитель)

- Количество точек регистрации по периметру за один оборот

Расчетные параметры:

1. Радиусы скважины по заданным секторам

2. Площадь поперечного сечения

3. Эксцентриситет эллипса

4. Направление падения пластов

Позволяет определять местоположение каверн, зон ухода промывочной жидкости и размеры поглощающих каналов

Рисунок 6. Каверна Рисунок 7. Поглощающие каналы.

 

Рисунок 8. Возможность построения 3D изображения стенки скважины.

Электрический каротаж

Удельное электрическое сопротивление (УЭС, Ом×м) основной параметр для определения насыщения пластов. Точность определения УЭС будет зависеть от достоверности восстановления истинных величин УЭС залежи.

Электрический каротаж - наиболее развитой и разветвленный вид каротажа. Его назначение - дифференциация разрезов скважин по электрическим свойствам и определение этих свойств.

Индукционный каротаж - один из методов электрического каротажа, основанный на измерении кажущейся удельной электропроводности горных пород при помощи индуцированных токов. В простейшем виде зонд ИК состоит из генераторной и измерительной катушек. Через генераторную катушку пропускают ток ультразвуковой частоты. Силу тока в катушке поддерживают постоянной. Возникшее в генераторной катушке первичное переменное магнитное поле индуцирует в породе вихревые токи, сила которых определяется электропроводностью породы. Вихревые токи создают вторичное переменное магнитное поле.
Электрический каротаж составляет основу комплекса геофизических исследований при изучении разрезов скважин, бурящихся на нефть и газ. Во всех скважинах, выходящих из бурения, по всему стволу выполняют стандартный электрический каротаж для литологического и стратиграфического расчленения и взаимной корреляции разрезов скважин. В интервалах, перспективных на нефть и газ, проводят детальные элек-

трические исследования, включающие боковое каротажное зондирование (БКЗ), боковой каротаж (БК), индукционный каротаж (ИК), высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ), микрокаротаж обычными зондами и боковой микрокаротаж (БМК).

Задачами этих исследований являются: расчленение разреза на пласты с разными электрическими свойствами; изучение распределения удельного сопротивления в промытой зоне, зоне проникновения и в неизмененной части пласта; выделение пластов-коллекторов; определение подсчетных параметров продуктивных пластов.

Для интерпретации результатов электрического и других видов каротажа необходимо иметь данные об удельном сопротивлении промывочной жидкости, заполняющей ствол скважины. Измерения удельного сопротивления жидкости по стволу скважины проводятся также при контроле технического состояния скважин и гидрогеологических исследованиях. Для определения удельного сопротивления ПЖ используются скважинные и поверхностные резистивиметры. Скважинные резистивиметры бывают контактные и индукционные. И тот и другой тип представляют собой каротажные зонды (КС и ИК) малых размеров, конструкции которых позволяют учитывать только вклад сигнала из скважины и исключить сигнал из пласта.

Рисунок 9. Прибор индукционного каротажа.

Радиоактивный каротаж.

Явление радиоактивности обладает большими возможностями для применения в геофизических исследованиях скважин. Природные радиоактивные изотопы тория, урана, радия и актиния превращаются в более устойчивые элементы. В процессе радиоактивного распада излучаются альфа-(α), бета-(β) и гамма-(γ) частицы. Альфа- и бета-частицы несут заряд и довольно быстро поглощаются окружающей средой. Гамма-излучение же проникает глубоко, поэтому оно используется для исследования скважин.

Естественное гамма-излучение вызывается главным образом радиоактивными изотопами урана, тория, калия и различными продуктами их распада. Радиоактивность измеряется при помощи медленно перемещаемого прибора, заключающего гамма-детектор, обычно это сцинтилляционный счетчик. Гамма-лучи, достигающие счетчика, вызывают в кристалле-сцинтилляторе слабую вспышку света, которая перехватывается фотоэлектронным умножителем, посылающим электрический ток в находящееся на поверхности регистрирующее устройство. Сила принимаемого электрического тока пропорциональна радиоактивности пород, пересекаемых скважиной. Поскольку гамма-излучение радиоактивных изотопов — случайное явление, точность отсчета возрастает, если прибор находится в данном положении длительное время.

Каротаж с использованием естественного гамма-излучения применяется для корреляции геологических разрезов скважин и их диалогической интерпретации. Особенно ценен этот вид каротажа для скважин, обсаженных трубами, так как металл незначительно влияет на излучение. Каких-либо универсальных правил интерпретации литологических данных гамма-каротажа не существует, однако опыт ограниченных районов позволяет создавать региональные критерии интерпретации этих данных. Повышенную гамма-активность имеют сланцы, обогащенные органическим веществом. Очень высокой гамма-активностью могут обладать риолитовые туфы и некоторые типы песчаников. Глинистые сланцы, сланцевые известняки и сланцевые песчаники имеют умеренную гамма-активность. Низкая гамма-активность обычно свойственна песчаникам, известнякам и доломитам. Каменная соль и уголь слабоактивны.

Гамма-каротаж используется также для контроля глубины скважин при их сооружении. С этой целью обсадные трубы оборудуются датчиками радиоизлучений, которые служат глубинными реперами. При цементации затрубного пространства в цементную массу добавляют соответствующее радиоактивное вещество; производя затем гамма-каротаж скважины, определяют высоту, на которую оказался поднят цемент в затрубном пространстве.

Гамма-гамма каротаж.

В скважину опускается источник гамма-излучения, гамма-кванты попадают в горную породу под определенным направлением, претерпевают следующие основные взаимодействия: 1 – неупругое рассеяние, 2 – фотоэлектрическое поглощение, 3 – эффект образования пар (эл.позитрон). Мы получаем важный параметр – объем порового пространства. Эти методы можно применять не только в открытом стволе, но и в обсаженном. При этом используются гамма-гамма-цементомеры, которые основаны на том, что в обсаженной скважине регистрируется рассеивание гамма излучения и с горных пород и с цементного камня, регистрируем селективно в различных направлениях(у нас называет сканерами, у американцев имиджеры, которые позволяют вскрывать затрубное пространство по развертке). Методом ГГК осуществляется изучение равномерности заполнениязатрубного пространства цементным камнем и определение его плотности. При этом используется различие в плотности разных составляющих сред, заполняющих ствол скважины (обсадная колонна, цемент, жидкость, газ, элементы технического оборудования). Плотность стальной колонны составляет 7,8 г/см³, промывочной жидкости 1,0-1,3 г/см³, портланд-цемента 1,8-1,91 г/см³, облегченного цемента (смесь портланд-цемента и бентонитовой глины) 1,4-1,6 г/см³.

Данный метод позволяет выделять интервалы, где цементный камень отсутствует или не полностью заполняет затрубное пространство. Он позволяет определить и эксцентриситет колонны. Метод рассеянного гамма-гамма-излучения является индикатором любого вещества в затрубном пространстве, т.е. нечувствителен к тому, в какой фазе (жидкой или твердой) находится цемент. Так как показания метода ГГК отражают плотностную характеристику довольно большого объема среды, находящейся за колонной, по диаграммам не могут быть отмечены трещины и каналы малых размеров. ГГК имеет ограничения при контроле качества цементирования многоколонной системы обсадки. Наличие второй колонны экранирует показания так, что нельзя оценивать наличие цемента за первой колонной. Для надежного определения качества цементирования необходимо чтобы различие плотностей цемента и промывочной жидкости было не менее 0,3 г/см³, разница диаметров скважины и обсадной колонны не менее 30 мм.

Рисунок 10. Схема прибора СГДТ-2: 1 – источник, 2 – шток для установки источника; 3 –детекторы зонда плотномера; 4 – детектор толщиномера; 5 –ФЭУ; 6 – детектор канала ГК; 7 – ФЭУ; 8 – центраторы. Естественный нейтронный поток имеет очень малую плотность, поэтому для каротажа скважин могут быть использованы искусственно продуцированные нейтроны, что не требует введения поправок на естественный радиоактивный фон. Наиболее удобными источниками искусственного нейтронного излучения служат бериллий и такие активные альфа-излучатели, как плутоний, полоний и радий. Испускание нейтронов происходит в результате поглощения бериллием альфа-частиц. Вылетая из источника, нейтроны обладают большой скоростью, которая благодаря воздействию окружающей среды постепенно замедляется до скорости, когда нейтроны становятся тепловыми, после чего они поглощаются. Особенно сильно движение нейтронов замедляется под воздействием ядер атома водорода, входящего в состав молекул воды, минералов и углеводородов. В природных средах, окружающих скважину, нейтроны поглощаются ядрами калия, железа, хлора и других элементов. Процесс захвата нейтронов ядрами атомов сопровождается образованием гамма-излучения. Нейтронный каротаж основан на измерении искусственно вызванного гамма-излучения либо на регистрации медленных нейтронов. Счетчик экранируется от источника излучения, поэтому большая часть нейтронов или гамма-лучей, поступающая в счетчик, проходит через изучаемую среду. Если среда состоит преимущественно из водорода, вызывающего замедление и захват нейтронов около источника, счетчик зарегистрирует низкий уровень активности. При небольшом содержании природного водорода в окружающей среде нейтроны проникнут к счетчику, который зарегистрирует высокий уровень активности. Поскольку природный водород заключен главным образом в воде, активность, отражаемая на каротажной диаграмме, будет обратно пропорциональна водосодержанию природной среды, окружающей скважину. Если окружающие породы полностью насыщены водой, можно считать, что регистрируемая активность обратно пропорциональна пористости пород.

Нейтронный каротаж широко используется для измерения колебаний влажности в ненасыщенной зоне, расположенной выше уровня грунтовых вод. Для работы на небольших глубинах разработана легкая портативная аппаратура. Основные преимущества данного метода — относительная быстрота и точность, а также возможность измерений без нарушения структуры исследуемого грунта, за исключением небольшой зоны, в которой бурится отверстие малого диаметра для установки прибора.

Как и при других типах каротажа, нейтронный каротаж успешно используется для корреляции и литологической интерпретации геологических разрезов скважин. По сравнению с другими типами каротажа нейтронный каротаж и гамма-каротаж являются более гибкими методами. Они осуществимы в скважинах, обсаженных трубами, и в скважинах, пробуренных с помощью таких флюидов, как воздух и нефть, т. е. в условиях, когда применение обычного каротажа затруднено.

При нейтронном каротаже необходимо учитывать поправку на диаметр скважины, а в случае если она обсажена,— на конструкцию обсадной колонны. С этой целью рекомендуется выполнять непрерывный каротаж диаметра ствола скважины или, как его часто называют, кавернометрию. Некоторые породы, например бентонитовые сланцы, обладают повышенной способностью к образованию каверн в процессе бурения. При этом размер каверн может быть вдвое больше диаметра долота, которым производится бурение.