Ведение геофизических исследований при бурении скважин

Бурение скважины — сложная технологическая работа. Важно получить достоверную информацию о строении разреза, свойствах горных пород, наличии продуктивных пластов, техническом состоянии ствола и качестве выполненных работ. Для решения этих задач проводится комплекс геофизических исследований скважин (ГИС).

Геофизические изыскания обычно сопровождают строительство, эксплуатацию, ремонт и ликвидацию скважин. Они помогают получить данные без извлечения большого объема керна, сокращают сроки принятия инженерных решений, позволяют избежать ошибок при бурении. 

Современные методы основаны на регистрации физических свойств горных пород и пластовых флюидов: электрических, радиоактивных, акустических, магнитных, температурных и других параметров. В статье рассказали подробно про геофизические работы во время бурения.

Что представляют собой геофизические исследования при бурении

Это комплекс измерений, которые выполняют непосредственно в скважине с использованием специализированного оборудования. Приборы опускают в ствол на геофизическом кабеле или размещают в составе бурильной колонны. Пока прибор движется, он регистрирует физические характеристики окружающих пород.

Полученную информацию используют геологи, специалисты по бурению, инженеры. Цель — уточнить геологическую модель месторождения, оценить запасы полезных ископаемых, выбрать интервалы испытаний, принять решение о дальнейшем строительстве скважины.

Особенность исследований в том, что они помогают изучать разрез практически непрерывно по всей глубине скважины, тогда как керн обычно извлекается лишь на отдельных интервалах.

Зачем во время бурения нужны геофизические исследования

Геофизика сопровождает строительство скважины. По мере углубления ствола специалисты получают оперативную информацию о разрезе и могут своевременно корректировать технологию бурения. Использование ГИС помогает:

• уточнить фактическое геологическое строение;
• определить положение кровли и подошвы пластов;
• обнаружить продуктивные горизонты;
• оценить насыщенность пород нефтью, газом или водой;
• контролировать качество цементирования обсадных колонн;
• выявлять осложнения при бурении;
• принимать решения о необходимости изменения конструкции скважины.

Чем раньше будут обнаружены отклонения от проекта, тем меньше вероятность возникновения аварийных ситуаций и дополнительных затрат.

Задачи геофизических исследований

Работы решают широкий круг производственных задач. Первые — геологические. Здесь важно получить максимально полную информацию о строении недр. По данным каротажа специалисты:

• изучают геологический разрез;
• определяют литологический состав пород;
• выделяют коллекторы;
• устанавливают мощность пластов;
• проводят корреляцию между соседними скважинами;
• оценивают перспективность залежей.

Вторые задачи — технологические. Во время строительства скважины геофизические методы помогают контролировать качество выполнения технологических операций. А именно проверить положение обсадных колонн, оценить качество цементного кольца, определить состояние ствола, выявить каверны/сужения/расширения, контролировать герметичность конструкции.

Третий тип задач — эксплуатационные. После завершения бурения исследования продолжаются. Они помогают:

• определить интервалы перфорации;
• контролировать разработку месторождения;
• выявить обводнение пластов;
• отследить движение пластовых флюидов;
• оценить эффективность ремонтных работ.

Комплексный анализ геофизических данных повысит эффективность эксплуатации месторождений и снизит производственные риски.

Виды геофизических исследований

Работы включают много методов, каждый из которых предназначен для определенных геологических и технологических задач. Если применять несколько методов в комплексе, то можно получить максимально полную информацию о строении разреза, свойствах горных пород и техническом состоянии скважины. 

Какие методы применяют часто?

Электрический каротаж

Основан на измерении удельного электрического сопротивления горных пород и их естественной поляризации. Помогает расчленить геологический разрез, выделить пласты-коллекторы, определить границы водоносных горизонтов, оценить характер насыщения пород нефтью, газом или водой. Полученные данные — основа для интерпретации продуктивности пластов.

Радиоактивный каротаж

Объединяет несколько методов исследования, которые основаны на регистрации естественного или искусственно созданного гамма-излучения. Чаще используют гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и нейтронный каротаж. Эти исследования помогают определить глинистость, плотность и пористость пород, а также получить информацию о составе пластов и характере их насыщения, что особенно важно при поиске и оценке продуктивных горизонтов.

Акустический каротаж

Основан на измерении скорости распространения упругих волн в горных породах. Анализ полученных данных поможет оценить их прочность, количество и глубину трещин, уровень пористости. Еще акустический каротаж применяют, чтобы контролировать качество цементирования обсадных колонн и выявить возможные дефекты цементного кольца.

Кавернометрия

Метод для изучения фактического диаметра ствола скважины по всей его длине. Исследование помогает выявить участки расширения или сужения ствола, оценить устойчивость стенок, рассчитать необходимый объем цементного раствора, подобрать оптимальные параметры обсадных колонн. Данные важны, чтобы безопасно проводить последующие технологические операции.

Инклинометрия

Применяется, чтобы определить пространственное положение скважины. При исследовании измеряют угол наклона, азимут и фактическую траекторию ствола. Метод востребован при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин, где нужно постоянно контролировать соответствие проектной траектории.

Термометрия

Термометрические исследования основаны на измерении температуры по всей глубине скважины. Изменения температурного режима помогают обнаружить притоки пластовых флюидов, выявить нарушения герметичности обсадных колонн, оценить качество цементирования и проконтролировать работу внутрискважинного оборудования. Метод обычно применяют совместно с другими исследованиями, чтобы повысить достоверность полученных результатов.

Геолого-технологические исследования

Включают непрерывный контроль параметров бурового процесса: анализ бурового раствора, содержания газа, скорости механической проходки, технологических режимов бурения и состава выбуренной породы. Сопоставление этих данных с результатами геофизических исследований помогут оперативно уточнить геологическую модель, вовремя выявить осложнения и принять обоснованные решения по дальнейшему ведению буровых работ.

Этапы проведения геофизических исследований

Геофизические исследования выполняют поэтапно. Каждый этап влияет на точность получаемых данных, поэтому все работы нужно проводить в соответствии с утвержденными методиками и техническими регламентами.

Подготовка 

Перед началом полевых работ важна подготовка, которая поможет обеспечить безопасность исследований и получить максимально достоверные результаты. На этом этапе нужно:

1. Изучить проектную документацию на строительство скважины. 
2. Проанализировать геологические, гидрогеологические, геофизические данные по району работ. 
3. Определить цели и задачи исследований в зависимости от стадии бурения.
4. Выбрать оптимальный комплекс методов геофизических исследований.
5. Разработать программу работ и определить последовательность выполнения измерений. 
6. Проверить техническое состояние каротажной станции, кабеля и скважинной аппаратуры. 
7. Откалибровать и настроить измерительные приборы. 
8. Проверить работоспособность программного обеспечения, чтобы регистрировать данные. 
9. Оценить техническое состояние скважины и готовность к исследованиям.
10. Провести инструктаж персонала по требованиям промышленной безопасности.

Измерения

Если подготовка прошла успешно, можно приступать непосредственно к исследованиям. Геофизическую аппаратуру опускают в ствол скважины на кабеле или доставляют ее в составе бурильной колонны. Далее регистрируют необходимые физические параметры. В рамках измерений специалисты:

1. Постоянно регистрируют физические характеристики горных пород. 
2. Контролируют глубину и скорость движения геофизических приборов. 
3. Записывают данных в цифровом формате в режиме реального времени.
4. Постоянно мониторят качество поступающих сигналов. 
5. Контролируют работоспособность оборудования на протяжении всего исследования.
6. Выполняют повторные измерения на отдельных интервалах, чтобы уточнить результаты. 
7. Оперативно выявляют возможные технические помехи или ошибки регистрации.
8. Соблюдают требования безопасности при работе на буровой площадке.

Обработка полученных данных

После полевых работ начинается камеральная обработка результатов. Всю зарегистрированную информацию переносят в специализированные программные комплексы для анализа и интерпретации геофизических данных. Современное программное обеспечение автоматически обработает большие массивы информации, но окончательная оценка — за профильными специалистами. Они проверят полноту и качество зарегистрированных данных. Если нужно — скорректируют показания приборов с учетом условий. 

Интерпретация результатов

Заключительный и важный этап, где специалисты получают практическую информацию для принятия инженерных и геологических решений.

Специалисты проводят комплексный анализ результатов всех выполненных геофизических исследований. Важно правильно сопоставить данные, полученные разными методами. Это поможет точно определить литологический состав и строение геологического разреза, выделить продуктивные пласты и пласты-коллекторы, а также рассчитать их основные коллекторские характеристики, включая пористость и проницаемость.

Еще на основе полученных данных оценивают характер насыщения пород нефтью, газом или водой, анализируют техническое состояние ствола скважины и качество цементирования обсадных колонн. По итогам специалисты строят геологические и геофизические модели объекта, отражающие особенности строения недр и параметры продуктивных горизонтов. 

Этап завершается подготовкой технического отчета. В нем отражают выводы по результатам исследований и рекомендации по дальнейшему бурению или эксплуатации скважины.

Оборудование для геофизических исследований

Обычно специалистам требуются: 

• геофизические подъемники;
• каротажные станции;
• кабельные лебедки;
• цифровые датчики;
• наземные станции регистрации;
• программные комплексы обработки информации.

Все оборудование проходит регулярную поверку и метрологический контроль, так как точность измерений прямо влияет на достоверность итоговых выводов.

Преимущества комплексных геофизических исследований

Если использовать сразу нескольких методов, можно получить больше информации, чем при применении одного типа работ. Комплексный подход:

1. Повышает точность определения продуктивных пластов.
2. Снижает вероятность ошибок.
3. Уменьшает объемы керна. 
4. Повышает безопасность буровых работ. 
5. Сокращает время принятия инженерных решений. 

Современные проекты нефтегазового, гидрогеологического и инженерного бурения практически всегда предусматривают проведение комплексных геофизических исследований.

Итоги 

Геофизические исследования при бурении скважин — обязательная часть современного геологоразведочного и нефтегазового производства. Благодаря комплексу методов специалисты получают объективную информацию о строении разреза, свойствах горных пород, наличии продуктивных пластов и техническом состоянии скважины.

Результаты исследований используют на всех этапах жизненного цикла объекта — от проектирования до эксплуатации и капитального ремонта. Комплексное применение электрических, радиоактивных, акустических, термометрических и других методов позволяет повысить эффективность бурения, снизить производственные риски и обеспечить рациональное освоение месторождений. По мере развития цифровых технологий, автоматизированной интерпретации данных и интеллектуальных систем мониторинга значение геофизических исследований продолжает возрастать, делая их одним из ключевых инструментов современной геологии и нефтегазовой отрасли.