OSNOVI GEOFIZIČKOG KAROTAŽA

Drugo predavanje

OSNOVNI PODACI O GEOFIZIČKOM KAROTAŽU

KAROTAŽNI UREĐAJI ZA MERENJE ELEMENATA

GEOMETRIJE BUŠOTINE

Oblasti primene geofizičkog karotaža

Postupci geofizičkog karotaža se primenjuju u različitimoblastima istraživanja, kao što su:

- istraživanje ležišta energetskih sirovina (nafta, gas, ugalj), - istraživanje ležišta vode,- istraživanje geotermalne energije,- istraživanje ležišta mineralnih sirovina (rude metala i nemetala),- geotehnika i građevina (sanacija klizišta, izgradnja i reparacijatunela, brana, skloništa, skladišta i slično),

- različita geološka istraživanja, itd.

Danas se u svetu najveći broj geofizičkih karotažnih merenja vršiu cilju istraživanja ležišta nafte i gasa.

Broj instrumenata i postupaka geofizičkog karotaža, koji se koristi pri istraživanju ležišta nafte i gasa, znatno prevazilazi brojinstrumenata i postupaka, koji se koristi u bilo kojoj drugojoblasti, a razlozi za to su, pre svega, finansijske prirode.

Mnogi karotažni instrumenti i postupci merenja, koji suprvobitno razvijeni za potrebe istraživanja ležišta nafte i gasa, kasnije su prilagođeni za primenu geofizičkog karotaža u hidrogeologiji, istraživanju geotermalne energije, geologijiležišta, geotehnici ili građevini.

Osnovne primene geofizičkog karotaža su:

- kreiranje geološkog modela – korelacija, litofacijalna analiza, strukturno i stratigrafsko modeliranje;

- procena petrofizičkih svojstava formacija – litološke katakteristike, poroznost, zasićenje fluidima, permeabilnost;

- praćenje i kontrola radova u bušotini – nagib i devijacija bušotine, prečnik i zapremina bušotine, pritisak i temperatura u bušotini, fizička svojstva isplake, pozicioniranje bušećeg dleta, određivanje kvaliteta cementne obloge, određivanje gustine, isplake, količine i protoka fluida, itd.

Geofizički karotaž se primenjuje i za:

- procenu mehaničkih svojstava formacija – Jungov moduo, Poasonov broj, zapreminski moduo elastičnosti i moduo smicanja;

- procenu seizmičkih parametara – brzina prostiranja longitudinalnih i transverzalnih talasa, akustična impedanca, koeficijent refleksije;

- lociranje zona sa abnormalnim pritiscima, itd.

Podela geofizičkih karotažnih sistema

Geofizički karotažni sistemi mogu da se podele na četiriosnovne grupe:

- električni geofizički karotažni sistemi,- nuklearni geofizički karotažni sistemi,- akustični geofizički karotažni sistemi i- ostali geofizički karotažni sistemi.

Električni geofizički karotažni sistemi obuhvataju postupkegeofizičkog karotaža, koji se zasnivaju na merenju električnihsvojstava formacija. Ovoj grupi pripadaju: karotaž sopstvenogpotencijala, električni karotaž, induktivni karotaž, lateralnikarotaž, mikro-električni karotaž, karotaž nagiba i pravcapružanja (dipmetar), dielektrični karotaž, itd.

Nuklearni geofizički karotažni sistemi obuhvataju postupkemerenja prirodne radioaktivnosti stena i efekata izazvanihbomabardovanjem stene radioaktivnim česticama. Ovoj grupipripadaju: karotaž prirodne radioaktivnosti (gama karotaž), spektralni gama karotaž, karotaž gustine, neutronski karotaž, geohemijski karotaž, nuklearno-magnetni karotaž, itd.

Akustični geofizički karotažni sistemi obuhvataju postupkegeofizičkog karotaža, koji se zasnivaju na merenju brzineprostiranja elastičnih talasa kroz različite sredine. Ovoj grupipripadaju različiti tipovi akustičnog karotaža, ultrasoničnikarotaž i cementolog.

Ostali geofizički karotažni sistemi obuhvataju širok spektarrazličitih postupaka geofizičkog karotaža, kao što su, naprimer, kaliper, formacijski tester, termo-karotaž, meračbrzine protoka fluida, itd.

Geofizički karotažniuređaji

Geofizički karotažni uređajiobuhvataju opremu na površiterena (računarska oprema, najčešće smeštena u terenskovozilo, oprema za spuštanjesondi i slično), bušotinskemerne instrumente (sonde) i elektromahenički kabl.

Karotažne sonde su složeniuređaji, koji se spuštaju u bušotinu radi registracijeodređenih fizičkih svojstavaformacije.

U mnoge savremene sonde suugrađeni mikroprocesori, kojisluže za kontrolu merenja, pripremu podataka i slanjepodataka, kroz višežilni kabl, do opreme na površi terena, pomoću koje se vrši kontrolamerenja, kalibracija i registracija podataka.

Danas se prenos podataka odsonde do površi terena vršipomoću različitih telemetrijskihsistema, koju omogućavajudvosmernu komunikacijuizmeđu sonde i računarskeopreme na površi terena.

Oprema na površi terenaomogućava i preliminarnuobradu i interpretaciju podataka. Registrovani i delimičnoobrađeni podaci se dalje prenosedo centra (baze), u kome se vršidetaljna obrada i interpretaicijapodataka.

Geofizička karotažna merenja se najčešće vrše neposredno nakon završetka određene faze bušenja, pre zacevljenja bušotine.

Oprema za merenje se spušta na dno bušotine, a merenja se vrše pri podizanju opreme (odozdo na gore).

Neki geofizički karotažni uređaji mogu da se koriste i za merenja u zacevljenim bušotinama.

Danas se u svetu intenzivno razvija i primenjuje oprema za geofizička karotažna merenja tokom bušenja (LWD).

Geofizička karotažna merenja su najčešće kontinualna (neprekidna), mada mogu da budu i diskretna (merenja u tačkama na određenom rastojanju).

“Idealni” uslovi za geofizička karotažna merenja podrazumevaju bušotinu pravilnog oblika, sa malim odstupanjima prečnika od nominalne vrednosti i minimalnim alteracijama formacije u pribušotinskoj zoni.

Kod bušotina sa isplakom su uvek prisutne smetnje (isplaka, isplačni kolač, isprana i invaziona zona, alteracije zidova bušotine, itd).

Geofizičkim karotažnim uređajima mere se (ili se na osnovu rezultata merenja određuju):

- fizička svojstva formacija,- geološke karakteristike formacija,- fizička svojstva fluida u bušotini,- parametri bušotine.

Geofizički karotažni uređaji se dele na:PASIVNE - fizička svojstva formacije i fluida u bušotini (kao i parametri bušotine) se registruju bez pobuđivanja formacije ilifluida (sopstveni potencijal, pritisak, temperatura, prirodna radioaktivnost);AKTIVNE - formacija se pobuđuje (električna struja, elektro-magnetni talasi, akustični talasi, radioaktivno zračenje) i mere se efekti, nastali kao posledica pobuđivanja.

Odziv geofizičkih karotažnih uređaja zavisi od:- svojstava formacije (litološki sastav, sklop stena, geometrija pornog prostora, tip fluida u steni, itd.),

- uslova u bušotini (temperatura, pritisak, geometrija bušotine, tip isplake, debljina isplačnog kolača, dubina invazije, itd.),

- svojstava instrumenta (radijus istraživanja, vertikalna rezolucija, stabilnost, itd.).

Osnovni faktori koji utiču na tačnost merenja su:- kvalitiet mernih instrumenata i ostale opreme,- uslovi u bušotini (temperatura, pritisak) i stanje bušotine,- obučenost osoblja za rad sa opremom.

Efekti bušotine, koji utiču na kvlitet GFK merenja su:- prečnik bušotine (kada je povećan prečnik, veća je zapremina fluida i njihov uticaj na merenja; eliptičan presek ili neravnine zida bušotine dovode do problema kod instrumenata sapapučom);

- tip i gustina isplake;- invazija isplake (zavisi od poroznosti i permeabilnosti, razlikepritisaka isplake i slojnih fluida, gustine isplake, itd.);

- zaštitna kolona i cementna obloga;- temperatura i pritisak; itd.

Senzori u GFK uređajima treba da zadovolje zahteve:- zadovoljavajuća osetljivost, linearnost i stabilnost u predviđenom opsegu merenja instrumenta,

- minimalna osetljivost na radne uslove (otpornost na udare, vibracije i ubrzanja, mogućnost rada na visokim temperaturama i pritiscima, itd) i uticaje bušotine (prečnik, dubina invazije, vrsta isplake, itd.).

Bitna tehnička svojstva sondi su:- radijus istraživanja,- vertikalna rezolucija,- tačnost merenja,- opseg merenja.

Izvođenje geofizičkih merenja u bušotinama

Istraživanje počinje lociranjem potencijalno perspektivnih oblasti, odnosno prostora u kojma je moguće formiranje određenog tipa ležišta (voda, ugljovodinici, ugalj, itd.).

Istraživanje, najčešće, počinje geološkim i geofizičkimispitivanjima na površi terena.

Na osnovu rezultata istraživanja formira se početni geološki model istraživanog prostora, čija detaljnost zavisi od tipa i obima istraživnja, kao i drugih raspoloživih podataka.

Kada se lociraju potencijalna ležišta i kada se proceni ekonomska isplativost eksploatacije ležišta, određuje se najpogodnija lokacija za bušotinu i pristipa se pripremi za izvođenje bušotine.

Bušotina se buši pomoću dleta, koje se nalazi na vrhu kompozicije bušećih šipki. Dleto se obrće zajedno sa šipkama i pod određenim pritiskom buši stene. Kroz bušeće šipke se upumpava isplaka (radni fluid), koja iznosi nabušeni materijal iz bušotine na površ terena.

Po završetku određene faze bušenja, nakon izvedenih geofizičkih karotažnih merenja i drugih potrebnih operacija, bušotina se zacevljuje cevima, koje se vezuju za zid bušotine cementom, upumpanim pod određenim pritiskom u prostor između cevi i formacije.

Nakon cementacije, bušenje se dalje nastavlja dletom manjeg prečnika, a ciklus bušenje - zacevljenje ponavlja se više puta, pri čemu se svaki put smanjuje prečnik dleta (prečnik može da budeod oko 90cm do 15cm, a nekada i manji). Delovi bušotine su obično različite dužine, a proces bušenja može da traje od nekoliko sati do nekoliko nedelja.

Tokom bušenja može da se prikupi relativno malo korisnih podataka o formacijama (materijal sa sita), ako se ne izvode geofizička karotažna merenja. Neki podaci se dobijaju iz parametara bušenja (prelaz iz mekših u čvršće stene i slično). Često se tokom bušenja vrši jezgrovanje (uzimanje uzoraka stena) ili se meri pritisak i dotok fluida iz nekog sloja, ali su oba procesa veoma skupa, naročito kod dubokih bušotina.

Geofizička karotažna merenja se, najčešće, izvode po završetku određene faze bušenja, pre zacevljenja. Sonda se prvo spušta nadno bušotine, a zatim se polako podiže gore (konstantnombrzinom) i tokom podizanja se vrše merenja (najčešćekontinualno).

Podaci, koji stižu u računar na površi terena, prate se namonitoru, što operateru omogućava da kontroliše procesmerenja i izvrši neophodne intervencije i korekcije u tokumerenja. Podaci se snimaju se na različitim medijima u grafičkoj i digitalnoj formi i čuvaju za dalju obradu.

Bušotinska oprema se sastoji od niza različitih mernihinstrumenata – sondi, čime se omogućava istovremeno merenjerazličitih fizičkih svojstava stena, kao i merenja različitogradijusa istraživanja.

Na osnovu kompleksne analize rezultata različitih geofizičkih karotažnih merenja mogu da se odrede litološka svojstvaformacija, količine i kvalitet fluida, kao i mogućnosti zaeksploataciju ležišta.

Kada se vrše neka od merenja većeg radijusa istraživanja, može da se odredi geometrija ležišta i da se proveri i poboljša modelležišta. U nekim slučajevima se vrši i uzimanje uzoraka formacije na određenim dubinama, radi provere pouzdanosti rezultata interpretacije.

Količina i gustina podataka geofizičkih karotažnih merenja zavisi od intervala bušotine koji se meri, a najveća je u najinteresantnijim zonama. Interval vremena, koji je potreban dase izvrše merenja, zavisi od potrebnog broja informacija i dubine bušotine, a iznosi od par sati do par dana.

Podaci geofizičkih karotažnih merenja se odrađuju i interpretiraju. U toku obrade se vrši transformacija podatakaprimenom različitih matematičkih metoda u geološke i pertofizičke parametre, na osnovu kojih se vrši interpretacija.

Obrada se vrši u dve osnovne faze:1. preliminarna obrada se vrši između dve faze bušenja, od strane

operatera na terenu, a služi za procenu kvaliteta izmerenihpodataka i preliminarnu procenu kvaliteta ležišta, da bi se donela odluka o nastavku ili prekidu radova;

2. detaljna obrada i analiza podataka vrši se nakon završetkamerenja i obuhvata analizu pornog prostora, procenuporoznosti i zasićenja fluidima, određivanje litološkog imineralnog sastava formacija, analizu pritiska i procenupermeabilnosti, strukturno-stratigrafsku analizu formacija, itd.

Interpretacija rezultata geofizičkih karotažnih istraživanja vršise u korelaciji sa rezultatima dobijenim primenom drugihgeofizičkih i geoloških metoda, kao i rezultatima istraživanja u okolnim bušotinama.

Na taj način može da se kreira integralni geološki model ležišta, koji sadrži informacije o geološkim i fizičkim svojstvimarazličitih delova ležišta, u numeričkom obliku.

Model može da se koristi za simulaciju razrade ležišta, odnosno planiranje optimalanog broja i položaja eksploatacionih bušotina, čime se povećava efikasnost eksploatacije i smanjuju troškovi bušenja.

Ako se utvrdi da je nalazište ekonomski isplativo, prelazi se na tzv. ”osvajanje”. Nakon zacevljenja eksploatacijonom kolonom i njenog cementiranja, vrši se perforiranje određenih intervala i ugradnja potrebne opreme za proizvodnju. Proizvodni vek bušotine varira u širokom opsegu.

Geofizička karotažna merenja se vrše i tokom eksploatacijebušotine, da bi se pratio protok u bušotini, pritisak i vrsta fluida, koji dotiče iz perforinaih delova bušotine. Na taj način se omogućava otkrivanje začepljenih ili zagađenih intervala, kojise mehanički izoluju, kao i ponovna perforacija bušotine, u ciljupoboljšanja protoka fluida.

U ovoj fazi koriste se postupci geofizičkog karotaža, koji moguda se primenjuju u zacevljenim bušotinama.

Integralni model ležišta se stalno dopunjava novim podacima izmerenja vršenih tokom proizvodnje i na taj način se stalnomenja u skladu sa promenama u samom ležištu.

Kada proizvodnja padne ispod nivoa ekonomske isplativosti, bušotina se likvidira, a po prestanku rada svih bušotina ležištese napušta.

KAROTAŽNI UREĐAJI ZA MERENJE ELEMENATA GEOMETRIJE BUŠOTINE

Karotažni uređaji za merenje elemeneta geometrije bušotine su Kaliper i Inklinometar.

KALIPER – uređaj za merenje prečnika bušotine

Prečnik i oblik kanala bušotine utiču na sva geofizička karotažna merenja, kao i na sve zahvate, koji se izvode u bušotini (zacevljenje, cementacija, itd).

Nepravilni oblik bušotine najviše utiče na rezultate merenja karotažnih instrumenata, koji imaju mali radijus ispitivanja (instrumenti montirani na “papuču”).

Uređaj za merenje prečnika bušotinezove se kaliper. Kaliper može da se koristi nezavisno ili u kombinaciji sadrugim geofizičkim karotažnimuređajima, a sastavni je deo većinesondi instrumenata sa “papučom”(mikroelektrični karotaž, karotažgustine, dipmetar, itd.).

Kaliper sadrži 2, 3, 4, 6, 8 ili višemernih papuča, koje su oprugamapovezane sa telom sonde, a šire se u zavisnosti od prečnika bušotine. Veći broj papuča omogućava preciznije određivanje oblika i zapremine bušotine. Kaliper

Papuče se šire ili skupljaju pri promeni prečnika bušotine, što dovodi do promene električnog napona (na mernom instrumentu), koji je srazmeran promeni prečnika bušotine.

Vrednosti promene napona se, jednostavnim postupkom kalibracije, prevode u vrednosti promene prečnika bušotine.

Papuče su najčešće raspoređene u paru, tako da svaki par meri maksimalan prečnik od 75cm (po potrebi i do 100cm).

Kaliper

Savremene sonde kalipera (Borehole Geometry Tool – BGT, na primer) sadrže:

- najmanje 4 papuče,

- sekciju za orijentaciju, koja omogućava kontinuirano merenje položaja sonde (papuče broj 1) u odnosu na pravac magnetskog severa,

- inklinometar, kojim se vrše merenja padnog ugla i azimuta devijacije bušotine,

- programe za automatsko proračunavanje zapremine bušotine.

Kaliper

Merenje prečnika u dva upravna pravca (pomoću 4 papuče) neophodno je kod eliptičnih bušotina i u frakturiranim formacijama.

Rezultati merenja kaliperom prikazuju se na dijagramu kalipera, u vidu jedne ili više krivih promene prečnika bušotine.

Idealna bušotina je cilindričnog oblika, sa glatkim zidovima.

Odstupanja od nominalnog prečnika mogu da nastanu usled:

- rastvaranja stene u isplaci (naslage soli, na primer),- ispiranja i obrušavanja zidova bušotine (česta pojava kod

nevezanih i slabo vezanih sedimenata - pesak, šljunak, itd.), pri čemu nastaju kaverne u zidovima bušotine,

- prisustva prirodnih kaverni i fraktura ili fraktura indukovanih procesom bušenja,

- bubrenja glina (šejla), što dovodi do smanjenja prečnika bušotine,

- prisustva poroznih i permeabilnih zona (veća debljina kolača isplake, što dovodi do smanjenja prečnika bušotine), itd.

PRIMENA

Rezultati merenja prečnika bušotine koriste se za:

- detekciju poroznih i premeabilnih zona (prisustvo kolača isplake) i određivanje debljine kolača isplake,- procenu litologije (identifikacija čvrstih i mekih stena),- lociranje frakturiranih zona, pukotina i raseda, kaverni,oštećenja zidova nastalih bušenjem,

- procenu količine cementa, potrebne za cementaciju kolone (na osnovu procenjene zapremine bušotine),

- lociranje zona u kojima je došlo do degradacije zidova i kolapsabušotine,

- izračunavanje korekcije za uticaj geometrije bušotine i debljine kolača isplake na rezultate merenja geofizičkim karotažnimuređajima, itd.

PRIMERI

PRIMERI

PRIMERI

PRIMERI

PRIMERI

INKLINOMETAR – UREĐAJ ZA MERENJE OTKLONA BUŠOTINE

Inklinometar je uređaj za kontinuirano merenje ugla i azimuta devijacije (otklona od vertikalne ose) bušotine.

Kod savremenih instrumenata je, obično, inkorporiran u sondu kalipera, mada može da se koristi i kao poseban uređaj.

Princip rada će biti objašnjen na starijem modelu inklinometra.

Inklinometar se sastoji od magnetskog kompasa postavljenog na kardenske prstenove, metalne kuglice, koja se slobodno kotrlja po graduiranom staklenom sudu oblika polulopte i sistema za snimanje (fotografsko, na prikazanom modelu) položaja igle kompasa i kuglice na kalibrisanoj polulopti.

Inklinometar

Magnetna igla pokazuje pravac severa, i u odnosu na nju se očitava azimut devijacije bušotine (pravac na kome leži kuglica). Položaj kuglice u odnosu na koncentrične krugove pokazuje ugao devijacije bušotine u odnosu na pravac vertikale.

Inklinometar

PRIMER

Za pripremu predavanja korišćeni su materijali iz knjiga:

Martinović, S. i drugi, 2000: Geofizički karotaž – obrada i interpretacija. Naftagas, Novi Sad.

Rider, M., 2002: The Geological Interpretation of Well Logs. Rider-French Consulting, Ltd., Scotland.

Serra, O., 1984: Fundamentals of Well-log Interpretation. Elsevier.

Slimak, Š., 1996: Inženjerska geofizika. Rudarsko-geološki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd.

Hvala na pažnji!

Da li ima pitanja?