geofizica- cap 3

7/29/2019 Geofizica- Cap 3

1/13

3CONDIII DE MSURAREN SONDELE NETUBATE

3.1 Fenomenul de invazie

n timpul forajului formaiunile geologice sunt supuse presiuniihidrostatice a coloanei de fluid de foraj i unei presiuni suplimentare dat decirculaia acestui fluid. Aceast presiune este de obicei mai mare dectpresiunea fluidelor din rocile colectoare. Ca urmare a diferenei dintre celedou presiuni n stratele poroase-permeabile are loc invazia fazei lichide afluidului de foraj i pe o distan mic ptrund i particule solide. Aceastinvazie este condiionat de: presiunea diferenial, proprietile, calitatea itipul fluidului de foraj folosit, precum i de proprietile formaiunilorgeologice traversate de sond. Fenomenele de filtrare care au loc n dreptulstratelor poros-permeabile au o importan deosebit privind, att condiiile deinvestigaie, stabilirea programului de investigaie i alegerea celor maiadecvate metode, ct i interpretarea calitativi cantitativ a diagrafiei.

Diferena de presiune determin separarea unei pri din faza lichidliber a noroiului (filtratul de noroi) care filtreaz prin peretele sondei,fenomen nsoit de o depunere a particulelor solide sub forma turtei de

colmataj sau turtei de noroi (fig.3.1).Acest proces este cunoscut sub numele de fenomenul de invazie,ptrunderea filtratului de noroi i formarea turtei are loc simultan, odat cuprocesul de dislocare a rocilor. Cu excepia perioadei iniiale cantitatea defiltrat care ptrunde n strat este condiionat de caracteristicile turtei decolmatare. Acestea sunt, la rndul lor, determinate de natura i compoziiafluidului de foraj. Permeabilitatea acesteia este foarte redus (de ordinul


2/13

CONDIII DE MSURAREN SONDELE NETUBATE

46

miimilor de mD) de aceea cantitatea de filtrat care ptrunde n strat dupformarea turtei de noroi este foarte mic.

htn

D

dn

h

Fig 3.1. Fenomenul de invazieD diametrul sondei, dn diametrul sapei,

htn grosimea turtei de noroi, h grosimea colectorului.

Fluidul de foraj care conine particule de dimensiuni coloidale (10-4 10-6 mm) formeaz pe pereii sondei un colmataj fin, extrem de dens care ducela micorarea filtrrii. Dac fluidul de foraj nu este un sistem coloidal, apaliber care este ntr-o cantitate mare ptrunde adnc n strat formnd peperetele sondei un colmataj gros i permeabil. Pentru noroaiele naturale,grosimea turtei de noroi este cuprins ntre 3 i 5 mm. Totui dup o perioadlung de timp, cantitatea de filtrat crete determinnd o avansare a frontului deinvazie.

Formarea turtei de colmataj pe peretele sondei duce la micorareadiametrului sondei, astfel c n dreptul stratelor poros-permeabile diametrulsondei este mai mic dect diametrul sapei.

Ptrunderea filtratului de noroi este condiionat de porozitatea ipermeabilitatea colectoarelor. Pentru aceeai presiune diferenial i aceeaicalitate a fluidului de foraj, la poroziti i permeabiliti mici are loc o invazieadnc, pe cnd la poroziti i permeabiliti mari are loc o invazie mai mic.Aceast relaie ntre proprietile rocilor i frontul de invazie, dei pare


3/13


47

contradictorie, ea poate fi explicat astfel: n formaiunile cu porozitate mareexist un volum de pori mai mare pe care l va ocupa filtratul de noroi ifrontul de invazie va nainta puin. La poroziti mici, cantitatea de filtrat fiindaceeai va ocupa o zon mai mare corespunztor unui spaiu poros egal cuvolumul de filtrat, ceea ce va duce la invazii mai adnci.

Experimentele de laborator au artat o dispersie mare a filtratului denoroi n strat, suprafaa frontului de invazie fiind n general diferit de cea aunei suprafee regulate (v. fig. 3.1).

Aceast dispersie este determinat n special de neomogenitatea

mediului poros, neomogenitate dat de variaia radial a porozitii i permea-bilitii. Alturi de variaia proprietilor petrofizice se adaugi ali factori,ca de exemplu: nclinarea stratelor, devierea de la vertical a sondelor, vari-aiile litologice etc.

Frontulde invazie

Turt

de noroi

Frontulde invazie

Turt

de noroi

Frontulde invazie

Turt

de noroi

Frontulde invazie

Turt

de noroi

a. a c.

L teva oredup traversare

b. a 3 zile.L c. a 10 zile.L d. a 25 de zile.L

Rocimpermeabil

Rocporos-

permeabil

Fig .3.2. Variaia frontului de invazie cu timpul , aifn > ( dup H. G. Doll ) [20].

Modelul fizic admis n practica interpretrii cantitative a diagrafiei

geofizice este modelul cu zone cilindrice n care filtratul de noroi ptrunde nmod uniform pe toat grosimea stratului. n realitate, acest model sufermodificri importante din urmtoarele cauze: variaia n timp a proprietilorfluidului de foraj, filtrarea continu, separarea gravitaional a fluidelor dincolector. Variaia frontului de invazie n timp i a separrii gravitaionalepentru un colector cu ap de zcmnt mineralizat este ilustrat n figura 3.2.


4/13


48

Ca urmare a fenomenului de invazie, fluidul existent n spaiul poroseste nlocuit total sau parial de filtratul de noroi pe o anumit zon, numit

zon de invazie (fig.3.3 -I).

II II

Frontul

de invazie

Frontul

de invazie112 2

Diri

Dio

rio

Fig. 3.3. Zonelei sub zonele din stratul poros-permeabil,

ca urmare a fenomenului de invazie.I zona de invazie 1. subzona splat;

2. subzona de tranziie. II zona necontaminat.

Zona n care nu a ptruns filtratul de noroi este cunoscut sub numeledezon necontaminat (II). Cele dou zone sunt separate de frontul de invazie

i se deosebesc din punctul de vedere al coninutului n fluide. Distribuiafluidelor este diferit n funcie de fluidele existente iniial n colector i dedistana radial fa de axa sondei. Dup distribuia fluidelor zona de invaziese divide n subzona splat 1 n imediata apropiere a peretelui sondei isubzona de tranziie 2.


5/13


49

3.2 Distribuia fluidelor

Colector cu ap de zcmnt

n subzona splat se consider c filtratul de noroi dezlocuietentreaga cantitate de ap de zcmnt existent. n aceast subzon fluidul caresatureaz ntreg spaiul poros este filtratul de noroi (fig. 3.4.,a).

n subzona de tranziie cantitatea de filtrat este mai mici are loc unamestec al filtratului de noroi cu apa de zcmnt existent. Gradul de

amestec dintre filtratul de noroi i apa de zcmnt este caracterizat prinfactorul de amesteczi reprezint fracia din spaiul poros umplut cu ap cese amestec cu filtratul de noroi. Valoarea lui z pentru o roc curat (frconinut de argil), hidrofil poate fi selectat dup cum urmeaz:

-z = 5 pentru 10 % P 18 %;-z = 7,5 pentru 18 % < P 25 %;-z = 10 pentru P > 25 %.

Caracteristicile geometrice ale celor dou subzone (fig.3.3) sunt:- ri0, Di0 = (5...15 cm) - raza, respectiv diametrul subzonei splate;

- ri, Di = (0,5...5 m) - raza, respectiv diametrul zonei de invazie.Colector cu hidrocarburi

n subzona splat filtratul de noroi nu dezlocuiete ntreaga cantitatede hidrocarburi. n aceast subzon, se gsete o cantitate de 10 40 % petrolsau gaze remanente (hidrocarburi reziduale), cantitate ce poate ajunge n cazulpetrolurilor vscoase pn la 50 %, restul spaiului poros fiind umplut cufiltrat de noroi(fig. 3.4, b).

n subzona de tranziie cantitatea de filtrat de noroi scade, cantitatea de

hidrocarburi crete; totodat rmne n spaiul poros i o anumit cantitate deap de zcmnt.n cazul rocilor cu hidrocarburi, ntre zona de invazie i zona neconta-

minat a fost pus n evidena o zon de acumulare a apei de zcmnt datoritpermeabilitilor relative diferite ale colectorului pentru petrol i ap. Aceastzon a fost denumitazona de bordur, anulus sauzon inelar.


6/13


50

Experienele de laborator au artat c grosimea zonei de bordur nudepete n medie 10 % din diametrul zonei de invazie i dispare relativrepede n timp.

100%

0

Fluidde

foraj

T

urt

den

o

roi

Sio

Subzonasplat

Subzona detranziie

Zona necontaminatGaura

desond

b).

Si

Sio

Sio

Zonde

bordur

Sio

Si

Sa

Ap de zcmnt

Srh Sh

Hidrocarburi

Filtrat de noroi

100%

0

Fluidde

foraj

Turt

de

no

roi

Filtrat de noroi

Sio

Sa

Si

Ap de zcmnt

Subzonasplat

Subzona detranziie

Zona necontaminatGaura

desond

a).

Fig.3.4. Zonele i subzonele formate n stratul poros-permeabil i distribuia fluidelor.

a. strat cu ap; b. strat cu hidrocarburi.

Zona necontaminat conine fluidele existente iniial n colector -

hidrocarburi i ap de zcmnt. Zonele i subzonele formate n stratul poros-permeabil i distribuia fluidelor sunt sintetizate n tabelul 3.1 i ilustrate nfigura 3.4.

Zonelei subzonele stratului poros-permeabil i coninutul lor n fluide

Tabelul 3.1.Roca colectoare Zona Subzona Coninut n fluide

1. splat Filtrat de noroiI. de invazie

2. de tranziieAmestec de filtrat de noroi iap de zcmnt

A. Colector cuap de zcmnt

II. necontaminat Ap de zcmnt

1. splat Filtrat de noroi i hidrocarburirezidualeI. de invazie

2. de tranziieAmestec de filtrat de noroi, ap dezcmnt i hidrocarburi

II. inelarAp de zcmnt (preponderent ihidrocarburi

B. Colector cuhidrocarburi iap de zcmnt

III. necontaminat Hidrocarburi i ap de zcmnt


7/13


51

3. 3. Distribuia rezistivitilor

Mediul geologic la care se raporteaz msurtorile geofizice este formatdin fluidul de foraj existent n sond, turta de colmataj ce se formeaz ndreptul stratelor poros-permeabile, zona de invazie cu subzona splat isubzona de tranziie, zona necontaminat pentru colectoare de grosime mic,stratele adiacente. Din punct de vedere electric acesta reprezint un mediuneomogen cu proprieti diferite i intereseaz n mod deosebit distribuiaradial a rezistivitilor n dreptul stratelor poroase permeabile.

a)Rezistivitatea electric a fluidului de foraj, n , este determinat denatura fazei continue, de concentraia n sruri, de temperaturi ntr-o micmsur de natura i concentraia particulelor solide n suspensie; rezistivitateafluidului de foraj condiioneaz metodele electrice de investigare.

n funcie de rezistivitate fluidele de foraj sunt:- noroaie cu rezistiviti cuprinse ntre 1 i 10 m, noroaie naturale

tratate i netratate, cu concentraia n sruri de pn la 50 g/l;- noroaie conductive, cu rezistiviti mai mici de 1 m i pn la

valori de 10-2m (noroaie mineralizate);

- noroaie neconductive, cu rezistiviti de peste 109m (noroaie pebaz de produse petroliere).

Rezistivitatea fluidului de foraj se obine n general prin msurtoridirecte pe probe de fluid.

b)Rezistivitatea filtratului de noroi este o funcie de rezistivitateafluidului de foraj.

Pentru noroaiele naturale dependena dintre rezistivitatea filtratului denoroi fn i rezistivitatea fluidului de foraj este de forma:

07,1

nnfn K = (3.1.)

unden

K este un coeficient a crui valoare este o funcie de densitateanoroiului;el este prezentat n tabelul 3.2. Pentru un calcul aproximativ se poatelua pentru

nK valoarea 0,7.


8/13


52

Valorile coeficientului nK

(dup Schlumberger Doc. ) [82]

Tabelul 3.2.Densitatea fluiduluide foraj [kg/m3] n

K

1200 0,8471320 0,7081440 0,5871560 0,4881680 0,4121920 0,3802160 0,350

c)Rezistivitatea turtei de colmatajtn este dependent de rezistivitateafluidului de foraj. Aa cum s-a artat mai sus noroiul natural tratat sau netratatare drept componente de baz apa i argila. Rezult c rezistivitatea turtei denoroi va fi determinat de rezistivitatea argilei ce intr n compoziia noroiuluii de gradul de mineralizaie a apei. Rezistivitatea turtei de noroi, tn, la otemperaturTdat, se calculeaz cu relaia empiric:

65,2

69,0

=fn

ntn

, (3.2)

d)Rezistivitatea subzonei splate este rezistivitatea unei roci careconine filtrat de noroi, n cazul rocilor acvifere, i filtrat de noroi ihidrocarburi reziduale n cazul rocilor cu hidrocarburi. Avnd n vedereconinutul n fluide a acestei subzone, rezistivitatea ei este mai mare dectrezistivitatea turtei de colmataj i a subzonei de tranziie. Pentru un colector cuap de zcmnt, rezistivitatea subzonei splate io poate fi scris sub forma:

fni F =0 , (3.3.)

n cazul colectoarelor cu hidrocarburi, n subzona splat se gsesc ihidrocarburi reziduale, dar rezistivitatea acestora fiind foarte mare rezult cfactorul care determin conductivitatea electric acestei subzone este totfiltratul de noroi. Rezistivitatea subzonei splate poate fi scris, innd seamade relaia factor de formaie - saturaie, sub forma:


9/13


53

( )20

1 rh

fni

S

F

= , (3.4.)

unde Srh este saturaia n hidrocarburi reziduale (saturaia rezidual nhidrocarburi).

e)Rezistivitatea subzonei de tranziie, n cazul colectoarelor cu ap dezcmnt, este o funcie de rezistivitatea amestecului filtrat de noroi-ap dezcmnt. Rezistivitatea acestui amestec, z, se determin cu graficul din

figura 3.5, unde z reprezint factorul de amestec. Rezistivitatea subzonei detranziie poate fi definit:

zi F = (3.5.)

n colectoarele cu hidrocarburi, cantitatea de filtrat de noroi scade, nscrete cantitatea de ap de zcmnt i cantitatea de hidrocarburi. Dacsaturaia n filtrat de noroi n amestec cu ap de zcmnt este Si atuncirezistivitatea subzonei de tranziie este:

2i

zi

S

F= (3.6.)

Din relaia (3.6) rezult ci este invers proporional cu saturaia nfluid conductor, deci cu ct Si este mai mic, respectiv cu ct sunt mai multehidrocarburi n subzona de tranziie cu att rezistivitatea acestei subzone va fimai mare.

f)Rezistivitatea zonei inelare din cauza acumulrii apei de zcmnt nfaa frontului de invazie. n aceast zon exist o cantitate mai mare de ap

care determin o micorare a rezistivitii. Totui, n aceast zon rmne i ocantitate de hidrocarburi, astfel c rezistivitatea acestei subzone va fi datderelaia:

ain

aiin

S

F= , (3.7.)

unde Sain este saturaia n api n zona inelar.


10/13


54

g) Rezistivitatea zonei necontaminate reprezint rezistivitatea real astratului.

Pentru colectoare saturate cu ap de zcmnt, valoarea rezistivitii vafi egal cu:

aiRiF = . (3.8.)

Fig . 3.5. Rezistivitatea amestecului filtrat de noroi - ap de zcmnt

n subzona de tranziie (dup Prison) [ 38 ].

Pentru colectoarele cu hidrocarburi, rezistivitatea zonei necontaminateva fi influenat de saturaia n ap, respectiv n hidrocarburi, a crei valoareva fi dat de relaia:

( )21 h

aiR

S

F

= (3.9.)

Din aceast relaie rezult c rezistivitatea zonei necontaminate scadeodat cu scderea rezistivitii apei de zcmnt i cu creterea saturaei n

ap. De

aici putem desprinde urmtoarea concluzie i anume c pentru uncolector cu acelai factor de formaie (F= ct.) rezistivitatea real a stratuluidepinde de concentraia n sare a apei de zcmnt i de saturaia n ap.

Prin urmare, valoarea rezistivitiizonei necontaminate poate prezentaun domeniu de variaie de la valori mai mari dect rezistivitatea zonei deinvazie la valori mai mici. Distribuia rezistivitilor pentru un colector cu api un colector cu hidrocarburi este prezentat n figura 3.6.


11/13


55

b).

Zoninelar

Fluidde

forajTu

rt

de

noroi

Subzonasplat

Subzona detranziie

Zona n econtaminat

a).

Zona de invazie

tn

n

io

t

R

r

A

xa

sondei

Fluidde

forajTu

rt

de

noroi

Subzonasplat

Subzona detranziie

Zona necontaminat

Zona de invazie

tn

n

io

t

R

r

A

xa

sondei

R

R

2

1

3

in

Fig.3.6. Distribuia rezistivitilor n stratul poros-permeabil:a). roc cu ap de zcmnt; b). Roc cu hidrocarburi i ap de zcmnt.

Cele prezentate mai sus sunt sintetizate n tabelul 3.3 i sunt valabilepentru o sond vertical, strat orizontal, diametru constant al gurii de sond.Privitor la dezlocuirea fluidelor aceast distribuie corespunde modelului

piston n care filtratul de noroi dezlocuiete ntreaga cantitate de ap din colec-tor n imediata apropiere a peretelui sondei.

n condiii reale sondele pot fi deviate de la vertical, stratele prezinto anumit nclinare n funcie de structura geologic local, iar diametrulsondei este variabil. Aceste condiii au o anumit influen n distribuia flui-delor i a rezistivitilor i implicit n stabilirea metodelor electrice decercetare a sondelor.

O influen deosebit asupra distribuiei fluidelor i a profilelor derezistivitate o are tipul fluidului de foraj i proprietile acestuia. La sparea

sondelor, alturi de fluidele de foraj pe baz de ap, se utilizeazi alte tipuride fluide care pot modifica substanial profilele de rezistivitate, cu implicaiiimportante n interpretarea calitativi cantitativ a diagrafiei geofizice.


12/13


56

Zonelei caracteristicile acestora ca urmare a fenomenului de invazie.

Tabelul 3.3Zona Subzona Dimensiuni Fluid saturant Rezistivi-

tateafluidului

Rezistivitatea(sub)zonei

1 2 3 4 5 6gaura desond

Diametrul[ ]mm440135K=sd

Noroi de foraj(100%)

n n

turta decolmataj

Grosimea

[ ]''2321 K''tnh = - -

ntn , 51

I. Colectoare cu ap

Filtrat de noroiSaturaie : 0IS

fn 8,0

fni F =0 de invazie splat Diametrul

[ ]cm1550 K=iD

II. Colectoare cuhidrocarburi:1. Filtrat de noroiSaturaie : 0IS

2.hidrocarburirezidualeSaturaie :

01 irh SS =

( %4010K=rh

S )

nfn 8,0

( )20

1 rh

fni

S

F

=

II. Colectoare cu

hidrocarburi:1. Filtrat de noroi namestec cu ap dezcmntSaturaie : iS

2. hidrocarburiSaturaie :

ih SS = 1

z 2

i

z

iS

F =

detranziie

Diametrul[ ]m550 K,Dt =

I. Colectoare cu apFiltrat de noroi namestec cu ap dezcmnt; factorulde amestec 41.,1= FZ SauZ= 5 % pt.10%


13/13


57

Tabelul 3.3 (continuare)Zona Subzona Dimensiuni Fluid saturant Rezistivi-

tateafluidului

Rezistivitatea(sub)zonei

1 2 3 4 5 6II. Colectoare cuhidrocarburi:1. Filtrat de noroin amestec cu apde zcmntSaturaie : iS

2. hidrocarburi

Saturaie :ih SS = 1

z 2

i

z

iS

F =

inelar(de bordur)Obs. numain colectoarecuhidrocarburi

Grosimea[ ]cm2010K=inh

Colectoare cuhidrocarburi1. Ap dezcmnt namestec cu filtratde noroi2. hidrocarburipreponderen apde zcmnt

ai aiin F

I. Colectoare cuap- ap de zcmntSa=100%

ai aiRi F = neconta -minat

II. Colectoare cuhidrocarburi:1. Ap dezcmnt(saturaia aS )

Saturaia minimeste saturaiaireductibil

ir,aS

2. Hidrocarburi(saturaia

ah SS = 1 )

ai

( )21 h

aii

S

F

=

geofizica- cap 3

Documents