Geofysisk forskning: typer, metoder och teknologier

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Geofysisk forskning används för att studera bergarter i nära borrhål och utrymmen mellan brunnar. De utförs genom att mäta och tolka naturliga eller artificiella fysiska indikatorer av olika slag. För närvarande finns det mer än 50 geofysiska metoder.

Allmänna egenskaper

Geofysisk forskning (GIS, produktionsgeofysik eller loggning) är en uppsättning tillämpade geofysiska metoder som används för att studera geologiska profiler, få information om brunnars tekniska tillstånd och identifiera mineraler i undergrunden.

GIS är baserat på olika fysiska egenskaper hos bergarter:

• elektrisk;
• radioactive;
• magnetic;
• thermal och andra.

Geofysiska produktionsundersökningar av brunnar är den huvudsakliga typen av geologisk dokumentation av brunnar. Syftet med deras implementering är att lösa ett antal tekniska problem (jämförelse av avsnitt föridentifiering av skikt av samma ålder, bestämning av produktiva skikt, markörhorisonter, litologisk sammansättning, de viktigaste egenskaperna hos formationen som påverkar utvecklingen, utvecklingen och driften av brunnar). Principen för varje brunnsloggningsmetod är att mäta de värden som kännetecknar bergarternas egenskaper och tolka dem.

Elektriska metoder

När man utför elektriska geofysiska undersökningar av oljekällor, mäts följande egenskaper:

1. Elektrisk resistivitet (ledarmineraler, halvledare, dielektrika).
2. Elektrisk och magnetisk permeabilitet.
3. Elektrokemisk aktivitet hos bergarter - naturlig (självpolarisationspotentialmetod) eller artificiellt inducerad (inducerad polarisationspotentialmetod).

Den första egenskapen är förknippad med en sådan egenskap som ökad resistivitet hos olje- och gasmättade bergarter, vilket är en identifieringsfunktion för olje- och gasfyndigheter (de leder inte elektricitet). Mätningar utvärderas med hjälp av motståndsökningsfaktorn, som gör att du kan bestämma reservoarens viktigaste egenskaper - porositetskoefficienten, vatten och olja och gasmättnad. De vanligaste teknikerna för denna teknik beskrivs nedan.

Openbar motståndsmetod

En sond med tre jordningselektroder (en tillförsel och 2 mätelektroder) sänks ner i brunnen och den fjärde (tillförseln) installeras vid brunnshuvudet. När sonden rör sig vertik alt längs borrhålet ändras potentialskillnaden. Specifik elektriskresistans kallas skenbar eftersom den beräknas för ett homogent medium, men i själva verket är den inhomogen. Baserat på erhållna data byggs kurvor, genom vilka det är möjligt att bestämma reservoarens gränser.

Sidoljud

Gradientsonder av stor längd (en multipel av 2-30 brunnsdiametrar) används i mätningar, vilket gör det möjligt att ta hänsyn till borrvätskans inverkan och djupet av dess penetration i berget, för att bestämma den sanna formationsresistivitet.

Skärmad jordningsmetod med sju eller tre elektrodsonder

I en sond med sju elektroder regleras strömstyrkan så att potentiallikhet säkerställs vid de centrala och extrema punkterna längs borrhålsaxeln. Detta görs för att rikta en fokuserad stråle av elektrisk laddning in i berget. Resultatet är också uppenbart motstånd.

Induktionsmetod

En sond med emitterande och mottagande spolar, en generator och en likriktare sänks ner i brunnen. När den inducerade EMF skapas bestäms formationens skenbara elektriska ledningsförmåga.

Dielektrisk metod

Liknar den föregående, men frekvensen för det elektromagnetiska fältet i spolen är en storleksordning högre. Denna metod används för att bestämma typen av reservoarmättnad med låg s alth alt i vattnet.

Det finns också en metod med mikrosonder (deras storlek överstiger inte 5 cm) för att mäta bergets elektriska motstånd,direkt intill borrhålsväggen.

Radiometri

Radiometriska geofysiska forskningsmetoder är baserade på detektering av kärnstrålning (oftast neutroner och gammastrålar). De vanligaste metoderna är:

• naturlig bergstrålning (ɣ-metod);
• spridd ɣ-strålning;
• neutron-neutron (registrering av neutroner spridda av kärnorna av atomer i berget);
• pulsneutron;
• neutronaktivering (ɣ-strålning av artificiella radioaktiva isotoper som härrör från absorption av neutroner);
• kärnmagnetisk resonans;
• neutron ɣ-metod (ɣ-radiativ neutronfångststrålning).

Metoderna är baserade på lagen om dämpning av gammastrålningens flödestäthet, effekten av spridning och absorption av neutroner i berget. Baserat på detta bestäms stenens densitet, deras mineralsammansättning, lerh alt, sprickbildning och radioaktiv förorening av borrutrustning i hålet övervakas.

Seismoakustiska metoder

Akustiska metoder är baserade på mätning av naturliga eller artificiella ljudvibrationer. I det första fallet utförs geologiska och geofysiska studier av ljud som uppstår när gas eller olja kommer in i borrhålet, och spektrumet av vibrationer hos borrverktyget under berginträngning mäts också.

Metoder för att studera artificiella svängningar i ljudet eller ultraljudsspektrumet är baserade på mätning av vågens utbredningstid ellerdämpning av oscillationsamplituden. Ljudspridningshastigheten beror på flera parametrar:

• mineralsammansättning av stenar;
• graden av deras gasoljemättnad;
• litologiska särdrag;
• clayness;
• stressfördelning i stenar;
• cementation och andra.

Sonden som sänks ner i brunnen består av en sändare och en mottagare åtskilda av akustiska isolatorer. För att minska effekten av borrhålsgeometrin på mätresultaten används vanligtvis tre- eller fyraelementsonder. Borrhålsverktyget är anslutet till ytutrustningen med en kabel. Signalen från mottagaren digitaliseras och visas på skärmen.

Med hjälp av denna metod genomförs studier av litologisk dissektion av reservoardelen, stora underjordiska hålrum, reservoaregenskaper bestäms och vattenavskärning kontrolleras.

Termisk loggning

Basis för termisk loggning i geofysiska fältundersökningar är studiet av temperaturgradienten längs borrhålet, vilket är associerat med olika termiska egenskaper hos bergarter (metoder för naturliga och artificiella termiska fält). Värmeledningsförmågan hos de huvudsakliga bergbildande mineralerna sträcker sig från 1,3-8 W / (m∙K), och vid hög gasmättnad sjunker den flera gånger.

Konstgjorda termiska fält skapas vid borrning med hjälp av spolvätska eller installation av elvärmare i brunnen. För att mäta temperaturgradienten oftastelektriska motståndstermometrar i borrhålet används. Koppartråd och halvledarmaterial används som huvudavkänningselement.

Ändring i temperatur registreras indirekt - av storleken på det elektriska motståndet för detta element. Mätkretsen innehåller även en elektronisk oscillator vars svängningsperiod varierar med resistans. Dess frekvens mäts av en speciell anordning, och den konstanta spänningen som genereras i frekvensmätaren överförs till den visuella observationsutrustningen.

Geofysisk forskning med den här tekniken gör det möjligt att erhålla information om fältets geologiska struktur, identifiera olje-, gas- och vattenförande formationer, bestämma deras flödeshastighet, detektera antiklinala strukturer och s altkupoler, termiska anomalier associerade med inflöde av kolväten. Användningen av denna teknik är särskilt relevant i områden med aktiv vulkanisk aktivitet.

Geokemiska GIS-metoder

Geokemiska forskningsmetoder är baserade på en direkt studie av gasmättnaden i borrvätskan och skär som bildas vid brunnspolning. I det första fallet kan bestämningen av innehållet av kolvätegaser utföras direkt under eller efter borrningen. Borrvätskan avgasas i en speciell enhet och sedan bestäms kolväteh alten med hjälp av en gasanalysator-kromatograf placerad i loggningsstationen.

Slurry, eller partiklar av borrad berg,som finns i borrvätskan studeras med luminiscerande eller bituminologiska metoder.

Magnetisk loggning

Magnetiska metoder för att utföra brunnsloggning inkluderar flera sätt att särskilja bergarter:

• genom magnetisering;
• om magnetisk susceptibilitet (skapande av ett artificiellt elektromagnetiskt fält);
• om kärnmagnetiska egenskaper (denna teknik kallas också för kärnkraftsloggning).

Det magnetiska fältets styrka beror på närvaron av magnetiska malmkroppar och lager som ligger under och överlappar dem. Magnetiska moduleringssensorer (flurosonder) fungerar som känsliga delar av utrustning i borrhål. Moderna instrument kan mäta alla tre komponenterna i magnetfältsvektorn, såväl som magnetisk susceptibilitet.

Kärnmagnetisk loggning är till för att bestämma egenskaperna hos magnetfältet, som induceras av vätekärnor i porvätskan. Vatten, gas och olja skiljer sig åt i innehållet av vätekärnor. Tack vare denna egenskap är det möjligt att studera reservoaren och dess permeabilitet, identifiera typen av vätska och särskilja typerna av ingående bergarter.

gravitationsutforskning

Gravitationsutforskning är en metod för geofysisk utforskning av avlagringar baserad på en ojämn fördelning av gravitationsfältet längs borrhålets längd. Av syftet särskiljs två typer av sådan loggning - för att bestämma tätheten av bergarter i skikten som korsar brunnen, och för att identifiera platsen för geologiska objekt som orsakar en anomali i gravitationen (förändring i dess värde).

Hoppet för den sista indikatorn sker när man flyttar från en reservoar med lägre densitet till tätare stenar. Kärnan i metoden är att mäta den vertikala gravitationen och bestämma reservoarens tjocklek. Dessa data låter dig ta reda på stenens densitet.

Sträng- och kvartsgravimetrar används som den huvudsakliga utrustningen i hålet. Den första typen av enheter är den mest använda. Sådana gravimetrar är en elektromekanisk vibrator i vilken en växelspänning appliceras på en vertik alt fixerad sträng med hängande last. Vibratorn är ansluten till en generator och dess frekvensfluktuationer fungerar som den sista parametern.

Utrustning

Geofysiska forskningsmetoder utförs med hjälp av geofysiska fältstationer, vars huvudelement är:

• borrhålsverktyg;
• vinsch med mekanisk eller elektromekanisk drivning (från kraftuttaget, elnätet eller oberoende kraftkälla);
• drivstyrenhet;
• övervakningssystem för huvudindikatorerna för utlösningsprocedurer (nedsänkningsdjup, nedstigningshastighet i brunnen, spänningskraft) - displayenhet, spänningsenhet, djupsensor;
• borrhålssmörjare för tätning av brunnshuvudet under brunnsloggning (inkluderar avstängningsventiler, packbox, mottagningskammare, tryckmätare och annan instrumentering);
• markmätutrustning (på chassit på en bil).

Utrustning för underhåll av djupa brunnarkan placeras i karosserna på två bilar. Laboratorier för geofysisk utforskning av brunnar är monterade på chassit av URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 och andra. Bilens kaross innehåller vanligtvis 2 fack - en arbetare, i vilken utrustningen är placerad, och ett "byteshus" för servicepersonal.

De huvudsakliga kraven på utrustning är hög noggrannhet och tillförlitlighet för geofysiska undersökningar. Arbete i brunnar är förknippat med svåra förhållanden - stort djup, betydande temperaturfall, vibrationer, skakningar. Utrustningen färdigställs enligt kundens krav, den metod som används och målen för arbetet. För geofysisk forskning i offshorebrunnar transporteras all utrustning i containrar.

Tolkning av resultat

Resultaten av geofysiska undersökningar bearbetas steg för steg från värdena på mätinstrument till bestämning av reservoarens geofysiska parametrar:

1. Konvertering av signaler för borrhålsutrustning.
2. Bestämning av de verkliga fysikaliska egenskaperna hos de studerade bergarterna. Ytterligare geofysiskt arbete på fältet kan krävas i detta skede.
3. Bestämning av formationens litologiska egenskaper och reservoaregenskaper.
4. Använda de erhållna resultaten för att lösa en av de uppsatta uppgifterna - identifiera mineralfyndigheter, deras fördelning i hela regionen, bestämma bergarternas geologiska ålder, porositetskoefficienter, lerh alt, gas- och oljemättnad, permeabilitet; identifiering av reservoarer, studie av funktionergeologisk sektion och andra.

Tolkning av geofysiska undersökningar utförs med olika metoder beroende på vilken teknik som används (elektrisk, radiometrisk, termisk, etc.) och mätutrustning. Moderna geofysiska organisationer driver automatiserad datainsamling och bearbetningssystem (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight och andra).