Характеристики об’єктів дослідження в свердловинах
В геофізиці головним об’єктом вивчення є гірські породи та корисні копалини, які з ними пов’язані. При каротажі отримують відомості про склад порід, глибину та форму їх залягання, потужності та наявність в них корисних копалин. Ці відомості отримують шляхом вивчення фізичних і фізико-хімічних полів різної природи, інтенсивність яких залежить від петрофізичних характеристик об’єкту, його геологічної будови та потужності штучного джерела поля. При геофізичних дослідженнях гірські породи та корисні копалини вивчаються безпосередньо в розрізі свердловин.
Розкриваючи товщі гірських порід, свердловина порушує їх природне залягання. У результаті цього, частково змінюються фізико-хімічні умови навколишнього середовища та петрофізична характеристика порід, які прилягають до стінки свердловини, а також змінюються початкові геостатичні тиск і температура.
Гірські породи володіють різними механічними властивостями. Щільні зцементовані породи при розбурюванні поблизу стінки свердловини не руйнуються. Рихлі, крихкі, тріщинуваті породи – навпаки, розмиваються промивною рідиною, внаслідок чого утворюються каверни, тобто збільшується діаметр стовбура свердловини.
Розкриття порід при бурінні здійснюється, як правило, при тиску в свердловині, який перевищує пластовий, тому в пористі, проникні породи проникає промивна рідина та її фільтрат. Промивна рідина складається з твердої та рідкої фаз. Коли розмір пор і тріщин у гірських породах більший розмір частинок твердої фази промивної рідини, то остання вільно під впливом перепадів тиск “свердловина-пласт” проникає в пори та тріщини. В тих випадках, коли розмір пор породи значно менший розміру частинок твердої фази, то в такі породи проникає тільки фільтрат промивної рідини, а тверда фаза у вигляді глинистих частинок та уламків різних гірських порід осідає на стінці свердловини, утворюючи при цьому так звану “глинисту кірку”. Глиниста кірка може змінити діаметр свердловини (зменшити його), що перешкоджає вільному руху свердловинних пристроїв по стовбуру свердловини. Але глиниста кірка має також і позитивний вплив на гірські породи, а саме: вона запобігає руйнуванню породи та понижує подальше поступлення фільтрату рідини у пласт.
У результаті дії промивної рідини на проникний пласт під тиском, який перевищує пластовий, утворюється так звана змінена присвердловинна зона пласта. В цій зоні фізичні властивості гірських порід змінені (відносно віддаленої частини пласта). Насамперед змінюється фізико-хімічний склад флюїду в поровому просторі. При взаємодії фільтрату промивної рідини з породою можуть відбутися різні фізико-хімічні процеси: набухання глинистих частинок, реакції окислення та відновлення, утворення потенціалів фільтрації.
Присвердловину частину проникного пласта умовно поділяють на такі зони:
Ø глиниста кірка (1-10 мм);
Ø зона кольматації – це зона, в яку проникають тверді частинки бурового розчину (2-3 см);
Ø промита зона – це найбільш змінена частина пласту поблизу стінки свердловини (5-15 см);
Ø зона проникнення фільтрату (від декількох см до 10 м).
Схематично будова присвердловинної зони показана на рисунку 1.1
При вивченні фізичних характеристик незміненої частини пласта геофізичними методами сама свердловина, промита зона і зона проникнення фільтрату промивної рідини є перешкодами для встановлення дійсних параметрів породи – її пористості, проникності, глинистості, нафтогазонасичення та інших. Для усунення впливу зміненої частини пласта на покази геофізичних методів створені спеціальні апаратурні пристрої, які дозволяють збільшити глибинність методу в радіальному напрямку, а також розроблені способи інтерпретації, які дозволяють виключити вплив діаметру свердловини та промивної рідини, діаметрів промитої зони і зони проникнення та їх фізичних властивостей.
Для буріння свердловини в якості промивних рідин, які використовуються для виносу на поверхню розбурених частинок гірської породи, а також для укріплення стінок свердловини та обертання долота при турбінному бурінні, застосовується спеціально приготований глинистий розчин із добавками різних реагентів і обважнювачів, технічна вода, яка збагачена глинистими частинками із глинистих товщ, що розбурюються, і так звані не фільтруючі розчини на нафтовій або інших основах. Промислові рідини характеризуються певною густиною, в’язкістю, вмістом піску, концентрацією розчинених солей та іншим.
1 – щільний вапняк; 2 – глина; 3 – проникний пісковик; 4 – зона проникнення фільтрату промивної рідини; 5 – промита зона; 6 – глиниста кірка;7 – цемент; 8 – колона; dс, dк, dо.к, Dзп, Dпп – відповідно, діаметр свердловини, каверни, обсадної колони, зони проникнення та промитої зони; hгк – товщина глинистої кірки; h – потужність пласта
Рисунок 1.1 – Схема ділянки розрізу гірських порід в необсадженій (а) та обсадженій колоною (б) свердловинах
Після закінчення буріння та проведення геофізичних досліджень у відкритому стовбурі свердловини її зміцнюють обсадними металічними колонами. Простір між опущеною колоною та стовбуром свердловини заповнюють цементним розчином. Дослідження розрізів свердловин, які закріплені металічними трубами можна проводити тільки методами радіометрії, термометрії, сейсмометрії.
При вимірюванні радіоактивних, теплових, акустичних полів на покази методів у закритому стовбурі свердловин здійснює вплив не тільки свердловина, промита зона і зона проникнення, а і товщина обсадних колон, їх матеріал, товщина цементного каменю в затрубному просторі та якість його зчеплення з колоною та породами (Рис. 1.1).