Геофизические исследования скважин: методы ГИС, задачи и интерпретация данных

Геофизические исследования скважин, или ГИС, – это комплекс методов измерения физических полей и свойств горных пород, пластовых флюидов и элементов скважинной конструкции в стволе скважины и около него.

Простыми словами, ГИС помогают «прочитать» разрез без сплошного отбора керна по всей глубине. Приборы фиксируют электрические, радиоактивные, акустические, магнитные, температурные и другие параметры. Затем эти данные сопоставляют с геологией и получают представление о литологии, пористости, насыщенности, проницаемости, положении пластов и техническом состоянии скважины.

Каротаж – запись изменения измеряемого параметра по глубине или времени. Например, гамма-каротаж показывает естественную радиоактивность пород, а электрический каротаж — их сопротивление.

Каротажная диаграмма – графическое представление результатов измерений. Обычно по вертикали откладывают глубину, по горизонтали – значение параметра.

Открытый ствол – участок скважины до спуска обсадной колонны. В нём многие методы дают наиболее прямую информацию о породе.

Обсаженный ствол – участок, перекрытый обсадной колонной и цементом. Здесь часть методов ограничена, зато можно изучать техническое состояние скважины и контролировать разработку.

ГИС применяют в поисковых, разведочных, эксплуатационных, нагнетательных и наблюдательных скважинах. На ранних стадиях они помогают оценить перспективность пласта. На стадии добычи – понять, как работает уже построенная скважина.

Зачем нужны ГИС

Главная задача ГИС – снизить неопределенность. Под землёй нельзя увидеть пласт напрямую, как деталь на столе. Поэтому промысловые решения приходится принимать по косвенным признакам: физическим свойствам, форме кривых, сопоставлению методов и проверке гипотез.

С помощью ГИС определяют:

• границы пластов и литологию пород;
• наличие коллекторов;
• пористость и глинистость;
• характер насыщения нефтью, газом или водой;
• положение водонефтяного и газонефтяного контактов;
• качество цементирования;
• техническое состояние обсадной колонны;
• интервалы притока и поглощения;
• профиль приемистости нагнетательных скважин;
• причины обводнения, перетоков и потери продуктивности.

Например, скважина показывает рост воды в продукции. Причин может быть несколько: подошвенная вода подошла к перфорации, вода поступает по заколонному каналу, работает нежелательный интервал, нарушена герметичность колонны. Без ГИС такие варианты выглядят одинаково в отчёте: «обводнение выросло». Исследования помогают найти механизм, а значит – выбрать правильное решение.

Основные группы методов ГИС

Методы ГИС различаются по физическому принципу. Одни лучше выделяют глины, другие – оценивают насыщение, третьи – показывают пористость, четвертые – диагностируют техническое состояние скважины.

Сила ГИС – в комплексе. Гамма-каротаж может показать глинистый интервал. Электрическое сопротивление помогает оценить насыщение. Нейтронный и плотностной каротаж дают представление о пористости. Акустика уточняет свойства породы. Если все методы указывают на один вывод, доверие к интерпретации выше.

Электрические методы

Электрические методы основаны на различии проводимости пород и флюидов. Вода с растворенными солями обычно проводит ток лучше, чем нефть или газ. Плотные непроницаемые породы отличаются от коллекторов по характеру сопротивления.

Каротаж сопротивления

Каротаж сопротивления помогает оценить, чем насыщен пласт. Высокое сопротивление в коллекторе часто указывает на присутствие углеводородов, поскольку нефть и газ проводят ток хуже минерализованной воды. Низкое сопротивление может говорить о водонасыщении, глинистости или сложном минеральном составе.

Нельзя трактовать сопротивление изолированно. Глинистый нефтенасыщенный пласт способен давать пониженное сопротивление, а пресноводный водоносный пласт – повышенное. Поэтому сопротивление сопоставляют с гамма-каротажем, пористостью, данными керна и составом пластовых вод.

Метод самопроизвольной поляризации

Метод самопроизвольной поляризации фиксирует естественные электрические потенциалы, возникающие в скважине из-за различий между буровым раствором и пластовой водой. Он помогает выделять проницаемые пласты и уточнять границы коллекторов.

Метод чувствителен к условиям бурения и минерализации раствора. В обсаженном стволе он обычно неприменим, поскольку металлическая колонна экранирует измерения.

Радиоактивные методы

Радиоактивные методы широко применяются как в открытом, так и в обсаженном стволе. Их преимущество в том, что часть измерений можно выполнять через колонну.

Гамма-каротаж

Гамма-каротаж регистрирует естественную радиоактивность пород. Глинистые породы обычно содержат больше радиоактивных элементов, поэтому дают повышенные показания. Чистые песчаники, карбонаты и некоторые коллекторы часто имеют более низкую радиоактивность.

Этот метод удобен для корреляции разрезов между скважинами. По характерным пикам и понижениям можно сопоставлять пласты на разных участках месторождения.

Нейтронный и плотностной каротаж

Нейтронный каротаж связан с содержанием водорода в породе и флюиде, поэтому используется для оценки пористости. Плотностной каротаж помогает определить объёмную плотность породы и также применяется при расчете пористости.

Комбинация нейтронного и плотностного методов полезна при выявлении газа. Газ влияет на показания иначе, чем жидкость, поэтому расхождение кривых может стать важным диагностическим признаком. Правда, окончательный вывод требует проверки другими данными, потому что минералогия и условия ствола тоже влияют на результат.

Акустические методы

Акустический каротаж измеряет время прохождения упругих волн через породу. Скорость волн зависит от плотности, упругости, пористости, трещиноватости и насыщения.

В открытом стволе акустические данные используют для оценки пористости, механических свойств пород, трещиноватости и устойчивости ствола. В обсаженной скважине акустические методы помогают оценить качество цементирования: насколько хорошо цементный камень связан с колонной и породой.

Плохой цементный контакт может стать причиной заколонных перетоков. Для добывающей скважины это риск поступления воды или газа из нежелательного интервала. Для нагнетательной – риск ухода закачиваемой жидкости не туда, куда планировалось.

Кавернометрия и инклинометрия

Кавернометрия измеряет фактический диаметр ствола. Это важный параметр при подготовке к цементированию, интерпретации каротажа и оценке устойчивости пород.

Если ствол расширен кавернами, цементирование становится менее предсказуемым. В таких местах может оставаться буровой раствор, ухудшается замещение цементом и растёт риск каналов. Кроме того, многие каротажные приборы чувствительны к зазору между стенкой ствола и датчиком.

Инклинометрия определяет угол и азимут ствола. Эти данные нужны для контроля траектории, построения фактического профиля скважины, привязки интервалов к геологической модели и безопасного проведения последующих работ.

Производственные ГИС

После ввода скважины в эксплуатацию задачи меняются. Теперь нужно понять не только, где находится пласт, но и как он работает.

Профиль притока

Профиль притока показывает, какие интервалы дают нефть, воду или газ. Для его определения применяют расходометрию, термометрию, барометрию и другие методы.

Ситуация из практики: скважина вскрыла несколько пропластков, но основной приток воды идёт из одного нижнего интервала. Без профиля притока можно ограничить всю скважину и потерять добычу нефти. С ГИС появляется возможность изолировать конкретный источник воды.

Профиль приемистости

В нагнетательной скважине исследуют распределение закачки по интервалам. Если вода принимает только один высокопроницаемый прослой, охват пласта ухудшается. Часть залежи остаётся без воздействия, а соседние добывающие скважины могут быстро обводниться.

Профиль приемистости помогает регулировать закачку, выбирать интервалы изоляции и оценивать эффективность системы поддержания пластового давления.

ГИС в открытом и обсаженном стволе

Выбор методов зависит от состояния скважины. До спуска колонны доступ к породе прямой, поэтому можно получить более полную информацию о разрезе. После крепления часть методов становится недоступной, зато появляются задачи контроля конструкции и разработки.

Открытый ствол дает максимум информации о породе, но время ограничено: скважина должна оставаться устойчивой. Обсаженный ствол безопаснее для длительной эксплуатации, однако интерпретация становится сложнее из-за влияния металла, цемента и эксплуатационных условий.

Как выполняют исследования

Классический вариант – спуск приборов на геофизическом кабеле. Кабель передает питание, команды и данные на поверхность. Прибор движется по стволу, а измерения записываются с привязкой к глубине.

В наклонных и горизонтальных скважинах применяют доставку приборов на трубах, тракторы, гибкие трубы или специальные компоновки. При бурении используют технологии LWD и MWD, когда измерения выполняются непосредственно в процессе проходки. Это особенно важно для геонавигации горизонтальных стволов, где нужно удерживать траекторию в продуктивном интервале.

Перед работами проверяют проходимость ствола, состояние раствора, давление, температуру, диаметр скважины и допустимость спуска прибора. После записи данные проходят контроль качества: глубинную привязку, проверку повторяемости, оценку влияния ствола и сопоставление с другими измерениями.

Интерпретация данных ГИС

Интерпретация – это превращение кривых в геологические и технологические выводы. Она включает выделение пластов, определение их границ, оценку пористости, глинистости, насыщения и качества коллектора.

Работа обычно идет по этапам. Сначала кривые проверяют на качество. Затем проводят глубинную увязку с керном, шламом, результатами испытаний и данными соседних скважин. После этого рассчитывают петрофизические параметры и формируют заключение.

Ошибки чаще возникают не из-за плохого прибора, а из-за неверной модели. Например, карбонатный трещиноватый коллектор нельзя интерпретировать так же, как чистый песчаник. Глинистость, минерализация воды, каверны, проникновение бурового раствора и газовый эффект могут существенно менять вид кривых.

Поэтому хорошая интерпретация всегда комплексная. Она отвечает не только на вопрос «что показывает метод», но и на вопрос «какие условия могли исказить показания».

Где применяются результаты ГИС

Данные ГИС используют на протяжении всего жизненного цикла скважины.

При поиске и разведке они помогают подтвердить наличие коллекторов и оценить насыщение. При подсчете запасов – уточнить эффективную толщину, пористость и коэффициенты насыщения. При строительстве – выбрать интервалы перфорации и оценить качество цементирования. При эксплуатации – найти источник воды, определить работающие интервалы и обосновать капитальный ремонт.

Для разработки месторождения ГИС особенно важны в связке с гидродинамическими исследованиями. Геофизика показывает строение и работу интервалов, гидродинамика – поведение давления и фильтрационные свойства системы. Вместе они дают более надежную картину, чем каждый метод по отдельности.

Ограничения и риски

ГИС дают ценные данные, но не являются абсолютной истиной. На результат влияют диаметр ствола, тип бурового раствора, температура, давление, скорость записи, состояние прибора, обсадная колонна, цемент, минерализация вод и неоднородность пород.

Есть и организационные риски. Слишком короткий комплекс исследований экономит время сегодня, но может привести к ошибке в выборе интервала перфорации. Слабый контроль качества данных усложняет подсчёт запасов. Неполная документация мешает сравнивать скважины между собой.

ГИС особенно опасно использовать по принципу «одна кривая – один вывод». Повышенное сопротивление не всегда означает нефть. Низкая гамма-активность не всегда означает хороший коллектор. Расхождение нейтронного и плотностного каротажа не всегда однозначно доказывает газ. Геофизика любит комплексность и не прощает поспешных трактовок.

Популярные статьи в категории:

01.12.2020

103698

Экологические проблемы нефтяной промышленности

10.10.2020

47382

Как работают зарубежные нефтяники?

17.07.2020

7292

Как стать геологоразведчиком?