Способ геофизического исследования скважин Советский патент 1993 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано для эффективного выделения электропроводящих подсечений пространства скважин непосредственно в процессе бурения.

Цель изобретения - повышение оперативности и эффективности выделения и изучения электропроводящих зон.

При бурении скважин происходит сильный разогрев околозабойного пространства, В целях предотвращения теплового разрушения бурового инструмента в скважину закачивается промывочная жидкость (буровой раствор). Вследствие растворения в этой жидкости вмещающих пород околозабойного .пространства образуется электролит, электрохимические свойства которого зависят от температуры, типа и концентрации растворенных в нем ионов,

Регистрируемая разность потенциалов Ли есть сумма электродвижущей силы гальванической ячейки Ј (Q, Т), зависящей от температуры Т и элементов, участвующих в реакции; собственно термоэлектродвижущей силы электропроводящих зон ет, вызванной разностью температур в забойной и удаленной частях электропроводящих пластов; естественного самопроизвольного потенциала Јсп, обусловленного окислительно-восстановительными реакциями циркулирующих грунтовых вод, богатых кислородом и углекислым газом с сульфидами:

AU Ј(Q, Т)+ ет+ Јсп.

0)

где е (Q, Т) - ЭДС гальванической ячейки, образованной нижним концом колонны бурильных труб, присутствующим рудным телом и буровой жидкостью при любой температуре, определяется посредством линейной интерполяции табличных значений ЭДС и температурного коэффициента ЭДС гальванической ячейки (д t: (Q.T)/ д Т).

(Л

С

00

ч

00

ел

-ч

ы

Так как полная смена бурового раствора происходит за 3-4 ч при скорости бурения порядка 0,5 м/ч с достаточной степенью точности, в процессе измерения можно пренебречь изменениями ЭДС ячейки в однородной зоне скважины. При переходе бурового инструмента из одной зоны в другую (например, из электропроводящей в изолятор или диэлектрик) ЭДС ячейки существенно изменится в силу смены компонент, участвующих в электрохимической реакции и определяющих электрические свойства ячейки.

Отметим, что значения ЭДС гальванических ячеек, соответствующих по составу контакту бурильных труб с сульфидными рудами, и значения ЭДС, получаемые путем интерполирования на заданную температуру, по порядку абсолютной величины совпадают со значениями самопроизвольного потенциала или превосходят его. CT - термоэлектродвижущая сила электропроводящих зон возникает в результате установившегося в процессе бурения постоянного градиента температур v Т между забойным участком скважины -и холодным концом залежи и приводит к перераспределению заряда по ее поверхности. Для простоты предположим, что буровой инструмент проходит в однородной рудной зоне, образованной пиритами или халькопиритами. В этом случае разность установившихся потенциалов между верхним концом колонны бурильных труб и электродом сравнения определяется как

-Ј

отн

оТ,

где Т2 и Ti - температуры горячего и холодного конца залежи;

SOTH - коэффициент относительной термоэлектродвижущей силы среды, равный разности коэффициента термоЭДС стали, из которой изготовлена колонна бурильных труб Зет, и коэффициента термоЭДС руды Sp. В силу того, что коэффициент термоЭДС типичного металла много меньше ко- эффициента термоЭДС полупроводниковой руды, можно считать, что ScT/Sp « 1; Збтн Sp, тогда измеряемая разность потенциалов определится как

-I

SPdT.

Считая, что перепады температур составляют несколько десятков градусов и используя

средние значения коэффициентов термоЭДС полупроводниковых руд, полученные с использованием выражения (2), находят, что наблюдаемая разность потенциалов, обус5 ловленная собственной электродвижущей силой, составляет несколько десятков милливольт: ет «-3,5 -КГ4 В/К -102 К «-3,5х x1(P В. Из проведенных ранее исследований коэффициента термоЭДС различных

10 сульфидных соединений следует, что эти данные могут быть использованы для детального расчленения электропроводящих зон и по их термоэлектрическим свойствам. Несмотря на то, что при переходе буро15 вого инструмента из электропроводящей зоны в непроводящую среду ЭДС гальванической ячейки существенно изменится в силу смены компонент, участвующих в электрохимической реакции, этот эффект

20 проявится только после полной смены бурового раствора. В то же время охлаждение электропроводящего слоя промывочной жидкостью приводит к резкому уменьшению перепада температур в электропрово25 дящей зоне. Следовательно, в этом случае резко уменьшается вклад от термоэлектродвижущей силы, обусловленной перепадом температур, вплоть до полного исчезнове- , ния, что позволяет достаточно четко фикси30 ровать момент пересечения нижней границы рудного подсечения. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается физически иным подходом к исследованию неодно35 родностей скважинного пространства и существенно большей в сравнении с ранее используемыми методами исследования . скважин информативностью.

Предлагаемый способ позволяет более

40 детально и последовательно на основе электрических, термоэлектрических и электрохимических свойств вмещающей среды, по наблюдаемым в электропроводящих зонах аномалиям кривой распределения потенци45 ала, выделять неоднородности скважинного пространства, причем все измерения проводятся непосредственно в процессе бурения. Пример. Полевое опробование предлагаемого способа проведено на рудных

50 скважинах №2530 и №2528(11 ствол) Ново- Учалинского медно-цинкового месторождения. Проходка скважин осуществлялась колонковым бурением с алмазной коронкой диаметром 59 мм.

55 Результаты измерений разности потенциалов между электродом, образованным колонкой бурильных труб, и электродом, сравнения представлены на фиг.1, 2 соответственно для скважин 2530 и 2528. Резкое скачкообразное увеличение разности потенциалов, зарегистрированное на глубине 951 м в скв. 2530 (фиг. 1) соответствует касанию нижней частью бурового инструмента кровли рудного тела, С увеличением глубины погружения бурового инструмента на- блюдается незначительное изменение потенциала, связанное с пересечением дайки диабазов на глубине 975-977 м. При прохождении серицит-пирит-кварцевых пород с густой вкрапленностью сульфидов наблю- дается уменьшение разности потенциалов. Отметим, что по техническим причинам бурение скважины 2530 было прекращено на глубине 1118,7 м, до подсечения нижней части рудного тела, поэтому и на приведен- ных кривых не удается расчленить нижнюю переходную зону.

Бурение скважины 2528 велось до под- сечения нижней части рудного тела, и на приведенной кривой распределения раз- ности потенциалов (см. фиг.2) достаточно четко фиксируется переход бурового инструмента из рудного тела.

Сопоставление наблюдаемых значений разности потенциалов при бурении рудной зоны скважин с классификацией вмещающих пород по их термоэлектрическим и электрическим свойствам позволяет установить, что основной вклад в измеряемый потенциал вносят элементы, участвующие р окислительно-восстановительной реакции. Действительно, сравнение табличных данных для потенциалов водных растворов меди и цинка и полученных значений потенциалов 350 мВ позволяет заключить, что они согласуются по известному порядку. Отклонения могут быть отнесены как за счет естественного поля, так и за счет собственно термоэлектродвижущей силы руды и составляют 15-20% от величины наблюдаемой разности потенциалов. Так,

типичные значения естественного поля на Ново-Учалинском месторождении составляют 60-80 мВ, а собственно термоэлектродвижущая сила электропроводящей зоны дает вклад порядка 30-50 В для однородных пропластков и может изменяться в этих же пределах в неоднородных пропластках.

Отметим, что с помощью существующих аналитических методов может быть выполнено не только качественное, но и количественное разделение вкладов в наблюдаемые значения разности потенциалов, а по характеру регистрируемых аномалий потенциала возможно моделирование геометрии рудной залежи.

Таким образом, предлагаемый способ геофизического исследования скважин позволяет выделять и изучать электропроводящие подсечения скважинного пространства непосредственно во время бурения скважин.

Формула изобретения

Способ геофизического исследования скважин, заключающийся в измерении разности потенциалов естественного электрического поля между электродом сравнения, заземленным на дневной поверхности у устья скважины, и электродом, перемещающимся вдоль ее ствола, выделении неоднородностей скважинного пространства и суждении о их составе, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и эффективности выделения электропроводящих зон, разность потенциалов измеряют непосредственно в процессе бурения, в качестве перемещающегося вдоль ствола скважины электрода используют колонну буровых труб, о составе электро- проводящих зон судят по амплитуде аномалий разности потенциалов с учетом известных значений коэффициентов термо- ЭДС для данного месторождения.

Зслобные обозначения: диадаз, диаёазодый афирит

Использование: при геофизическом исследовании скважин. Сущность изобретения: измеряют разность потенциалов между электродом сравнения, заземленным на дневной поверхности, и колонной буровых труб в процессе бурения и судят о составе электропроводящих зон на основе сравнения амплитуд аномалий с известными значениями коэффициентов термоЭДС для данного месторождения. 2 ил.

. андезито-5азальто&ь1Пгюрфирия

Ру ЙUfH/CJUlllU UU.JU/ OfriUUOfU /IVfJifJIS/LfU/rt

окбарцеВамьп}, трещияоватъ/й

(ТТЛ - туфоврегщия акдези/тю-дазальта ого ц- cffcmaoa. , ETJ1- пипаритооыи порфир

-„„..- -пурит-кВарцеВая порода с густой окралленнос/яьн} сулырмдоо

- руда медмцинмоа ая Фи. 1

Зона вкраплений -Меднщинко$ая руда

$иг.1