Геофізичні методи досліджень. Історичний розвиток геофізики.

Геофізичні дослідження у свердловинах – група методів, основаних на вивченні природних і штучно створюваних фізичних полів (електричних, акустичних і ін.), фізичних властивостей гірських порід, пластових флюїдів, вмісту і складу різних газів у буровому розчині. Застосовуються для вивчення геологічного розрізу свердловин і масиву гірських порід у навколосвердловинному і міжсвердловинному просторах, контролю технічного стану свердловин і розробки нафтових та газових родовищ.

Одержані дані забезпечують розчленування розрізу свердловин на пласти, визначення їх літології і глибини залягання, виявлення корисних копалин (нафти, газу, вугілля і інш.), кореляцію розрізів свердловин, оцінку параметрів пластів для підрахунку запасів (ефективну товщину, вміст корисних копалин), визначення об’єму покладу нафти, газу, вугілля або рудного тіла і ін.

Геофізичні методи діляться на дві категорії: І – методи вимірювання природних земних полів (гравітаційного, магнітного і електричного), ІІ – штучно створюваних полів.

Геофізичні дослідження, що виконуються в свердловинах, діляться на наступні дві групи:

1. Об'ємні геофізичні дослідження з використанням свердловин, які відносяться до так званої свердловинної геофізики, цілі і завдання якої схожі з польовою розвідувальною геофізикою і направлені на збільшення дальності досліджень. У свердловинній геофізиці виділяють відповідно свердловинну електророзвідку зі всім різноманіттям її методів, свердловинну магніторозвідку і ін.

2. Геофізичні вимірювання, що виконуються з метою вивчення геологічних розрізів свердловин і дають інформацію про ближню зону, тобто про породи, що безпосередньо примикають до стінки свердловини, називають геофізичним дослідженням свердловин (ГДС) (каротаж).

Геофізичні методи дають якнайкращі результати, коли фізичні властивості досліджуваних порід, що картографуються, істотно відрізняються від властивостей порід, що граничать з ними. Геофізичні дослідження всіх типів включають збір первинного матеріалу в польових умовах, обробку і геологічну інтерпретацію отриманих даних.

Зародження геофізичних методів розвідки пов'язане з початком використання магнітних компасів для пошуку залізняку і електричних вимірювань для виявлення сульфідних руд. Застосування геофізичних методів розширилося в 1920-х роках, коли гравіметричні і сейсмічні дослідження довели свою ефективність у виявленні соляних куполів і пов'язаних з ними нафтових покладів на узбережжі Мексиканської затоки в США і Мексиці.

Геофізичні дослідження свердловин (ГДС) дозволяють поліпшити геологічну вивченість розрізів свердловин, прискорити і здешевити процес буріння.

Відомі такі різновиди каротажу: електричний каротаж (бічне каротажне зондування, мікрокаротаж, бічний мікрокаротаж тощо), електромагнітний каротаж (індукційний каротаж, діелектричний та інші види), радіоактивний каротаж (нейтронний каротаж, гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж тощо), акустичний каротаж та газовий каротаж, а також випробовування пластів, відбирання зразків порід зі стінок свердловини (свердлильними та стріляючими ґрунтоносами), вимірювання діаметру свердловини, метод тривалості проходження тощо.

Історичний розвиток геофізики.

Геофізичні дослідження свердловин є одним із розділів прикладної геофізики, в якому за допомогою сучасних фізичних (фізико-хімічних, геохімічних) методів досліджень геологічного середовища в системі «свердловина – гірські породи» вирішуються геолого-геофізичні, технічні, інженерно-гідрогеологічні та інші задачі.

В історії розвитку ГДС можна виділити декілька основних етапів, кожен з яких характеризується певними науковими і технологічними ідеями і досягненнями.

На початковому етапі (1906-1930) відбувалося становлення перших методів геофізичних досліджень свердловин. Так, геотермічні виміри в артезіанських, а потім і в нафтових, свердловинах розпочалися на початку ХХ ст. (1906-1916 рр.) за ініціативою відомого російського геолога Д. В. Голубятнікова. Але відсутність спеціальних свердловинних термометрів, що дозволяли б реєструвати зміну температури з глибиною, суттєво обмежила широке впровадження таких вимірів у практику вивчення геологічних розрізів, розкритих свердловинами.

Перші виміри питомого електричного опору гірських порід у свердловинах відносяться до 1921 року, коли брати Конрадом і Марселем Шлюмберже поставили електророзвідувальні роботи у свердловинах вугільного басейну Gard (Франція), що за ідеєю М. Шлюмберже повинно було допомогти у тлумаченні результатів досліджень, виконаних на поверхні. Пізніше, в 1927-1928 рр. у Франції та з 1929 р. в Радянському Союзі (за ініціативою І. М. Губкіна та Д. В. Голубятнікова), розпочалися системні дослідження розрізів нафтогазових свердловин за допомогою методу опорів, а з 1931 р. – методом самочинної (природної) поляризації гірських порід.

У період 1930-1960 років були розроблені та впроваджені в практику досліджень основні методи каротажу: електричні (метод опорів, метод реєстрації струму, електричні мікрометоди, самочинної та викликаної поляризації та ін.), електромагнітні (індукційні, діелектричні), магнітні та ядерно-магнітні, ядерні (методи природної радіоактивності, розсіяного гамма-випромінювання, нейтронні та інші методи), сейсмоакустичні, термічні, геохімічні. На цьому етапі розроблялися фізичні основи методів (розв’язувалися прямі задачі), створювалася апаратура та вдосконалювалася методика проведення досліджень. Одночасно вирішувалися обернені задачі, розроблялися методики якісної та кількісної інтерпретації.

Висока ефективність електричних методів дала поштовх розвитку іншим геофізичним дослідженням свердловин. У 1932-1933 рр. В. А. Соколовим, М. В. Абрамовичем, М. І. Бальзаміновим та іншими запропоновані геохімічні методи досліджень (газометрія свердловин у процесі буріння, після буріння, хроматографічний аналіз та ін.). В 1934 р. Г. В. Горшков, О. Г. Граммаков, В. А. Шпак, Л. М. Курбатов запропонували гамма-метод, а в 1940 р. Б. М. Понтекорво розробив нейтронний гамма-метод.

У наступні роки розробляються та впроваджуються інші численні методи ГДС. В 1934 р. К. Шлюмберже, а в 1937 – В. С. Воюцьким запропонована та обґрунтована можливість використання пружних коливань для дослідження свердловин. У промислових масштабах метод акустичного каротажу для дослідження розрізів свердловин почав застосовуватися в США з 1952 р. В 1936 р. В. А. Шпак розробив метод магнітного дослідження розрізів свердловин. В 1946 р. В. М. Дахнов запропонував метод опору екранованого заземлення (боковий каротаж). В 1948-1953 рр. під керівництвом Г. Долля створюються мікробоковий та індукційний методи. В 1953-1958 рр. в Радянському Союзі були запропоновані модифікації щільнісного та селективного гамма-гамма-методів (О. П. Очкур, Ю. П. Булашевич, Г. М. Воскобойніков та ін.).

Паралельно з розвитком методів ГДС впроваджувалися геофізичні методи контролю за технічним станом свердловин та розробкою родовищ корисних копалин (перш за все нафтових та газових). В 1933-1934 рр. в Азербайджані (Баку), Північному Передкавказзі (Грозний), а потім в інших нафтогазових провінціях Радянського Союзу починають використовуватися резистивіметрія, термометрія, цементометрія. У ці ж роки для розкриття нафтоносних і газоносних пластів, відбору зразків гірських порід та проб пластових флюїдів були розроблені перфоратори, стріляючі бокові ґрунтоноси (Г. С. Морозов, Г. М. Строцький, К. І. Бондаренко та ін.). В 1944 році на основі розробок І. М. Шевченко в Грозному був створений перший електромеханічний інклінометр, призначений для вимірів зенітного та азимутального кутів свердловини, що визначають її положення у просторі.

Розвиток геофізичних методів став можливим завдяки розробці їх теоретичних основ та петрофізичного обґрунтування. Так, у 1932 році В. А. Фок запропонував розв’язок задачі про потенціал електричного поля точкового джерела в свердловині, що стало основою каротажу за методом опорів. В загальному вигляді теорія методу опорів розроблена Л. М. Альпіним та С. Г. Комаровим. Подальший розвиток теорії електричних методів пов’язаний з іменами С. М. Аксельрода, Н. Н. Сохранова, В. М. Дахнова, Б. Ю. Вендельштейна, А. М. Нечая та ін. Початок робіт по теорії радіоактивних методів дослідження свердловин в СРСР був закладений у 1942 р. роботами А. І. Заборовського, Г. В. Горшкова та пізніше Ю. П. Булашевича. Значна роль у петрофізичному обґрунтуванні методів ГДС та інтерпретації їх результатів належить В. М. Дахнову, В. М. Кобрановій, Б. Ю. Вендельштейну, В. В. Ларіонову, М. Г. Латишовій та ін.

Наступний етап (1960-1980) пов’язаний із революцією в області створення новітніх засобів обчислення, що дозволило використовувати розробки прикладної математики для розв’язку прямих та обернених геолого-геофізичних задач при вдосконаленні вже існуючих та створенні нових методів ГДС.

В цей період розпочалося впровадження цифрової реєстрації даних каротажу, а використання ЕОМ дозволило підвищити ефективність обробки та інтерпретації матеріалів ГДС (С. Г. Комаров, А. Є. Кулінкович, Н. Н. Сохранов, С. М. Зунделевич, Е. Ю. Миколаєвський та ін.). Перша в СРСР система «Каротаж» була створена у ВНДІГеофізики в 1964 році, що забезпечувала автоматичну оперативну та зведену інтерпретацію даних ГДС на основі попластової обробки.

Сучасний етап історії ГДС обумовлений бурхливим розвитком мікроелектроніки, підвищенням надійності та функціональності свердловинної апаратури, усуненням технічних обмежень на обробку величезних цифрових масивів вхідної інформації в режимі реального часу. Цей час характеризується комп’ютеризацією ГДС, створенням цифрової багатоканальної модульної свердловинної та наземної апаратури (НВЦ «Тверьгеофізика», «Київський завод Геофізприлад»). Впроваджуються програмно-керовані каротажні автоматичні станції (ВНДІГеофізики, 1983-1984 рр.). Сучасні каротажні лабораторії дозволяють проводити попередню обробку зареєстрованих даних прямо на борту станції та мають при цьому вельми компактні розміри (каротажний комплекс «МЕГА» – спільна розробка ВАТ «ОКБ геофізичного приладобудування» і ЗАТ «ПГО Тюменьпромгеофізика», 2002 р.). Успішно розробляються та впроваджуються в практику ГДС багатозондові модифікації нейтронного каротажу (Д. О. Кожевников, В. С. Месропян, Р. С. Челок’ян, В. В. Кулік).

Новітні технології буріння, насамперед похило-спрямованих та горизонтальних свердловин, дали поштовх розвитку інформаційно-вимірювальних систем, що дозволяють вирішувати задачі геонавігації свердловини та вивчення геологічного середовища методами ГДС в режимі реального часу безпосередньо під час буріння (вибійних телеметричних LWD- та MWD-систем). Геофізична апаратура, що розміщується на борту вибійної телесистеми, дозволяє в процесі буріння отримувати та передавати на поверхню за допомогою кабельного, електромагнітного, гідравлічного та акустичного каналів зв’язку інклінометричну та геофізичну інформацію.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: