ВАЖНЫЕ ШАГИ В ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН

АННОТАЦИЯ

В статье рассказано о развитии геофизических исследований скважин (ГИС), начиная с первых проведенных измерений в скважине в 1906 году. Показаны шаги, которые продвинули ГИС вперед: проведение первого электрического каротажа, каротажа во время бурения, использование современных приборов ThruBit, с помощью которые проводят геофизические исследования скважин через долото.

Ключевые слова: Геофизические исследования скважин; первый электрический каротаж; первый каротаж во время бурения; ThruBit.

Геофизические исследования скважин (ГИС) – это важный комплекс мероприятий в нефтяной или газовой промышленности. С помощью каротажа можно получить информацию о геологическом разрезе скважины, т.е. о характере залегания пластов (особенно важны здесь продуктивные пласты), глубине их залегания, мощности и пористости, коллекторских свойствах, насыщении пластов интересующим флюидом и т.д. Помимо этого, данные ГИС могут дать информацию о техническом состоянии скважины, а так же о контроле режима, выбранного для процесса строительства скважины.

Самым первым применением ГИС в России можно считать начало двадцатого столетия, а конкретно 1906 год. Именно тогда русский геолог-нефтяник, Дмитрий Васильевич Голубятников, провел геотермические измерения в скважине, с помощью максимального термометра [5].

Спустя чуть более двух десятков лет, в СССР уже действовала большая научная структура, которая проводила серьезные и важные исследования, но теоретические. На практике дела обстояли хуже. Приборы, которые использовались, были основаны на магнитометрическом и гравитационном методах. На процессы наблюдения и вычисления с помощью таких приборов, требовались месяцы, порой даже более полугода.

Крупным шагом в геофизических исследованиях скважин стало появление электрического каротажа. 6 сентября 1927 года во Франции Конрад и Марсель Шлюмберже провели первое электрическое зондирование скважины. Эта работа велась долгое время. Еще в 1912 Конрад, ученый-физик, доказал зависимость удельного сопротивления горных пород от глубины залегания этих пород. Спустя годы они разработали прибор – потенциометр Шлюмберже, который дал возможность использовать электрические методы для разведки полезных ископаемых [3].

Уже через два года электрический каротаж, с замерами кажущегося сопротивления и поляризации скважин, т.е. с измерением удельного электрического сопротивления и естественных электрических потенциалов горных пород, был введен в Советском Союзе.

Далее развивались ядерные методы исследования скважин. Первым стал гамма-каротаж. В 1933 советские ученые Горшков, Шпак, Курбатов предложили исследовать скважины с помощью гамма-излучения горных пород, поскольку в них содержатся калий-40, уран и торий, а так же продукты их распада. В 1941 Бруно Понтекорво разработал нейтронный каротаж. Именно нейтронный каротаж считается первым использованием нейтронов в практических целях.

В конце 50-х годов Евгений Виллиамович Карус предложил акустический каротаж, который основывался на распространении упругих волн в горных породах. Очевидной его слабостью является наличие очень высокого уровня акустического шума, обычно встречающегося на поверхности вблизи работающей буровой установки.

Параллельно созданию новых методов ГИС появлялись методы, с помощью которых можно было проанализировать, в каком техническом состоянии находится скважина. Сюда относятся – кавернометрия (определение реального диаметра скважины), инклинометрия (показывает положение скважины в пространстве), термометрия (измерение геотермального градиента) и т.д. [5].

Следующим серьезным шагом становится появление того, что сейчас именуется как Measurement while drilling и Logging while drilling – это каротаж во время бурения. Суть метода заключается в том, что оборудование для каротажа является частью компоновки низа бурильной колонны. Благодаря этому можно сократить время строительства скважины, поскольку не надо будет дополнительно тратить время на спуск и подъем оборудования для ГИС, а делать это во время бурения.

Еще в 40-ых годах были патенты для применения каротажа во время бурения. Например, предлагалось вокруг бурильной трубы обернуть обмотку трансформатора с тороидальными катушками на ферромагнитных сердечниках, связь между ними устанавливалась бы с помощью радиорелейных станций. Так же предлагали использовать, в качестве носителя сигнала восходящий поток бурового раствора от забоя к устью. Сигнал должен передаваться электролитически высвобожденным водородом или радиоактивными элементами, однако такой метод имеет существенный недостаток – сигналы подвергаются существенной временной задержке, прежде чем они достигают поверхности, особенно если это касается глубоких скважин.

Первый рабочий инструмент смог описать в мае 1964 года Джон Арпс – инженер компании British-American Oil, сейчас она известна как Gulf Canada. Огромным плюсом было то, что бурильным трубам не требуются специальные электрические кабели или радиорелейные станции, что позволяло использовать стандартную колонну бурильных труб. Также сигнал передавался без искажений, даже под влиянием перепада давлений и с больших глубин, почти мгновенно. Скорость сигнала составляла 5000 фут/с (1524 м/с). Так же это не мешало нормальному бурению.

Еще можно отметить, что измерение радиоактивности при таком методе имеет более высокую точность и менее подвержено статистическим ошибкам из-за гораздо более длительного времени, доступного для измерений, чем при обычных методах регистрации радиоактивности. Можно более точно выбрать точки для отбора керна. Неожиданные ошибки могут быть немедленно выявлены во время бурения. Новые потенциальные пласты-коллекторы могут быть обнаружены во время бурения. Разработка скважины может быть остановлена на правильной глубине, что исключает дорогостоящее бурение ненужных метров ниже продуктивного пласта [1].

Однако активно, на производстве, данные технологии стали применяться в конце 70-х начале 80-х годов прошлого века. Вначале производили гамма-каротаж и каротаж сопротивления.

Но технический прогресс не стоит на месте. Приборы все улучшаются, становятся более мощными, точными и компактными. В 21 веке есть свои открытия. Так в 2008 году компания Schlumberger подала патент на ThruBit и ввела его в производство в 2014 году. ThruBit – это модульная компоновка приборов для геофизических исследований скважин, которая спускается в скважину через колонну бурильных труб, а затем выходит через отверстие в PDC (Polycrystalline diamond compact – поликристаллический алмазный композит) долоте. При этом приборы обладают малым диаметром (54 мм) и предназначены для работы в сложных геологических условиях.

В комплект ThruBit входят такие приборы как:

• Прибор телеметрии (состоит из блока памяти и зонда для гамма-каротажа).
• Прибор гамма-гамма литоплотностного каротажа (имеет сцинтилляционные детекторы, размещенные на прижимном шарнирном башмаке, что позволяет ему выполнять функцию одноосного каверномера).
• Прибор многозондового индукционного каротажа (со встроенным в него резистивиметром).
• Прибор нейтрон-нейтронного каротажа.
• Прибор спектрального гамма-каротажа.
• Зонд для акустического каротажа.

Можно применять трехмодульную сборку, которая называется Triple–combo, или четырехмодульную сборку, которая называется Quad–combo [2].

При этом их характеристики ничуть не хуже, а порой даже и лучше, чем у приборов для каротажа во время бурения. Для этого можно сравнить ThruBit с модулями от компании Башнефтегеофизика [4]. Данные приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнение ThruBit с приборами компании Башнефтегеофизика

Как видно, геофизика до сих пор развивается и улучшается. Создаются новые приборы, которые делают работу проще. Проблемы, которые раньше отнимали много времени, сейчас решаются гораздо быстрее. Так что в будущем нас еще ждут большие открытия, которые помогут снизить трудоемкость процесса.

Список литературы:

1. Arps J. J. The Subsurface Telemetry Problem-A Practical Solution / J.J. Arps, J.L. Arps // Journal of Petroleum Technology. – 1964. – №16 – С. 487-493.
2. ThruBit Геофизические исследования скважин через долото / брошюра компании Schlumberger. – 2015. – 20 с.
3. Джафаров К.И. Электрические методы разведки полезных ископаемых в СССР / К.И. Джафаров, А.К. Джафаров // Нефтяное хозяйство. – 2001. – №2 – С. 99-102.
4. Каротаж в процессе бурения LWD: сайт. – URL: https://www.bngf.ru/services/logging_while_drilling_lwd/ (дата обращения: 31.05.2020). – Текст: электронный.
5. Косков В.Н. Геофизические исследования скважин и интерпретация данных ГИС / В.Н. Косков, Б.В. Косков. – Пермь: Издательство Пермского государственного технического университета, 2007. – 317 с.