ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА УМОВИ ВИМІРІВ У СВЕРДЛОВИНАХ
Як зазначалося вище, об’єктом досліджень виступає складна багатокомпонентна дифузна система «свердловина – гірські породи».
Свердловина являє собою циліндричну гірську виробку, довжина якої є значно більшою за її діаметр. Вона складається з трьох основних частин: гирла (верх свердловини), вибою (дно свердловини) та стовбура (уся циліндрична частина від гирла до вибою). Просторове положення стовбура свердловини у гірських породах в загальному випадку може бути довільним. Найбільш розповсюджені вертикальні та нахилені свердловини; останнім часом все більшого об’єму набуває буріння горизонтальних свердловин.
Рис. 2. Схематичне зображення бурової установки. Стрілками позначений напрям руху промивальної рідини під час буріння.
Процес буріння полягає у розкритті (розбурюванні) гірських порід буровим інструментом (буровими долотами різних типів). При цьому частинки розбуреної гірської породи (шлам) з вибою на поверхню виносяться за допомогою бурового розчину (промивальної рідини), що безперервно циркулює в свердловині під час буріння. Буровий розчин подається за допомогою насосів з поверхні в колону бурильних труб, потрапляє на вибій крізь отвори у долоті (промиваючи його при цьому), підхоплює уламки гірських порід та повертається на поверхню із зовнішньої сторони колони бурильних труб. Напрямки руху бурового розчину позначені на рис. 2 стрілками.
В якості промивальної рідини при бурінні використовують воду, глинисті та глинисто-вапнякові розчини, розчини на нафтовій основі, емульсійні та інші розчини. Найбільш широкого застосування набули глинисті розчини. Необхідно підкреслити, що від фізико-хімічних властивостей промивальної рідини (зокрема, питомого електричного опору ρр) залежить ефективність методів геофізичних досліджень свердловин (ГДС).
Після закінчення буріння та проведення ГДС у відкритому стовбурі свердловину укріплюють обсадними металевими колонами. Простір між обсадною колоною та стінками свердловини заповнюється цементним розчином для закріплення свердловини та усунення штучного гідродинамічного зв’язку між окремими пластами.
Гірські породи мають різні механічні властивості. Щільні зцементовані породи при розбурюванні в околі стінок свердловини не руйнуються (щільні різновиди пісковиків, вапняків, доломітів, магматичні породи), і діаметр свердловини напроти таких порід дорівнює номінальному діаметру долота ( 
); глинисті породи, солі, навпаки, розмиваються промивальною рідиною, внаслідок чого утворюються каверни, тобто збільшення діаметру свердловини ( 
).
В розрізах нафтогазових свердловин найбільший інтерес викликають пористі проникні пласти (пласти-колектори), що здатні пропускати крізь себе рідину (воду, нафту, газ, конденсат) при певних перепадах тиску. Розкриття порід під час буріння відбувається, зазвичай, при переважанні тиску в свердловині над тиском у пласті-колекторі, тому в пористі породи проникає промивальна рідина. При цьому, оскільки пори порід-колекторів зазвичай мають невеликі радіуси (від одиниць до сотень мікрометрів), то в такі породи потрапляє тільки фільтрат промивальної рідини, а глинисті частинки осаджуються на стінках свердловини, утворюючи навпроти проникних пластів глинисту кірку,товщина якої 
може сягати 3 см,що обумовлює зменшення діаметру свердловини ( 
).
Частина проникного пласта, в яку потрапив фільтрат промивальної рідини, називається зоною проникнення. Тут фільтрат змішується з пластовою рідиною, і питомий електричний опір ρзп цієї зони змінюється в радіальному напрямку (перпендикулярно до вісі свердловини). Із збільшенням відстані від стінки свердловини об’єм фільтрату в одиниці об’єму породи поступово зменшується і опір зони проникнення ρзп досягає значення опору незміненої частини пласта ρп. Умовно зоною проникнення вважають концентричний шар з ефективним діаметром Dзп та постійним опором ρзп. Поняття ефективного діаметру зони проникнення з постійним опором вводиться для апроксимації реального неоднорідного середовища і приймається з таким розрахунком, що його вплив на результати вимірів опору в неоднорідному середовищі (зоні проникнення) є еквівалентним фактичному діаметру зони проникнення. Найбільш змінена частина пласта поблизу стінки свердловини називається промитою зоною пласта (Dпп). В цій частині пласта фільтрат промивальної рідини практично повністю витісняє природні флюїди, що насичують пласт.
Рис. 3. Модель свердловини, якою розкритий осадовий розріз. В межах пласта колектора виділяють: І – промита частина пласта; ІІ – зона проникнення; ІІІ – незмінена частина пласта.
Крім того, зі зміною глибини свердловини постійно змінюються термобаричні умови досліджень (Р, Т). Необхідно також зазначити, що геологічні розрізи відрізняються один від одного не тільки за літологією (теригенні, карбонатні, хемогенні та інші розрізи), але і за потужністю пластів (від перших десятків сантиметрів до десятків та сотень метрів).
Таким чином до умов вимірювань слід віднести:
- цільове призначення (нафтогазова, вугільна, рудна, гідрогеологічна), конструкцію (обсаджена чи необсаджена) та геометрію свердловини (глибина, діаметр, вертикальна чи похилоспрямована);
- тип промивальної рідини (водна чи нафтова основа, наявність чи відсутність різного роду хімреагентів) та її фізико-хімічні властивості;
- тип досліджуваного розрізу (за літологією та потужністю пластів);
- термобаричні умови.
Перераховані вище чинники визначають конструктивні особливості геофізичної апаратури вцілому та її окремих частин.
Умови вимірювань впливають на вибір раціонального комплексу методів ГДС, на результати досліджень, тому обов’язково мають бути враховані при обробці та інтерпретації отриманих даних. Так, в умовах обсаджених свердловин і свердловин, заповнених непровідною промивальною рідиною, електричні методи є неефективними, натомість, підвищується роль ядерних і акустичних. В умовах не обсаджених свердловин, коли високоомні породи розкриті на низькоомному буровому розчині, електрохімічні методи та методи позірного опору будуть малоінформативними, і тоді необхідно використовувати методи ефективного опору (див. глави 1, 2).
ОСНОВНІ ЗАДАЧІ ГДС
Головним напрямком в структурі ГДС є вивчення геологічного розрізу. В рамках цього напрямку вирішуються наступні основні задачі: розчленування розрізу на окремі пласти і прошарки; визначення літології пластів; виділення інтервалів, перспективних на вміст корисних копалин; кількісна оцінка вмісту корисних копалин у виділених інтервалах.
Вивчення технічного стану свердловин передбачає: визначення діаметру свердловини (кавернометрія, профілеметрія); визначення просторової орієнтації траєкторії свердловини (інклінометрія); визначення рівня підйому цементу в затрубному просторі та якості цементування обсадних колон (цементометрія); контроль за станом обсадних труб (дефектометрія) та вирішення інших задач.
Напрямок ГДС, що базується на прямих методах досліджень, вирішує наступні задачі: відбір зразків гірських порід; опробування пластів; вивчення бурового розчину та шламу на предмет нафтогазонасичення порід, що розбурюються.
Визначення поточного положення водонафтового (ВНК), газонафтового (ГНК) та газоводяного (ГВК) контактів та контроль за їх зміною у часі і просторі; вивчення параметрів зони проникнення в процесі розробки нафтогазових родовищ; вивчення процесів, пов’язаних з дебітами пластових флюїдів, – ці та інші задачі складають сутність моніторингу за розробкою родовищ корисних копалин.
§5. КЛАСИФІКАЦІЯ ГЕОФІЗИЧНИХ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ СВЕРДЛОВИН (ГМДС)
Означені задачі вирішуються за допомогою методів досліджень та спеціальних робіт у свердловинах.
ГМДС прийнято класифікувати за типом фізичних полів (електромагнітні, радіоактивні та ін. поля) та їх походженням (штучні та природні поля).
I. ЕЛЕКТРИЧНІ, ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ МЕТОДИ.
1. Методи електрохімічних полів.
1.1. Метод самочинної (природної) поляризації (СП) та його модифікації: метод градієнта СП, метод електродних потенціалів (МЕП), метод гальванічних пар (МГП).
1.2. Метод викликаної поляризації (ВП).
2. Методи, що базуються на вивченні питомого електричного опору ( 
) гірських порід.
2.1. Методи позірного опору ( 
):
· метод вимірювання позірного опору стандартним зондом – стандартний каротаж[2];
· бокове електричне зондування (БЕЗ);
· мікрозондування (МЗ);
· резистивіметрія.
2.2. Методи ефективного опору ( 
), або опору заземлення (ОЗ), і реєстрації струму:
· боковий каротаж (БК);
· боковий мікрокаротаж (БМК);
· методи реєстрації струму.
3. Електромагнітні та магнітні методи.
3.1. Індукційні методи (ІМ).
3.2. Діелектричний метод (ДМ).
3.3. Магнітні методи (ММ).
3.4. Ядерно-магнітний метод (ЯММ).
II. РАДІОАКТИВНІ (ЯДЕРНІ) МЕТОДИ.
При класифікації радіоактивних методів можливі два підходи: за типом первинного поля, що провокує виникнення вторинних ядерно-фізичних полів, або за типом вторинного випромінювання, що безпосередньо реєструється. В даному підручнику прийнята класифікація за типом випромінювання, що реєструється – гамма- та нейтронні методи.
1. Методи природної радіоактивності.
1.1. Методи природного гамма-поля:
· гамма-метод (ГМ);
· гамма-метод спектральний (ГМ-С).
2. Методи штучної радіоактивності.
2.1. Гамма-методи:
· гамма-гамма метод щільнісний (ГГМ-Щ);
· гамма-гамма метод селективний (ГГМ-С);
· рентгенорадіометричний метод (РРМ);
· нейтронний гамма-метод (НГМ);
· нейтронний гамма-метод спектральний (НГМ-С);
· імпульсний нейтронний гамма-метод (ІНГМ).
2.2. Нейтронні методи.
· нейтрон-нейтронний метод за надтепловими нейтронами (ННМ-НТ);
· нейтрон-нейтронний метод за тепловими нейтронами (ННМ-Т);
· імпульсні нейтрон-нейтронні методи (ІННМ-НТ, ІННМ-Т);
· гамма-нейтронний метод (ГНМ).
III. СЕЙСМОАКУСТИЧНІ МЕТОДИ.
1. Акустичні методи.
1.1. Ультразвуковий метод (звичайний акустичний метод – АМ).
1.2. Низькочастотний широкосмуговий акустичний метод (НШАМ).
1.3. Метод акустичного телебачення.
2. Сейсмометрія свердловин.
2.1. П’єзоелектричний метод.
2.2. Вертикальне сейсмічне профілювання (ВСП).
2.3. Метод міжсвердловинного прозвучування та ін.
IV. ТЕРМІЧНІ МЕТОДИ.
1. Метод природного теплового поля Землі – геотермія.
2. Метод штучного теплового поля.
V. ГЕОХІМІЧНІ МЕТОДИ ТА ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ (ГТД) СВЕРДЛОВИН.
1. Геохімічні методи.
1.1. Газометрія свердловин в процесі буріння.
1.2. Газометрія свердловин після буріння.
1.3. Хроматографічний аналіз проб бурового розчину.
1.4. Люмінесцентно-бітумінологічний метод.
1.5. Метод селективних електродів.
2. Геолого-технологічні дослідження.
2.1. Детальний механічний метод (метод реєстрації швидкості буріння).
2.2. Контроль за фізико-хімічними властивостями (щільність, в’язкість та ін.) промивальної рідини.
2.3. Визначення фізико-механічних та колекторських властивостей шламу та керну (щільність, пористість, проникність, глинистість та інші властивості).
Крім означених вище методів, що призначені переважно для дослідження розкритих гірських порід, у свердловинах обов’язково проводяться наступні види спеціальних робіт, пов’язаних із визначенням:
- геометрії свердловини (кавернометрія, профілеметрія);
- поточних координат вибою свердловини (геонавігація);
- висоти підйому цементу в затрубному просторі та якості цементування (цементометрія);
- технічного стану колони бурильних труб (дефектометрія, прихватометрія, локація муфт).
Окремо необхідно виділити такі специфічні роботи як прострілочно-вибухові роботи та відбір зразків гірських порід і пластових флюїдів у свердловинах.