Геофизические исследования
В скважинах (a. geophysical exploration in wells; н. geophysikalische Untersuchungen in Sonden; ф. etudes geophysiques des trous de forage; и. estudios geofisicos en los poros de sondeo) — группа методов, основанных на изучении естественных и искусственно создаваемых физ. полей (электрических, акустических и др.), физ. свойств г. п., пластовых флюидов, содержания и состава разл. газов в буровом растворе. Применяются для изучения геол. разреза скважин и массива г. п. в околоскважинном и межскважинном пространствах, контроля техн. состояния скважин и разработки нефт. и газовых м-ний.
Первые Г. и. (термометрия) выполнены Д. В. Голубятниковым в 1908 на нефт. промыслах Баку. В 1926 братьями Шлюмберже (Франция) был предложен электрич. каротаж. Высокая эффективность электрич. каротажа обеспечила его быстрое внедрение и развитие др. методов Г. и. В СССР в разработку теории и техники Г. и. большой вклад внесли Л. М. Альпин, В. Н. Дахнов, С. Г. Комаров и др. Важные исследования в этой области выполнены в США Г. Арчи, Г. Гюйо, Дж. Доллом и др.
Г. и., проводимые для изучения геол. разреза скважин, наз. каротажем, к-рый осуществляется электрическими, электромагнитными, маг- нитными, акустическими, радиоактивными (ядерно-геофиз.) и др. методами. При каротаже с помощью приборов, спускаемых в скважину на каротажном кабеле, измеряются геофиз. характеристики, зависящие от одного или совокупности физ. свойств г. п. и их расположения в разрезе скважины. В скважинные приборы входят каротажные зонды (устройства, содержащие источники и приёмники наблюдаемого поля), сигналы к-рых по кабелю непрерывно или дискретно передаются на поверхность и регистрируются наземной аппаратурой в виде кривых (рис.) или массивов цифровых данных.
Рис. 1. Схема проведения геофизических исследований в скважине: 1 — скважинный прибор; 2 — кабель; 3 — блок-баланс; 4 — каротажная лаборатория; 5 — кривая диэлектрического каротажа, характеризующая изменение фазы электромагнитного поля; 6 — кривая акустического каротажа, характеризующая изменение коэфф. пористости.
Разрабатываются способы каротажа, к-рые можно проводить в процессе бурения приборами, опускаемыми в скважину на бурильных трубах.
При Электрическом каротаже изучают удельное электрич. сопротивление, диффузионно- адсорбционную и искусственно вызванную электрохим. активности пород и т.п. Для определения удельного сопротивления применяют боковое каротажное зондирование (измерения трёхэлектродными градиент-зондами разной длины), Боковой каротаж (измерения зондами с фокусировкой тока), Микрокаротаж и боковой микрокаротаж. Различие в диффузионно-адсорбционной активности пород используется в каротаже самопроизвольной поляризации, а способность пород поляризоваться под действием электрич. тока — в каротаже вызванной поляризации, основанном на различии потенциалов, возникающих на поверхности контактов руд (напр., сульфидных), углей с др. горн. породами. При электромагнитном каротаже изучаются удельная электрич. проводимость (Индукционный каротаж), магнитная восприимчивость (каротаж магнитной восприимчивости, КМВ) и диэлектрич. проницаемость (диэлектрич. каротаж, ДК) г. п. индукционными зондами и различных частотах 1 кГц (КМВ), 100 кГц и 40 МГц (ДК). При Магнитном каротаже измеряются магнитная восприимчивость пород и характеристики магнитного поля. Акустический каротаж основывается на регистрации интервальных времён (скорости), амплитуд и др. параметров упругих волн ультразвукового и звукового диапазона.
При Радиоактивном каротаже (ядерно-геофиз.) в скважинах измеряют характеристики ионизирующего излучения. Широко используется изучение характеристик нейтронного и гамма-излучения, возникающих в породах при облучении их стационарным источником нейтронов (нейтрон-нейтронный каротаж и нейтронный гамма-каротаж) или источниками гамма-излучений (Гамма- гамма-каротаж). Модификации радиоактивного каротажа применяются с импульсными источниками нейтронов (импульсный нейтрон-нейтронный каротаж, импульсный нейтронный гамма-каротаж) и гамма-излучения (импульсный гамма-гамма-каротаж). Естеств. гамма-излучение пород исследуется в Гамма-каротаже. В активационном радиоактивном каротаже изучаются характеристики излучения искусств. радиоактивных изотопов, возникающих в породах при облучении их источником ионизирующих излучений. Ядерно-магнитный каротаж заключается в наблюдении за изменением электродвижущей силы, возникающей в катушке зонда в результате свободной прецессии протонов в импульсном магнитном поле.
Газовый каротаж обеспечивает изучение физ. методами содержания и состава углеводородных газов и битумов в буровом растворе, а также параметров, характеризующих режим бурения. Иногда применяются исследования, основанные на определении механич. свойств в процессе бурения (механич. каротаж).
Околоскважинные и межсква- жинные исследования основаны на изучении в массивах г. п. особенностей естественных или искусственно созданных геофизич. полей: магнитного (скважинная магниторазведка), гравитационного (скважинная гравиразведка), распространения радиоволн (радиоволновой метод, РВМ), упругих волн (акустич. просвечивание), постоянного или низкочастотного электрического (метод заряженного тела), нестационарного электромагнитного (метод переходных процессов); пьезоэлектрич. эффекта, возникающего в г. п. под воздействием упругих колебаний (пьезоэлектрич. метод); потенциалов вызванной поляризации, возникающих на контакте рудного тела в результате воздействия источника тока в скважине или на поверхности Земли (контактный метод поляризационных кривых) и др.
В радиоволновых методах разведки источник электромагнитных колебаний (частота 0,16-37 МГц) размещается в скважине; регистрация осуществляется с помощью приёмников (антенн) в этой же скважине (околоскважинные исследования) или в соседней (межскважинные исследования). В нек-рых случаях поле наблюдается на поверхности Земли. При разведке акустич. просвечиванием возбуждение и наблюдение волн осуществляется так же, как в РВМ. В методе заряженного тела токовый электрод размещают в скважине против рудного тела; наблюдения производят в скважине или на поверхности. Методы околоскважинных и межскважинных исследований позволяют обнаружить и оконтурить рудные тела и др. геол. образования, пересечённые скважиной или находящиеся в стороне от неё.
При контроле техн. состояния скважин измеряют её зенитный угол и азимут (инклинометрия), ср. диаметр (кавернометрия) и расстояние от оси прибора до стенки скважины (профилеметрия), темп-ру (термометрия), удельное электрич. сопротивление бурового раствора (резистивиметрия), определяют высоты подъёма цемента в затрубном пространстве скважины и его качество (контроль цементирования) по данным кривых акустического и гамма-гамма-каротажа и др. При разработке м-ния регистрируют скорости перемещения жидкости по скважине (расходометрия), вязкость заполняющей жидкости (вискозиметрия), содержание воды в последней (влагометрия), давление по стволу (барометрия) и др.
Отбор проб флюидов из пласта (опробование пластов) производится опробователями пластов, к-рые на каротажном кабеле опускаются в скважину на заданную глубину. После этого блок отбора (башмак) прижимается к стенке скважины и кумулятивной перфорацией создаётся дренажный канал между пластом и прибором для подачи флюида в приёмный баллон прибора. Образцы пород из стенок скважин отбирают стреляющими грунтоносами и сверлящими керноотборниками. При анализе проб определяется содержание нефти, газа и воды, а также компонентный состав газа, что даёт возможность оценить нефтегазоносность пласта, литологию, наличие углеводородов, а иногда и коэфф. пористости породы.
Г. и. применяют при поисках и разведке нефти и газа (промысловая геофизика), угля (угольная скважинная геофизика), руд и строит. материалов (рудная скважинная геофизика) и воды (геофиз. исследования гидрогеол. скважин). Получаемые данные обеспечивают расчленение разреза скважин на пласты, определение их литологии и глубины залегания, выявление п. и. (нефти, газа, угля и др.), корреляцию разрезов скважин, оценку параметров пластов для подсчёта запасов (эффективную мощность, содержание п. и.), определение объёма залежи нефти, газа, угля или рудного тела, оценку физ.-механич. свойств пород при стр-ве разл. сооружений и др. Г. и. — осн. способ геол. документации разрезов скважин, дающий большой экономич. эффект за счёт сокращения отбора керна и кол-ва испытаний пластов.
Повышение эффективности Г. и. связано с разработкой и внедрением новых методов, а также с совершенствованием методики и техники исследований; внедрением машинных методов обработки и интерпретации данных, создания цифровых каротажных лабораторий, управляемых бортовой ЭВМ, комплексных геол.-геохим.- геофиз. информационно-измерит. и обрабат. комплексов, высокоточных и термобаростойких комплексных скважинных приборов и др.
Литература: Дахнов В. Н., Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин, М., 1972; Комаров С. Г., Геофизические методы исследования скважин, 2 изд., М., 1973; Сохранов H. H., Машинные методы обработки и интерпретации результатов геофизических исследований скважин, М., 1973; Бродский П. A., Pионов А. И., Тальнов В. Б., Опробование пластов приборами на кабеле, М., 1974; Дьяконов Д. И., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С., Общий курс геофизических исследований скважин, М., 1977; Померанц Л. И., Чукин В. Т., Аппаратура и оборудование для геофизических методов исследования скважин, 2 изд., М., 1978.
Н. Н. Сохранов.