Каротаж — это общий термин, который означает «делать запись» чего-либо. Геологи используют множество видов каротажа, включая каротаж керна, каротаж шлама, петрофизический каротаж и геофизический каротаж скважин.  Геофизический каротаж скважин был впервые разработан для нефтяной промышленности Марселем и Конрадом Шлюмберже в 1927 году.

Оригинальное оборудование для геофизического каротажа, использовавшееся братьями Шлюмберже (Schlumberger) в конце 1920-х годов

Оригинальное оборудование для геофизического каротажа, использовавшееся братьями Шлюмберже (Schlumberger) в конце 1920-х годов

Братья Шлюмберже разработали инструмент для измерения удельного сопротивления и обнаружения различий в пористости песчаников на месторождении Мерквиллер-Пехельбронн в восточной Франции.

 Часть оригинального каротажа братьев Шлюмберже

Часть оригинального каротажа братьев Шлюмберже

С момента проведения первого каротажа, геофизические исследования скважин превратились в глобальную отрасль с оборотом в миллиарды долларов, обслуживающая широкий спектр промышленных и исследовательских работ в нефтяной промышленности. Геофизический каротаж скважин является ключевой технологией для получения данных залегания продуктивных пластов. В горнодобывающей промышленности он очень широко используется, как для подтверждения содержания полезных ископаемых в действующих зонах открытого и закрытого типа добычи.

При разведке и оценке подземных вод он также играет главную роль в определении водоносных горизонтов и продуктивных зон в горных породах. При изучении зон залегания, геофизический каротаж скважин может дать уникальное представление о составе, структуре и изменчивости недр, а также подтвердить данные воздушной дистанционной электромагнитной съемки.

Геофизические исследования скважин — это «зрелая» технология, состоящая из множества отдельных методов. Подробное описание науки и результатов многочисленных аспектов геофизических исследований скважин выходит за рамки такой короткой статьи. Здесь мы приводим лишь краткое описание некоторых из наиболее распространенных методов геофизических исследований. Именно эти методы, скорее всего, будут включены в набор инструментов, используемых для небольших проектов по каротажу скважин, типичных для изучения недр.  При геофизическом каротаже скважин множество различных физических свойств могут быть использованы для характеристики пород, окружающих ту или иную скважину.

Эта уникальная способность каротажа, различать свойства пород, которая является самой сильной стороной геофизического исследования скважин. Разные типы данных, отражают различные аспекты залегания пород, что в итоге дополняет информацию для более детального изучения разреза.

Зачем проводить геофизические исследования

Знания о недрах получаются в основном в результате бурения. Это одновременно и дорогостоящий, и недостоверный метод. Стоимость бурения неизменно ограничивает количество скважин, которые можно пробурить. Геофизические исследования скважин дают возможность определить состав, залегание, изменчивость и физические свойства пород вокруг скважинного пространства.

Фактический объем полученного материала, отобранного каротажом, варьируется от геологических условий, но он неоспоримо больше, чем представлен только скважиной выработкой, например, керном.

Сам процесс бурения скважины может нарушить физические свойства разбуриваемых пород. Промывочные жидкости – буровые растворы, в зависимости от разреза и коллектора, могут проникать в окружающие пласты, изменяя удельное сопротивление, плотность и электрические потенциалы пород.

По этим причинам в современном бурение все чаще используют для вскрытия продуктивных горизонтов, буровые растворы на масленой основе, такие как РУО (раствор на углеводородной основе) Хотя это и сводит к минимуму попадание загрязняющих веществ в пласт при бурении, все же важно помнить, что скважинное кольцевое пространство не всегда будет строго соответствовать свойствам, которое измеряют при каротаже.

Затраты на геофизические исследования зависят от глубины скважины, проекта и типов каротажа. Иногда, стоимость каротажа разведочных и эксплуатационных скважин в нефтяной промышленности может достигать до 1 миллиона долларов, особенно на морских шельфах. В горнодобывающей промышленности затраты намного ниже.

Зачем проводить геофизические исследования

Методы геофизических каротажей

  • КС
  • ИК
  • ПС
  • Гамма-каротаж (ГК)
  • Нейтронный каротаж
  • Гамма-гамма каротаж (ГГК)
  • Акустический каротаж (АК)

Рассмотрим некоторые:

Акустический каротаж работает путем передачи звука (т.е. P-волн) через породы стенки скважины. Стандартный зонд обычно состоит из двух модулей. Один из них содержит излучатель, а другой — два или более приемников.

Излучатель подает в пласт синусоидальный волновой поток. В результате чего, приёмники получают сложный волновой сигнал, которые возвращается путем прохождения через толщи пород. Самое быстрое прохождение (в не обсаженных стволах) обычно происходит через породу вблизи стенки скважины.  Для обнаружения этого сигнала используется алгоритм обработки, включающий в себя кросс-корреляцию между исходным волновым потоком генерируемым излучателем и полученным.

На практике акустический каротаж фактически измеряет «время прохождения» сигнала. Поскольку это время зависит от плотности среды через которую он проходит, его можно использовать для расчета средней плотности пород. Акустический каротаж был первоначально разработан для нефтяной промышленности как прибор для измерения пористости коллектора.

Электрические методы каротажей:

  • Удельное сопротивление и проводимость (КС);
  • Самопроизвольная поляризация (ПС)
  • Индукционная поляризация (ИК)

Удельное сопротивление (УС) называется электрическим и является по сути функцией протекания тока, с измерением сопротивления материала. Некоторые минералы, такие как кварц и мусковит, имеют высокое УС, другие имеют более умеренные значения (например, порода песчаник), а для некоторых УС низкое (например, глина, соленые грунтовые воды).  УС и проводимость материала являются обратно пропорциональными величинами.

Измерение называется удельным сопротивлением, когда изучение потенциала горных пород производятся контактным, или сфокусированным методом, через геофизический зонд, путем пропускания тока в горную толщу.

Например, УС в пористом чистом песчанике (т.е. без сланца) происходит в основном через жидкость в поровом пространстве. Таким образом, в отсутствие сланца УС в основном указывает на характеристики порового пространства (например, пористость, трещиноватость и состав поровой жидкости).  Характеристики порового пространства, как правило, значительно отличаются от пласта к пласту. По этой причине каротаж удельного сопротивления часто является полезным инструментом для изучения стратиграфии и истории осадконакопления, а также для определения нефтеносных горизонтов.

При использовании геофизических методов каротажа скважин важно понимать, что каждый метод имеет свои сильные и слабые стороны.

Братья Шлюмберже открыли миру целую науку, создав фундамент для ее развития. Сегодня геофизические исследования доступны в качестве коммерческих услуг от многих компаний. Современная геофизика совершенствуется, появляются новые методы изучений, создается программное обеспечение позволяющее корректно интерпретировать данные с построением 3D моделей, новых и текущих месторождений.

Геофизический каротаж скважин: Братья Шлюмберже
История нефти Новости и статьи Обучение, повышение квалификации

Работа и карьера