Kozhevnikov_D.A._i_dr._Teoriya_geofizicheskih_issledovaniy_skvazhin
.pdfскую сущность пространственного (геометрического) фактора и уяснить методику использования этого параметра для определения связей между удельными сопротивлениями изучаемых сред и их размерами.
Применение в схеме индукционного скважинного прибора дополнительных фокусирующих и компенсационных катушек дает возможность еще более дифференцировать кривые эффективного сопротивления и свести к минимуму влияние скважины и зоны проникновения фильтрата бурового раствора.
Контрольные вопросы и задания
1.В чем состоит преимущество индукционного метода перед обычными электрическими методами исследования скважин по сопротивлению?
2.Что называется размером индукционного зонда?
3.От каких параметров индукционного зонда зависит величина его коэффициента?
4.Дайте вывод формул, определяющих напряженность магнитного поля в случае сред с коаксиальными границами раздела.
5.Сделайте то же для случая сред с плоскопараллельными границами раздела.
6.Выведите формулу, определяющую ЭДС, индуцированную
визмерительной катушке зонда электромагнитным полем генераторной катушки при отсутствии взаимного влияния токов, индуцированных в изучаемой среде (отсутствия влияния скинэффекта).
7.Каким соотношением связаны индуцированная в измерительной катушке ЭДС, коэффициент индукционного зонда и эффективная электропроводность среды?
21
8.Что называется геометрическим (пространственным) фактором и чем он определяется?
9.Как изменяются дифференциальные осевой и радиальный пространственные факторы в радиальном и осевом направлениях?
10.Проанализируйте конфигурацию теоретических кривых эффективного сопротивления, полученных индукционным методом, и укажите их особенности.
11.На каких теоретических предпосылках основан метод высокочастотных индукционных изопараметрических зондирований?
12.В чем заключается физическая сущность электромагнитного скин-эффекта (скин-слоя)?
22
ТЕОРИЯ МЕТОДА ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД
Метод потенциалов собственной поляризации был предложен в 1931 году К. Шлюмберже. Большой вклад в изучение естественного электрического поля в скважинах и его природы внесли Л.М. Альпин, В.Р. Бурсиан, Б.Ю. Венделынтейн, В.Н. Дахнов, В.Н. Кобранова, Д.А. Шапиро и др [2].
Исследование электрического поля потенциалов собственной поляризации пород в условиях скважины начинается с наиболее простого случая среды однородной и изотропной по удельному сопротивлению. В результате математических преобразований, используя известное выражение для потенциала двойного электрического слоя, получаем уравнения, определяющие изменение потенциалов собственной поляризации вдоль оси скважины в зависимости от статического потенциала пласта и вмещающих пород, мощности пласта и диаметра скважины. Анализируя форму кривых потенциалов собственной поляризации, рассчитанных по этим формулам, приходим к следующим выводам:
1)против однородного пласта, электрохимическая активность которого отличается от электрохимической активности вмещающих пород, аномалия СП симметрична относительно центра пласта;
2)амплитуда аномалии убывает с уменьшением мощности пласта;
3)в пластах, мощность которых превышает в четыре и более
раз диаметр скважины, кровля и подошва пласта отмечаются точками, в которых приращение потенциала равно половине амплитуды аномалии.
Распределение электрического поля потенциалов собственной поляризации вдоль оси скважины при наклонном залегании пла-
23
стов можно вычислить на примере среды однородной и изотропной по удельному сопротивлению, определяя телесные углы видимости эллиптических сечений кровли и подошвы пласта.
Контрольные вопросы и задания
1.Что называется статическим потенциалом пласта? Какая разница между статическим потенциалом и амплитудой кривой СП?
2.Дайте вывод формулы, определяющей величину аномалии потенциалов собственной поляризации в случае однородной среды.
3.При какой мощности пласта возможно в условиях однородной среды пренебречь влиянием мощности на амплитуду аномалии СП?
4.Как определить величину статического потенциала в тонких пластах, если точно известна их мощность?
5.Дайте вывод формулы, определяющей величину потенциа-
ла собственной поляризации в случае, когда удельное сопротивление пласта и вмещающих пород отличается от удельного сопротивления бурового раствора.
8.Как влияет увеличение сопротивления пласта (при прочих равных условиях) на величину аномалии СП.
9.Опишите изменение формы аномалии СП при увеличении угла наклона пласта.
10.Дайте вывод формулы, определяющей потенциал соб-
ственной поляризации пород в случае наклонной границы раздела сред.
11. В чем трудность проведения нулевой линии кривой СП на диаграммах, полученных в скважине?
14. Какова природа потенциалов электродных, гальвано-кор- розии и теллурических токов?
24
АКУСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
При исследовании скважин акустическими называют методы промысловой геофизики, основанные на изучении упругих свойств горных пород, позволяющие непрерывно измерять характеристики распространения упругих волн (скорости, поглощения) вдоль ствола скважины [1, 11].
Акустические методы решают следующие задачи:
1)литологическое расчленение разреза;
2)определение типа коллектора, выделение зон трещиноватости и кавернозности;
3)выделение газоносных коллекторов;
4)определение коэффициента пористости коллекторов;
5)выделение зон с аномально высоким пластовым давлением (АВПД);
6)изучение технического состояния скважин (в частности, оценка изменения качества цементного камня в процессе эксплуатации).
Изучая этот раздел курса, необходимо уяснить эффективность использования акустических методов, которая обусловлена следующими основными факторами:
1. Высокой информативностью акустического сигнала, по которому легко оцениваются кинематические характеристики упругих волн (времена вступления, скорости распространения) и их динамические характеристики (коэффициент затухания, частота, длительность импульсов). Упругие свойства горных пород связаны определенными зависимостями с их геологическими свойствами.
2. Возможностью одновременной регистрации в скважине нескольких типов волн (продольных, поперечных и поверхностных), каждая из которых несет определенную информацию о
25
горной породе. Упругие свойства и структурные особенности изучаемых сред в различной степени влияют на кинематические
идинамические характеристики регистрируемых колебаний.
3.Возможностью определения в процессе измерения независимых кинематических (времени вступления, скорости) и динамических параметров (амплитуды, затухания, частоты) упругих волн для решения конкретных геологических задач.
4.Слабым влиянием на результат измерений скважины и горных пород, вмещающих исследуемый пласт.
5.Возможностью исследования обсаженных и необсаженных скважин на различной частоте излучателя упругих колебаний. В качестве первичного материала для оценки кинематических характеристик используются измерения в двух точках, выражающие зависимость времени вступления (или фазы) регистрируемой волны от координат точек наблюдения. Динамические характеристики упругих волн определяют изменение интенсивности распространяющейся волны и тесно связаны с энергетическими параметрами волнового поля.
Контрольные вопросы и задания
1.Вид волнового уравнения для жидкости. Продольная волна.
2.Плоская, цилиндрическая и сферическая объёмные волны. Коэффициенты расхождения волн.
3.Решения волнового уравнения для твёрдого тела. Объёмные волны. Поляризация поперечной волны.
4.Волна Лэмба. Физика её распространения. Скорость волны.
5.Упругие волны в околоскважинном пространстве. Условия преломления. Фронты объёмных волн.
6.Выделение типов волн на фазокорреляционных диаграм-
мах.
26
7.Монопольные и дипольные зонды акустического метода. Теоретические модели преобразователей.
8.Определение общей пористости мономинеральных пород. Уравнения среднего времени и Раймера–Ханта–Гарднера.
9.Определение общей пористости глинистых пород.
10.Определение литологического состава и общей пористости сложнопостроенных коллекторов.
11.Количественные и качественные признаки поровых, трещинных и смешанных порово-трещинно-каверновых коллекторов.
12.Волна Стоунли и выделение проницаемых пород.
13.Принципиальные основы акустической цементометрии для оценки контактов цементного камня с обсадной колонной и стенкой скважины.
14.Комплексирование стандартной акустической и гамма- гамма-цементометрии и АК-сканирования. Решаемые задачи.
27
ЯДЕРНАЯ ГЕОФИЗИКА И РАДИОМЕТРИЯ СКВАЖИН
С этим направлением связаны темы многих исследований на кафедре ГИС под руководством В.Н. Дахнова, О.А. Барсукова, В.В. Ларионова, Д.А. Кожевникова и др. [1, 10, 16].
Втеории электрических, электромагнитных, акустических и термических методов ГИС успешно используются классические методы математической физики. Для ядерно-физических методов это оказывается невозможным в принципе, так как уравнению переноса удовлетворяет функция распределения, зависящая от семи переменных. Поэтому для построения теории этих методов Д.А. Кожевников предложил свой оригинальный феноменологический метод [1]. В нем постулируется некоторая совокупность положений, включающих и точные результаты теории переноса,
инадежно установленные эмпирические факты. При этом основными объектами, с помощью которых наиболее адекватно в теории и интерпретации данных ЯГИС описываются физические закономерности, являются интегральные геометрические факторы зон в системе скважина-пласт.
Вэтом разделе курса необходимо уделить особое внимание
следующим основным понятиям.
Система «скважина-пласт» (определение) и ее свойства. Кривая и уравнение радиального насыщения показаний геофизического зонда в системе скважина-пласт.
Понятие геометрического фактора. Радиальные и осевые геометрические факторы. Дифференциальные и интегральные геометрические факторы.
Понятие радиальной чувствительности скважинного прибора (канала).
Гамма-метод. Интерпретационная модель и ее проверка по данным физического и математического моделирования. Метро-
28
логические характеристики скважинного прибора и их использование для аналитического учета изменения условий измерений. Алгоритм интерпретации. Петрофизическая модель. Количественное определение пористости и глинистости.
Гамма-спектрометрия. Метрологические характеристики спектрометра. Геометрические факторы зон в системе скважинапласт. Алгоритм определения содержаний ЕРЭ и его программная реализация.
Гамма-гамма-метод (плотностная модификация). Физическое обоснование. Интерпретационная модель и алгоритм интерпретации. Метрологические характеристики аппаратуры. Диаграмма «хребет ребра».
Стационарные нейтронные методы. Радиальные геометрические факторы скважины и пласта и их свойства. Закономерности пространственно-энергетического распределения нейтронов в однородной среде и в системе «скважина-пласт». Объяснение механизма автоматической помехоустойчивости интерпретационного параметра двухзондовой модификации ННМ.
Импульсные нейтронные методы. Кривая временного спада тепловых нейтронов от импульсного источника быстрых в однородной среде и в системе «скважина-пласт». Геометрические факторы зоны скважины, зоны проникновения и неизмененной части пласта.
Контрольные вопросы и задания
1.В чем физическая сущность устойчивого радиоактивного равновесия и как она выражается аналитически? Какое практическое значение в ядерной геологии имеет наличие или отсутствие радиоактивного равновесия в горных породах?
2.Как распределены в семействе урана гамма-излучатели и какое практическое значение имеет такое распределение?
29
3.Какие наиболее интенсивные линии имеются в спектрах гамма-излучения рядов урана и тория. Какую энергию имеют гамма-кванты, испускаемые изотопом калий-40?
4.Специфические особенности взаимодействия с веществом альфа, бета и гамма-излучений.
5.В каких случаях взаимодействие гамма-излучения с веществом протекает по пути фотоэлектрического поглощения, комптоновского рассеяния и образования электрон-позитронных пар?
6.Какие параметры характеризуют взаимодействия излучений
свеществом?
7.Каков физический смысл и размерности микро- и макросечений взаимодействий?
8.Как ядерные свойства породообразующих элементов связаны с закономерностями их геохимической распространённости?
9.Какие факторы влияют на концентрационную чувствительность канала ГМ (ГМ-С) для конкретного излучателя?
10.Как формулируются решения прямой и обратной задач для ГМ-С?
11.Приведите петрофизическую модель ГМ.
12.Какие параметры могут служить мерами суммарного массового содержания ЕРЭ в горной породе?
13.Какие метрологические характеристики учитывают влияние на показания ГМ промежуточной зоны? Каков их физический смысл?
14.Какие физические и петрофизические закономерности определяют информативность гамма-спектрометрии при изучении коллекторов нефти и газа?
15.Какие закономерности отражает диаграмма «хребет-реб-
ра»?
16.Как исключается влияние естественной радиоактивности
30