Mélyfúrási geofizika Balázs László Mélyfúrási geofizika



Yüklə 0,93 Mb.
səhifə9/11
tarix11.04.2018
ölçüsü0,93 Mb.
#37221
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Néhány kőzetalkotó anyag jellemző terjedési sebessége:


Kőzet / kőzetösszetevő

Vp [m/s]

Vs [m/s]

Homokkövek

2000-3500

800-1800

Mészkövek

3500-6000

2000-3300

Dolomit

3500-6500

1900-3600

Bazalt

5000-6000

2800-3400

Gránit

4500-6000

2500-3300

Víz

1450-1500

-

Olaj

1200-1250

.

13.1. táblázat Kőzetösszetevők szeizmikus sebességei (p és s-hullámra)

Inhomogén esetben megfelelő határfeltételek érvényesítendők: az elmozdulások a határon megegyeznek, illetve a normális nyomás is folytonos. Hengerszimmetrikus esetben a Helmholtz-egyenlet már korábban ismertetett megoldási formáját használhatjuk:




.

(13.7.)

A szelvényezési probléma tárgyalása a jellemző sugárutak vizsgálatával egyszerűbben is lehetséges. Az akusztikus forrás (magnetostrikciós) a centralizált szonda testen helyezkedik el és periodikusan energiát közöl a fúróiszappal, amelyben nyomáshullámként továbbterjed a vizsgálandó kőzettestig. A direkt-feladatmegoldás szempontjából a forrás pontszerű monopólusként modellezhető. A szelvényezés szempontjából lényeges hullám modus, a fúrólyuk falán refraktálódó p-hullám. A refrakció feltétele mindig teljesül, hiszen a kőzet sebessége mindig nagyobb, mint a fúróiszapban terjedő hullámé. A refrakciós hullám viselkedése, hullámhossza megszabja az akusztikus kutató módszer kutatási mélységét, amely jellemzően 15-20 cm.

A szondatest speciális kiképzése akadályozza meg a szondában történő hullámterjedést.

A sugárutak természetesen hengerszimmetrikus hullámfrontok alapján jelölhető ki. A szondatervezés alapvető szempontja, hogy a refraktált p-hullám beérkezése legyen az első beérkezés, megelőzve a fúróiszapban terjedő direkthullámot. A refraktált hullám menetidőgörbéje a lyukátmérővel (d) a szondaátmérővel (ds) és szondahosszal (L) kifejezve és a megfelelő sebességekkel (kőzetsebesség (v) és iszapsebesség(vm)) :




(13.8.)



13.1. ábra. A hagyományos akusztikus szondák főbb típusai.

Az első szondatípuson egy adó és vevő helyezkedett el (13.1. ábra a.). A p-hullám beérkezését a vevőnél az amplitúdó detektálási szintátlépése jelzi.



13.2. ábra. Első beérkezés detektálása, amely alapján un. fajlagos terjedési időt (ITT, slowness) rögzít a szonda.

A hullám modusok, hullámcsomagok sebesség szerint elkülönülve érkeznek:



  • refraktált p-hullám,

  • refraktált s-hullám (ha az s-hullám sebességére is fennállnak a refrakció feltételei, azaz vs > viszap)

  • Stoneley-hullám, (csőhullámként terjedő kevéssé diszperzív felületi hullám modus)



13.3. ábra. Az egyes hullám modusok beérkezései. Az ábra tükrözi a jellemző amplitúdó arányokat

További modusok is létrejöhetnek, pl. a szintén felületi hullám, az erősen diszperzív pszeud-Rayleigh, melynél a közeg részecskék ellipszis pályán mozognak. A falhoz érkező p-hullám s-hullámot is generálhat, abban a szögtartományban, ahol az s-hullámra vonatkozó refrakció feltétel még nem áll fenn, ez energia veszteségként jelentkezik a p-refrakciós hullámcsomagnál.

A p-hullám amplitúdója jóval kisebb, mint az utána érkező nyíró és felületi hullám amplitúdó. Az automatikus detektálás jelentős amplitúdó csillapodás miatt (pl. gáztartalmú tárolók) elvétheti az első beérkezést és ilyenkor s-hullámot detektálja elsőnek. Ez az akusztikus szelvényen hirtelen megnövekedett terjedési időként jelentkezik (ciklusugrás). A zaj megnövekedése viszont korai detektálást a futásidőnél kisebb (általában impulzusszerű) hamis eredményre vezet.

A méréseknél a p-hullám futási idejéből számolt fajlagos terjedési időt (Δt, slowness) adják meg szelvényszerűen. Az olajipari gyakorlatban gyakran μs/ft egységben.



13.4. ábra. Akusztikus mérés megjelenítése (Dt – 3. sáv)



13.5. ábra. Ciklusugások az akusztikus szelvényen

A szondafejlesztések további iránya, az altípusnál nem kontrollált fúrólyukban befutott útvonal kiiktatása volt, további vevő elhelyezésével. A két vevőnél rögzített beérkezések időkülönbségei, már csak a kőzet sebességtől függnek (13.1. ábra b.). Ezzel a megoldással lecsökkentették a vizsgált kőzetszakasz hosszát és így javulhatott a módszer vertikális felbontása, hiszen ezt ekkor a két vevő távolsága határozza meg. További adó beiktatásával elérhető, hogy ugyanannak a kőzetszakasznak a terjedési idejét különböző (alsó és felső adó segítségével is megmérik (BHC – lyukkompenzált akusztikus mérés). A két idő átlagolásával pl. kiiktatható a szonda ferdeségével összefüggő menetidő torzulás.

A homogén rugalmas közeget két rugalmas állandóval tudjuk jellemezni. Ezek meghatározásához az s-hullám sebessége (terjedési ideje) is szükséges. A két sebesség mérése egy teljesebb kőzetfizikai leírást tesz lehetővé, hozzájárulhat a litológia azonosításához, a pórusfluidum elsősorban a gáz hatásának jobb modellezéséhez vagy a repedezettség és más típusú kőzetmechanikai változások kimutatásához. Példaként ez utóbbi kimutatásánál alapvető szerepet játszó Poisson-arány kifejezve a sebességekkel:




(13.9.)

A p és s hullám biztonságos elkülönítése a szondahossz növelését igényli valamint teljes hullámkép rögzítését, megfelelő mintavételezéssel. A szondatervezésnél felhasználható az alábbi egyenlőtlenség:




(13.10.)

A p-hullám beérkezését rögzítő eszközök hossza 1-1.5 m, az s-hullám rögzítésére is alkalmas szonda hossza 3-4 m (Long Spacing Acoustic Sonde). Ennél a p-hullámcsomag hosszát meghaladó lesz az s-hullám késése. A nagyobb szondahossz több megoldandó problémát is felvet, egyrészt az adó energiát jelentősen meg kell növelni. Másrészt a megnövelt adó-vevő táv esetén jöhet refrakciós beérkezés mélyebbről is, a formációkon belül esetlegesen kialakuló megváltozott zóna határáról is. A megváltozott zónát a fúrási művelet, elárasztás stb. hozhatja létre. Ezt a hatást újabb adók beiktatásával lehet ellenőrizni, a rövidebb és hosszabb szondák beérkezési idejének összevetésével.

A mélységpontonként felvett teljes hullámkép, jelentősen növeli az adatmennyiséget. A hullámkép analízise a modusok beérkezési időinek meghatározása az amplitúdó arányok alapján lehetséges.

Több egymás felett elhelyezett vevővel (Array sonic), a hullámkép feldolgozásának hatékonysága javítható. Korrelációs technikával vagy más hasonlósági kritérium alkalmazásával, pontosabban megadható az egyes modusok időbeli eltolódása a vevő soron mért hullámkép sorozaton, vizsgálható továbbá az adott modusok esetleges diszperziója is. Hasonlósági kritériumként futó ablakra felírt keresztkovariancia függvény az i-edik és k-adik csatorna T0 időpontnál kezdődő Tw ablakhosszra (13.6. ábra):


.

(13.11.)

A τ időtolást a keresztkovariancia maximuma alapján jelölhetjük ki, melyből számítható a két vevő közötti, a modusra vonatkozó sebesség.



13.6. ábra. A hullám modusok elkülönítése több vevős (Array sonic) szonda eredményei alapján



13.7. ábra. Teljes hullámkép szelvény és a p és s hullám futási idejének meghatározására. Látható a Stonele-hullámok megjelenése is.

Kisebb sebességű, nem kompaktált vagy repedezett kőzeteknél az s-hullámra vonatkozóan nem mindig áll fenn a refrakciós hullám kialakulásának feltétele:




.

(13.12.)

Ilyenkor a refrakciós módszerrel az s-hullám sebessége nem határozható meg. A dipól jellegű horizontálisan elhelyezett adó segítségével, minden esetben gerjeszthető a kőzetben transzverzális modus.



13.8. ábra. Flexurális hullám kialakulása

A gerjesztett un. flexurális hullám a dipól-gerjesztéssel létrehozott aszimmetrikus, transzverzális lyukfal-deformációként futó felületi hullám. Sebessége kis frekvenciákon közelítőleg az s-hulláméval egyezik meg, de erősen diszperzív. Lehetőséget ad az s-hullám terjedésének becslésére.

Több irányban elhelyezett dipól adóval a közeg akusztikus anizotrópiája is feltárható. Az anizotrópia lehet a rétegek belső tulajdonsága (általában a kompakcióból eredően, de kialakulhat repedésrendszer miatt is. A repedés irányában rezgő transzverzális hullám lassabban terjed, mint a repedésrendszerre merőlegesen polarizált.

Végül megemlítjük, hogy a reflexió is felhasználható az akusztikus szelvényezésnél, főként a fúrólyukfal leképezésénél alkalmazzák (BHTV Borehole Televiewer, UBI Ultrasonic Borehole Imager, CBIL Circumferential Borehole Image Log )

1. 13.1. Az akusztikus módszer alkalmazásai

A hagyományos értelmezésben az akusztikus módszerrel meghatározott Δt fajlagos terjedési időket, porozitás meghatározásra használják. Ehhez kőzetfizikai modell szükséges. A hagyományos értelmezésnél a tapasztalati úton – magmérések alapján – bevezetett Wyllie-formulát használják, amely a komponensek térfogat szerinti átlagos futásidejével adja meg a kőzetre vonatkozó ekvivalens értéket:




.

(13.13.)

Mivel a fajlagos futási idők esetében a pórus fluidum és a mátrixalkotók között jelentős az eltérés, ebből adódik a módszer porozitás érzékenysége. Bevezethető a látszólagos akusztikus porozitás:


.

(13.14.)

Az agyagok – kompakciótól függően – köztes értéket vesznek fel a mátrix és a pórusfolyadék között. Hatását a tárolók akusztikus porozitásánál ugyancsak az átlagidő modell alapján korrigálják:


.

(13.15.)

A kevésbé konszolidált formációk esetén a formulánál korrekciós faktort alkalmaznak (BC).


.

(13.16.)

A kompakciós faktor becslésére egy közeli agyagréteg fajlagos terjedési idejének század részét szokták alkalmazni. Ugyancsak tapasztalati úton származtatott un. Raymer-Hunt modell.


.

(13.17.)

Megjegyezzük, hogy az akusztikus hullámtér irányított jellege miatt, szemben a nukleáris módszereknél alkalmazott terekkel, a módszer nem érzékeny pl. a fúrólyuk tengelyével közel párhuzamos hosszanti repedésrendszerre. Így az akusztikus porozitást az értelmezők gyakran úgy tekintik, amely nem érzékeny a kőzet repedésporozitására. Ez természetesen csak megszorításokkal igaz. A fenti feltételezés alapján határoznak meg un. másodlagos porozitás indexet:


.

(13.18.)

A fenti empirikus modellek nem adnak számot pl. a pórustérben található gáz hatásáról, amely kompresszibilitása miatt nagymértékben hat a p-hullám terjedésére és csillapodására (13.9. ábra), de az agyag hatásának kezelése is nehéz feladat, különösen a különböző effektusokra kidolgozott modellek egyesítése. A modellnek kezelnie kell továbbá a terjedési sebesség nyomásfüggését (elsősorban az un. differenciális nyomástól való függését). Az egységes és gyakorlatban jól alkalmazható kevésparaméteres akusztikus kőzetfizikai modell megalkotása a kőzetfizika legnehezebb problémái közé tartozik. A fluidum nyomásfüggő hatásának leírására szolgál a Gassman-modell, melyben elkülönítve kezelik az egymással kölcsönhatásban álló üres kőzetvázat és pórusfolyadékot. Sztatikus, egyensúlyi helyzetre összefüggés kapható a kőzet effektív inkompresszibilitási tényezőjére.



13.9. ábra. Gáz szaturáció hatása a p és s-hullám sebességére (Timur, 1987)

A Gassman-modellel kapott effektív inkomresszibilitási modulusszal felírhatóak a hullámsebességek:




,

(13.19.)




.

(13.20.)

A Gassman-modell megalkotásánál feltételezték a nyírási modulusz kitöltő folyadék szaturációtól való függetlenségét. A modell kis frekvenciákon jól írja le a gáz hatását.

A Gassmann-modell alkalmazhatósága főként a kőzetvázra vonatkozó moduluszok meghatározásán múlik, melyeket vissza kell vezetni a kőzetmátrix anyagának moduluszára és valamilyen vázszerkezettől függő összefüggésre. (Biot koefficiens, Krief-modell).




,

(13.21a.)




.

(13.21b.)

Összetett tároló kőzetek estén az akusztikus modell felépítése több lépésben történik, amelyet csak vázlatosan tekintünk át.

A folyadék keverék moduluszának meghatározásakor a Voigt-átlagot alkalmazó Brie modellt használják, míg keverék mátrix effektív értékének meghatározására az önkonzisztens modellt alkalmazzák legtöbbször, de itt is előfordul az átlagolás. Az agyag hatását leginkább a Backus-átlag segítségével építik be a modellbe. A frekvenciafüggő modell megalkotása Biot nevéhez fűződik. Csatolta a hullámegyenlethez a kőzetváz és a pórusfolyadék relatív elmozdulását leíró tagot, melyet a folyadékmozgást leíró Darcy-egyenletből származtatható.



13.10. ábra. Akusztikus modell felépítésének főbb lépései. Látható, hogy általában külön fázisban homogenizálják a mátrix és a folyadék rugalmas jellemzőit, majd Gassman-modell szerint származtatják a kőzetváz és a szaturált kőzetre vonatkozó jellemzőket. Az agyag hatásának „beépítése” agyagtípustól függ.

Az akusztikus adatok egy fontos alkalmazási területe a szeizmikus módszerhez kapcsolódik. Az akusztikus adatokból számított integrált futásidő adatok felhasználhatók a mélység-idő transzformációnál, az akusztikus és sűrűségszelvényből számított akusztikus impedancia szelvény Z(h) pedig a reflexivitások R(h) és a szeizmikus impedancia modellalkotásnál, mely kiinduló pontja a szeizmikus inverziónak.




,

13.22.




.

13.23.


14. fejezet - Képalkotó mérések

A képalkotó eljárások célja a fúrás falának részletes leképezésével, a fúrás által harántol kőzet finomszerkezetének, rétegzettségének, esetleges repedéshálózatának feltárása. A rétegzettség feltárásával a rétegek dőlése is meghatározható. A dőlés trendek sztratigráfiai és szerkezeti információkat tartalmaznak.

Feltárható továbbá a fúrás következtében létrejött lyukfaldeformációk, törések, amelyek kőzetmechanikai becslések alapjául szolgálnak, illetve lehetővé teszik a tektonikus eredetű feszültségtér rekonstrukcióját

A leképezést valamilyen kőzetfizikai tulajdonság megfelelően finom vertikális felbontású mérésével hajtják végre, ehhez értelemszerűen kis radiális kutatási mélység tartozik. A vertikális mintavételi távolság néhány mm, az azimutális (adott mélységpontban a lyukfal szögszerinti leképezésénél) 1 fok nagyságrendű.

A gyakorlatban speciális forrás és vevő rendszerrel kialakított akusztikus szonda és sok elektródás falhoz szorított egyenáramú elektromos szonda alkalmazásával érhető el a kellő felbontású leképezés.

Az eredményként megjelenő adatrendszert, mint képet dolgozzák fel, általában a mért kőzetfizikai paraméter dinamikatartományához igazított színkódot rendelve az egyes pixelekhez.

Édesvízzel töltött sekély fúrásokban az optikai leképező módszer is használható a lyukfal vizsgálatára.

1. 14.1. Egyenáramú képalkotó szelvényezés

Az egyenáramú képalkotó szonda (FMI: Fullbore Micro Imager), sokelektródás leképező eszköz. A mikroszondákhoz hasonlóan a gombelektródák fúrásfalhoz szorított szigetelő papucson helyezkednek el. Az elektródrendszert adott feszültségen tartva, az elektródák árama (és értelemszerűen a gombelektródnál mérhető átmeneti ellenállás) a lyukfal lokális fajlagos ellenállás viszonyait tükrözik.

 



14.1. ábra FMI szonda felépítése (Schlumberger)

A gombelektródák árama egy felül elhelyezett gyűjtőelektródba érkeznek be. Az összáram segítségével egy sekély kutatási mélységű egyenáramú eszközt is megvalósítanak, amely már nem irányfüggő eredményt szolgáltat. A szondát úgy fejlesztették ki, hogy különböző szögtartományban legyen képes a lyukfalat leképezni (kinyitható elektróda papucs). Az olajipari fúrásokban a maximális azimutális lefedettség kb. 80 %.



14.2. FMI szelvény. Jól látható a finom rétegzettség a hosszanti breakout zóna. A tájoláson nyomonkövethető a szonda forgása. Láthatók a nem mért tartományok is.

A mérési eredmények feldolgozása, meglehetősen összetett. Megfelelően tájolni kell a szonda helyzetét. A referencia pont egy elektródhoz köthető. Figyelembe kell venni a szonda elfordulását és tengelyének ferdeségét. Az adatsorban korrigálni kell az elektródák eltérő pozícióit és a mérés során adódó gyorsulások hatását, amely torzítaná a függőleges távolságokat. A szonda folyamatosan rögzíti a hidraulikus karok kinyílását, az adott irányú lyukbőséget.

Az ellenállás képet a korrekciók után megfelelő színkóddal látják el. Konvenció szerint a sötét színek a kisellenállású tartományt, míg a világosak a nagy fajlagos ellenállású részeket jelölik.

A kép javítása érdekében – lemondva a fajlagos ellenállás szerinti skálázásról – átskálázzák a teljes dinamika tartomány kihasználása érdekében.

A szondázás egyik feladata a lyukfal instabilitások (indukált repedés, breakout) kimutatása (14.2. ábra). Ezek irányeloszlása segít meghatározni a kőzetrétegek tektonikus főfeszültség irányokat. A repedések megjelenése a hidrosztatikus nyomás ismeretében a kőzetszilárdságra vonatkozó információkat is hordoz.

A képalkotó eljárások eredményein jól követhetők a réteghatárok helyzete. A fúrólyuk felületét metsző síkok szinuszos jellegű vonalakként azonosíthatók.

A réteg és fúrólyukfal metszésvonala alapján meghatározható a réteg síkjának dőlése és azimutja (14.3. ábra).



14.3. ábra. Dőlt rétegek megjelenése az FMI képen



14.4. ábra. Dőlés paramétereinek meghatározása sík illesztéssel és ábrázolása nyílábrán (arrow-plot)

Legyen a vizsgált mélységben a fúrás tengelyén a koordinátarendszer kezdőpontja. Ekkor az ezen áthaladó sík egyenlete:




.

(14.1.)

Hengerkoordinátákban:


.

(14.2.)

Az r sugarú fúrás falán a réteghatár metszete z(φ):


.

(14.3.)

A korrelálható réteghatárok leggyakoribb ábrázolási módja a nyílábra. Ahol a mélység függvényében a nyíl feje mutatja a dőlés értékét és a nyíl a dőlés irányát (14.4. és 14.5 ábra). Már a korrelálható rétegek sűrűsége is fontos sztratigráfiai információ. Finom rétegzettség pl. nyugodt ülepedési környezetre jellemző, ahol a bentosz hiányzik.



14.5. ábra. Nyílábra és rózsadiagram a dőlések irányeloszlásáról.

Geológiai, sztratigráfiai szempontból lényeges információkat hordoznak a dőlés adatok mélységtrendjei is. A trendek konstans, növekvő, csökkenő és szórt dőlésű szakaszokra osztják.

A fenti elemek gyakran összetett mintákat alkotnak, melyek alapján nagyléptékű szerkezeti dőlés trendeket valamint üledékes sorozatokban, szedimentológiai trendeket azonosíthatunk.

Eróziós felszínek esetén a dőlés szelvények segítségével jól azonosítható az esetleges szögdiszkordancia (14.6. ábra), amely más szelvénytípusok eredményeiből nem látható.

A nagyszerkezeti formák (szinklinálisok, antiklinálisok, takarós szerkezetek stb.) pontos szerkezetének feltárásában fontos szerepet játszhatnak a dőlésszelvények. A vetőzónák kimutatásánál akkor eredményes módszer, ha a vetősík mentén elmozduló rétegfejek deformálódnak (drag zone), elhajlanak. Ekkor jellegzetes ’V’-betű szerű tendenciák láthatók, mind a normál, mind a reverz vetőknél(14.7. ábra). A vetősík környékén általában breccsás, összetöredezett zóna található, melynél nincsenek korrelálható dőlés adatok.



14.6. ábra. Szögdiszkordancia megjelenése nyílábrán. A dőlések nagyléptékű átlaga az adott rétegsor szerkezeti dőlése.



14.7. ábra. Reverz vető kimutatása a rétegfejek deformációja alapján.

A sztartigráfiai dőléstendenciák alapján az ülepedési környezetre, az ülepedés körülményeire következtethetünk. Vízszinttel szöget bezáró ülepedés általában két fő ok miatt következhet be (14.8. ábra):



  • Üledékgyűjtő morfológiája által befolyásolt ülepedés (üledékgyűjtő, meder széle, zátony környezete stb.), melyre az jellemző, hogy a domborzat dőlését az ülepedő rétegek részben megőrzik, és a dőlés a mélységgel (közeledve az aljzathoz) általában növekszik.

  • KeresztrétegzettségTurbulens üledékszállítás mellett, jellegzetes mintájú hullámzás alakul ki a rétegződésben. Erre a típusra jellemző, hogy a dőlés lefelé haladva az üledéksorban folyamatosan csökken. Jellemző, hogy több ilyen típusú réteg követi egymást. A keresztrétegzettség azimutja általában a szállítás irányát mutatja. Ilyen típusú rétegződést láthatunk szél szállította (eolikus) üledékeknél vagy folyóvizí üledékek esetében. A szél szállította üledékek (dűnék) esetében különösen magas sztratigráfiai dőléseket tapasztalhatunk.

A szállítási irányok azonosítására gyakran azimutális hisztogramot (rózsadiagram) használnak. Ennek kiszélesedése változó szállítási irányokra utal. Ellentétes irányú elemeket tartalmazó irányeloszlást láthatunk például tengerparti, árapály hatása alatt ülepedett üledékek esetén.

A kétféle dőléstendencia kombinálódhat is, pl. folyóvízi üledék gyorsabb sodráshoz vagy parti nyugodtabb körülmények között ülepedett elemei rakódhatnak egymásra. A kétféle tendencia irányeloszlása ekkor közel derékszöget zár be (14.8. ábra).

Fontos megjegyezni, hogy csak akkor juthatunk pontos sztratigráfiai dőlésekhez, ha előtte az a réteg esetleges kibillenését (szerkezeti dőlés) „kiforgatjuk” azaz rekonstruáljuk az ülepedéskor fennálló helyzetet. A szerkezeti dőlést a nyílábrán, mint alapvonalat azonosíthatjuk.

A dőlésmérést korábban külön erre a célra kifejlesztett 4 vagy 6 karos dőlésmérővel (diplog) mérték.

A dőlés adatokból meghatározott adott irányú áldőlések segítségével pontosíthatók a szeizmikus szelvények, illetve javítható a kutak közötti rétegkövetés hatékonysága. Felületek szerkesztésénél szintén pontosíthatja az interpolációs eljárásokat.

14.8. ábra. Szedimentológiai dőléstendenciák folyóvízi környezet esetén. Láthatóak a meder által meghatározott ülepedés rétegei (piros) és a keresztrétegzett (kék) rétegek.

2. 14.2. Ultraszónikus képalkotó szelvényezés

Forgó adó-vevő berendezéssel kialakított centralizált akusztikus eszközzel is leképezhető a fúrólyuk fala. Ekkor az iszapon áthaladó reflektált p-hullám kétszeres menetidejéből kapható meg az adott mélységben, adott azimuthoz tartozó fúrólyuksugár. A jellemző fordulatszám 7-10 fordulat/s. Az adó jelét fókuszálják. (14.9. ábra)

A mérés során az amplitúdó csökkenést is regisztrálják, amely egy újabb leképezési eljárást tesz lehetővé. Ez utóbbi a formáció energiaelnyelésére jellemző. Lazább rétegek, fúróiszappal kitöltött repedések esetén az amplitúdó csökkenés jelentős. (14.10. ábra)

Az ultraszónikus eszköz hatékonyabb a lyukfal egyenetlenségek feltárásában, a finom rétegzettség kimutatására azonban kevésbé hatékony, mint az elektromos képalkotó eljárás. A lyukfal lefedettsége a mérés során 100 %-os.



14.9. ábra. Ultraszónikus lyukfal leképezés reflexiós módszerrel, forgó adó-vevő rendszerrel.



14.10. ábra. Akusztikus leképezés eredménye (CBIL) terjedési idő (BHTT) és reflexiós idő tartományban (BHTA) repedezett, rétegzett zónánál.
15. fejezet - Béléscsövezett fúrásokban végzett geofizikai mérések

A béléscsövezett fúrásokban több céllal végeznek geofizikai méréseket (cased hole well logging).



  • Hibás vagy hiányos open hole mérések miatt, az átfúrt rétegek újraértékelése céljából

  • Kútdiagnosztikai céllal, kútkiképzés ellenőrzése vagy sérülések hibák felderítése miatt

  • Termelés vagy besajtolás ellenőrzésére (termelés geofizika)

A mérések lehetőségeit meghatározza a béléscsőrendszer, cementezés, esetleg termelőcsövek és más kútszerkezeti elemek hatása (15.1. ábra). A geofizikai szondákat is ennek figyelembevételével tervezik.



15.1. ábra. Termelő kút kiképzése, szerkezeti elemei

1. 15.1. Kútdiagnosztikai mérések

1.1. 15.1.1. Cementkötés-szelvényezés (Cement bond log - CBL)

A béléscső szakaszt berakás után cementezéssel rögzítik. A folyékony cement megszilárdulva a cső mögötti térben képez cementpalástot. Ideális esetben a tervezett magasságig (cementpalást tető) folytonosan tölti ki a teret, a béléscsőhöz és a rétegekhez is kötve. Ekkor a permeábilis rétegeket is zárja és megakadályozza a cső mögötti áramlásokat. A cementkötés minőségét akusztikus módszerrel ellenőrzik. A szonda főként refraktált akusztikus hullámok amplitúdómérése alapján szolgáltat információt a cement állapotáról (15.2. ábra).



15.2. ábra. Cementkötés mérése akusztikus módszerrel, teljes hullámkép felvételével. A nyíllal jelölt szakaszokon, az első beérkezés (csőamplítudó) amplitúdója nagy, amely rossz minőségű cementkötésre utal.

Az acél bélécsőben terjedő p-hullám terjedési sebessége közelítőleg megegyezik a kőzetmátrixok jellemző terjedési sebességével. A refrakció feltétele teljesül a béléscső belső felszínénél és a cement-kőzettest határon. A teljes szuperponált hullámképben reflexiós beérkezések és a béléscsövön belüli folyadékban terjedő direkt hullám is megjelenik. Ha a cső és cement között nincs kötés a cső nagy amplitúdóval szabadon rezeg és a további radiális zónákból gyenge akusztikus jel érkezhet. Ha a kötés megfelelő, akkor a cső rezgése erősen csillapított és a formáció határáról nagyobb amplitúdóval érkezik hullám, attól függően, hogy a cement és kőzettest között milyen a kötés. A csőről érkező refrakciós hullám beérkezési ideje ismert, ezért általában egy fix időkapuban vizsgálják az amplitúdóját. A relatív csillapodást kötésindexként értelmezhetjük (BI).




.

(15.1.)

A teljes hullámkép alapján, repedezett kőzetek, agyagrétegek is felismerhetők a kőzetről érkező hullám csillapodása vagy beérkezési idejének változása alapján. A cement kötésének vizsgálatára is kifejlesztették a kompenzált akusztikus eszközt, illetve az irányított, excentrikus helyzetű adó-vevő párokkal rendelkező eszközt, mely szegmentált, irányfüggő képet szolgáltat a cementminőségről. Ultraszónikus eszköz (CET Cement Evaluation Tool) segítségével rögzített reflexiós hullámkép segítségével szintén vizsgálható a cementezés minőségének eloszlása. Ebben az esetben is nagy amplitúdójú reflexió sorozatot eredményez a szabadon rezgő cső, míg jó kötés esetén a vizsgált formációról is érkeznek reflexiók.

A cementpalást tetőt, a kötés idején felszabaduló hőre alapozva, hőmérsékleti anomália kiterjedése alapján is lehet becsülni.

1.2. 15.1.2. Karmantyúlokátor (CCL – Casing Collar Locator)

Egyszerű elektromágneses eszköz, jelei általában a béléscsövezett méréseknél mélységreferencia jelként használatosak.



15.3. ábra Karmantyúlokátor működése

A működése egyszerű (15.3. ábra), két ellentétes polaritású mágnes között, zéró mágneses térerősségű helyen egy vevő tekercs helyezkedik el. A béléscsövek összekapcsolására szolgáló karmantyú (15.4. ábra) egy vastagabb szerkezeti elem, melyben a mágnesek hatására köráram indukálódik, ennek mágneses jelét veszi a vevő tekercs. A szonda a karmantyúnál való áthaladásnál egy változó polaritású indukált kimenő jelet generál. (15.2. ábra)



15.4. ábra. Béléscső szakaszok illesztése

Ha a korábban mért open-hole mérésekkel kívánjuk összekötni a béléscsövezett fúrásokban történő méréseket, akkor a természetes gammaméréseket kell a karmantyú lokátor szelvénnyel megfeleltetni. A természetes gamma szelvény – csökkent intenzitással – a béléscsövezett fúrásban is mérhető és felhasználható a rezervoárok újraértékelésénél is.

1.3. 15.1.2. Cső állapotára vonatkozó mérések

Korróziós vagy egyéb sérülések különböző eszközökkel deríthetők fel. Legegyszerűbb a sokkaros lyukbőségmérő, melynél 40 vagy több kar tapogatja le a cső belső felületét észlelve a korróziós sérüléseket és repedéseket (15.5. ábra).



15.5. ábra. Sokkaros lyukbőségmérő

A képalkotó eljárásként sikerrel alkalmazott ultraszónikus lyukfal leképezés a béléscső állapotára vonatkozó információk szerzésére is alkalmas. Elektromágneses eszközöket is kifejlesztettek kifejezetten csőállapot felmérésre. Szinuszos elektromágneses hullámokat keltő adó közelében elhelyezett vevő jele szintén alkalmas sérülések kimutatására, ugyanis a hullámterjedésnél bekövetkező fáziseltolódás a vezető közeg fajlagos ellenállásától függ (ahogy ezt az indukciós szondázásnál vagy az EPT mérések tárgyalásánál beláttuk). A korróziós sérülések megjelenése fajlagos ellenállás növekedést jelent, így a vevőnél fáziseltolódás anomália lép fel.

1.4. 15.1.3. Szivárgás és átfejtődés mérések

A béléscsövön, termelőcsövön bekövetkező sérüléseken víz, gázszivárgás léphet fel. Ezek detektálásával indirekt módon is kimutathatjuk a sérüléseket. Szivárgás történhet a béléscső mögötti tartományban a cementezésben kialakult csatornákon vagy repedéseken keresztül. Gáz esetében ez biztonsági kockázatot is jelent. Az alkalmazható módszerek egy része a szivárgás folyamatát, más módszerek az eredményét (pl. gázfelhalmozódást, átfejtődést) detektálják.

A szivárgás folyamatának kimutatására az un. zajmérés, illetve jelentősebb gázszivárgásnál a hőmérsékletmérés is eredményes lehet. A zajméréseknél speciális mikrofonnal rögzítik egy adott mélységben mérhető akusztikus zajteljesítményt lezárt kútban. A szivárgás, különösen a kis keresztmetszeteknél jellegzetes akusztikus zajt produkál, a különböző áramlásokban jelentkező fluktuációk (turbulencia) szintén zajforrásként működnek.



15.6. ábra Zajmérések eredménye két korróziós szivárgási hely környezetében. A zajteljesítmény növekedése lokalizálja a szivárgási helyet. Az anomália aszimmetriája az áramlás irányára utal, míg a spektrális eloszlás a folyadék összetételre és az áramlás típusára.

A gyakorlatban alkalmazott mérésénél 5 spektrális ablakban rögzítik a zajteljesítményt (200, 600, 1000, 2000, 6000 Hz határokkal). A háttérből kiemelkedő zajteljesítmény szivárgásra utal (15.6. ábra). Az egyfázisú áramlás spektruma általában kiterjedtebb a nagyobb frekvenciák felé, a többfázisú spektruma kisebb frekvenciáknál lokalizálódik. A zajcsúcsok az áramlási csatorna szűkületeit jelzik, pl. a cső sérülések helyét, vagy a cement rétegben kialakult szűk áramlási csatornát. Az anomália lecsengése, aszimmetria alapján az áramlás irányára következtethetünk. A módszer közelítőleg kalibrálható az áramlás tömegáramára, így korlátokkal mennyiségi becslésre is alkalmas.

A gáz kitágulásának köszönhetően, a gázáramlás helyei negatív lokális hőmérsékleti anomáliát okoznak.



15.6. ábra Két detektoros neutron mérés (jobb oldali sáv), gázátfejtődés kimutatására. A megnövekedett neutron intenzitás gáztárolóra utal, hiszen a gáztartalmú rétegnél kevésbé erős a neutron moderáció. Bal oldalon karmantyúlokátor és természetes gamma szelvényeket láthatunk.

A porozitás mérésnél használatos neutronszonda (CNL) felhasználható a gázfelhalmozódási helyek kimutatására (15.6. ábra). A béléscső rendszer a neutronteret viszonylag kevéssé befolyásolja. A gáztartalom – kis hidrogénkoncentráció miatt – nem termalizálja a neutronokat olyan hatékonyan, így a szonda viszonylag magas termikus neutronfluxust detektál. Ellentétben az „open hole” mérésekkel, itt nem kalibrálják a szondát, mert a béléscsőrendszernek köszönhetően a mérési környezet nagyon változatos.

2. 15.2. Termelésgeofizikai mérések

A termelésgeofizikai mérések célja, a termelő rétegek vizsgálata a termelvény fázisonként felvett hozam-mélység q(h) görbék (termelvény profil) alapján (15.7. ábra), illetve a besajtolási folyamatok ellenőrzése. A méréseket a termelőcsövön belül végzik, erre a célra kialakított mérőberendezések együttesével. A termelési profilt a mérésekből gyakran úgy származtatják, hogy stacionárius áramlási helyeken határozzák meg a hozamokat, és a perforációknál (belépési helyeknél) beáramló hozamot a felette és alatta meghatározható hozam különbségeként állítják elő.

 



15.7. ábra. Termelésgeofizikai mérések és az értelmezés eredménye. Baloldali sávban természetes gamma szelvény, majd különböző sebességekkel vontatott folyamatos áramlásmérő szelvények, a következő sávban a folyadék összetétel meghatározására szolgáló kapacitás és sűrűségmérés, végül hőmérséklet és nyomásmérés eredményei (psi egységben) láthatók.

A mérésekből elsőként a teljes hozamot (q) határozzák meg az áramlásmérések segítségével.

Az áramlásmérők többnyire különböző módon kialakított propelleres eszközök. A propeller fordulatszámát kell áramlási sebességre (v) kalibrálni, általában különböző vontatási sebességekkel elvégzett mérések segítségével (15.8. ábra). Ehhez adott mélységpontban a vontatási sebességek és a fordulatszám adatokra egyenest illesztünk és a zérus fordulatszámhoz tartozó érték a látszólagos áramlási sebesség.



15.8. ábra. Áramlásmérők kalibrációja, különböző mélységpontoknál elvégzett regresszió eredménye.

A látszólagos sebesség értelmezésénél figyelembe kell venni az áramlás jellegét (lamináris, turbulens), hiszen ez meghatározza a csőbeli sebesség profilt (15.9. ábra) és ezen keresztül az áramlásmérő szonda válaszát.



15.9. ábra. Az áramlásmérők látszólagos áramlási sebességének értelmezéséhez az áramlás típusát is meg kell határozni a Reynold szám becslésével.

Különösen nehéz az eredmények értelmezése többfázisú áramlások esetében, amely nagyon sok áramlási minta szerint történhet, attól függően is, hogy milyen az egyes fázisok részaránya (buborékos, dugós, gyűrűs áramlások). Ez újabb korrekciós faktort jelent. Még nehezebb a sebesség becslése, ha a fúrás ferdített, mert ekkor a kisebb sűrűségű fázis különválva a cső felső részén áramlik.

A sebesség korrigált értékével és csőkeresztmetszettel (A) felírható az teljes hozam:


.

(15.2.)

Többfázisú áramlásoknál ez a fázisok hozamainak összege:


.

(15.3.)

Ha ezt felszíni hozamokra akarjuk átszámítani, akkor figyelembe kell venni a nyomás és hőmérséklet különbségek által meghatározott térfogat növekedést. Az áramlási sebesség mérésére más elven működő eszközöket is alkalmaznak pl. optikai vagy doppler-effektuson alapuló módszert. A sebességprofiltól kevésbé függenek az eredmények, ha a teljes áramló termelvényt átkényszerítjük a mérőtérfogaton.

A termelésgeofizikai szelvények értelmezésének következő lépése a folyadék fázisok keresztmetszeti részarányának (holdup - Y) meghatározása. A fázisonkénti részarányok összege egy:




.

(15.4.)

A fázisok részarányának meghatározására különböző mérések állnak rendelkezésre. Felhasználható a gamma-szóráson alapuló folyadék sűrűségmérés, vagy a kapacitásmérésen alapuló víz és egyéb fázis elkülönítése. A sűrűségre felírható:


.

(15.5.)

A kapacitásból számítható dielektromos állandó:


.

(15.6.)

A neutronélettartam-szelvény kezdeti szakaszának (fúrólyuk jel – 11.10. ábra) időállandójából meghatározható makroszkopikus hatáskeresztmetszet szintén felírható:


.

(15.7.)

A fázisok részarányának meghatározása után a fázisok csúszási sebességét (vs slip velocity) kell meghatározni, mivel az eltérő sűrűségű fázisok emelkedési sebessége is különböző. A csúszási sebességek modellezése történhet a cseppek emelkedésének modellezésével vagy áramlási modellek megépítésével és tapasztalati összefüggések felállításával. Példaként egy kétfázisú – víz és gáz - áramlásra tapasztalati úton meghatározott összefüggés (Smolen 1996) (15.10. ábra):


.

(15.8.)

A fázisok közötti sebesség különbséget megadó képletben a θ szög, ferde fúrások eredményeinek korrekciójára alkalmas.



15.10. Csúszási sebesség meghatározása két nem keveredő folyadék áramlása esetén, a sűrűségkülönbség és részarány függvényében (Smolen, 1996).

A térfogati arányok és a csúszási sebesség ismeretében a mért teljes hozamból kiszámítható a fázisonkénti hozam (qw: vízhozam, qg gázhozam):




,

(15.9.)




.

(15.10.)

Ahol D a cső belső átmérője és d az áramlásmérő szonda átmérője, a csúszási sebesség m/perc egységben helyettesítendő.

Két stacionárius szakaszon elvégzett számítás különbsége adja meg a lokális hozamot. Ha az eredményeket a felszíni hozam adatokhoz akarjuk illeszteni, figyelembe kell venni az egyes fázisok kompresszibilitását és oldhatóságát is.


16. fejezet - A szelvények kiértékelése (rövid összefoglalás)

A szelvényértelmezés során a kőzetfizikai paraméterekből a kőzet kvantitatív leírására alkalmas kőzetjellemzőket határozunk meg. Ezek általában kőzet összetételre és szerkezetre vonatkozó többnyire fajlagos mennyiségek. A kőzetfizikai (k) és kőzetjellemzők (p) vektorát kőzetfizikai egyenletek kötik össze.




.

(16.1.)

A két teret összekötő függvény: típusú vektorértékű függvény, a mérési eredmények és a paramétertér dimenziószámainak megfelelően (N>M).

A felírt problémát az inverzió hibamodelljéből következő funkcionál (Q), többnyire távolság jellegű (D) mennyiség p szerinti minimalizálásával oldjuk meg, adott esetben megfelelő mellékfeltételekkel (jobb oldal 2. tag):




.

(16.2.)

Yüklə 0,93 Mb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə