Геофизические исследования скважин на нефтегазовых месторождениях

А. А. Ладенко, О. В. Савенок 
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 
СКВАЖИН НА НЕФТЕГАЗОВЫХ 
МЕСТОРОЖДЕНИЯХ 
Учебное пособие 
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
1 

УДК 550.83:622.323/.324 
ББК 26.2:33.36 
Л15 
Р е ц е н з е н т ы :
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры геофизических 
методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых  
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» С. Б. Бекетов; 
доктор физико-математических наук, профессор, профессор отделения 
нефтегазового дела Инженерной школы природных ресурсов  
ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский  
политехнический университет» М. В. Коровкин 
Л15  
Ладенко, А. А. 
Геофизические исследования скважин на нефтегазовых месторождениях : учебное пособие / А. А. Ладенко, О. В. Савенок.  Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021.  260 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0650-5 
Раскрыты цели геофизических исследований и способы решения геологических и технологических задач нефтегазовой геологии и разработки месторождений. Приведены физические основы электрических, акустических, радиоактивных, термических, магнитных и других методов исследования скважин. 
Даны сведения об аппаратуре и оборудовании. Рассмотрены новые технологии 
проведения геофизических исследований скважин. 
Для студентов и аспирантов геологических и нефтегазовых направлений 
подготовки. 
УДК 550.83:622.323/.324 
ББК 26.2:33.36 
ISBN 978-5-9729-0650-5  
” Ладенко А. А., Савенок О. В., 2021 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 
................................................. 8 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 10 
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ПЕТРОФИЗИКИ ГОРНЫХ ПОРОД .................................. 13 
1.1. Коллекторские свойства горных пород ................................................... 13 
1.2. Электрические, радиоактивные, акустические и другие свойства  
горных пород .............................................................................................. 21 
ГЛАВА 2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН ...... 33 
2.1. Классификация методов ГИС ................................................................... 33 
2.2. Соотношение методов, основанных на исследовании керна,  
шлама и ГИС .............................................................................................. 33 
2.3. Роль и место ГИС на стадиях горно-геологического процесса ............ 34 
ГЛАВА 3. СКВАЖИНА КАК ОБЪЕКТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ  
ИССЛЕДОВАНИЙ 
.................................................................................................... 37 
3.1. Схемы и технологии проведения ГИС 
..................................................... 38 
3.2. Основные марки геофизических (каротажных) кабелей ....................... 44 
ГЛАВА 4. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ  
В ОТКРЫТОМ СТВОЛЕ СКВАЖИН..................................................................... 47 
4.1. Электрические методы исследования скважин ...................................... 47 
4.1.1. Электрические и электромагнитные свойства горных пород ...... 48 
4.1.2. Удельное электрическое сопротивление горных пород ............... 50 
4.1.3. Модификации электрического каротажа 
........................................ 53 
4.1.4. Измерение кажущегося удельного сопротивления  
горных пород 
..................................................................................... 53 
4.1.5. Кривые кажущегося удельного сопротивления 
............................. 56 
4.1.6. Боковое каротажное зондирование (БКЗ) ...................................... 58 
4.1.7. Кажущееся удельное сопротивление пласта  
неограниченной мощности. Палетки БКЗ ..................................... 59 
4.1.8. Микрозондирование (микрокаротаж) ............................................. 62 
4.1.9. Боковой каротаж ............................................................................... 65 
4.1.10. Боковой микрокаротаж 
................................................................... 66 
3 

4.1.11. Индукционный метод каротажа скважин 
..................................... 67 
4.1.12. ВИКИЗ 
.............................................................................................. 69 
4.1.13. Литологическое расчленение разреза ........................................... 70 
4.1.14. Выделение коллекторов и оценка типа насыщения .................... 70 
4.1.15. Метод потенциалов собственной поляризации ........................... 72 
4.1.16. Диффузионно-адсорбционные потенциалы 
................................. 73 
4.1.17. Фильтрационные и окислительно-восстановительные  
потенциалы ПС ............................................................................... 76 
4.1.18. Измерение потенциалов ПС в скважинах и помехи  
при записи каротажных диаграмм ................................................ 77 
4.1.19. Обработка и интерпретация диаграмм ПС 
................................... 79 
4.1.20. Метод потенциалов вызванной поляризации .............................. 80 
4.1.21. Метод потенциалов токового каротажа 
........................................ 81 
4.1.22. Метод электродных потенциалов 
.................................................. 83 
4.2. Акустический каротаж............................................................................... 84 
4.2.1. Акустические свойства горных пород ............................................ 85 
4.2.2. Методы акустического каротажа .................................................... 88 
4.2.3. Физические основы акустического метода .................................... 89 
4.2.4. Акустический каротаж по скорости и затуханию ......................... 90 
4.2.5. Измерительные установки акустического каротажа 
..................... 95 
4.2.6. Метод шумометрии 
......................................................................... 102 
4.3. Методы радиоактивного каротажа 
......................................................... 104 
4.3.1. Основные сведения о радиоактивности 
........................................ 104 
4.3.2. Единицы измерения радиоактивных излучений 
.......................... 112 
4.3.3. Семейства радиоактивных элементов и радиоактивность  
горных пород 
................................................................................... 112 
4.3.4. Взаимодействие ядерных излучений с веществом 
...................... 114 
4.3.5. Методы регистрации и детекторы  
радиоактивных излучений 
............................................................. 117 
4.3.6. Гамма-каротаж ................................................................................ 120 
4.3.7. Интерпретация результатов ГК ..................................................... 122 
4.3.8. Гамма-гамма-каротаж (ГГК) 
.......................................................... 123 
4.3.9. Нейтронный каротаж (стационарные нейтронные методы) 
....... 126 
4.3.10. Нейтрон-нейтронный каротаж 
..................................................... 132 
4.3.11. Общие принципы построения аппаратуры  
радиоактивного каротажа ............................................................ 134 
4.3.12. Импульсный нейтронный каротаж (ИНК) ................................. 135 
4 

4.3.13. Гамма-нейтронный каротаж ........................................................ 138 
4.3.14. Нейтронно-активационный каротаж 
........................................... 138 
4.3.15. Метод меченых атомов: применяемые модификации,  
физические основы, область применения .................................. 139 
4.3.16. Метод наведённой активности: физические основы,  
методика проведения, область применения 
............................... 141 
4.3.17. Новый способ и технология каротажа  
с использованием меченых веществ ........................................... 142 
4.4. Метод термометрии ................................................................................. 144 
4.4.1. Метод естественного теплового поля ........................................... 150 
4.4.2. Метод искусственного теплового поля ........................................ 152 
4.5. Кавернометрия 
.......................................................................................... 153 
4.6. Профилеметрия ........................................................................................ 155 
4.7. Метод пластовой наклонометрии 
........................................................... 157 
4.7.1. Определения элементов залегания пластов  
пластовым наклономером .............................................................. 157 
4.7.2. Пластовый наклономер НИД-1 
...................................................... 160 
ГЛАВА 5. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ  
ЗА РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 
........... 164 
ГЛАВА 6. ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И КОМПЛЕКСЫ ГИС, 
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ  
И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ........................................................................ 174 
ГЛАВА 7. КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКВАЖИН. 
РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ .......................................................................................... 179 
7.1. Измерение искривления скважин (инклинометрия) ............................ 179 
7.2. Основные задачи контроля технического состояния  
крепи скважин .......................................................................................... 183 
7.3. Оценка качества цементирования скважин 
........................................... 183 
7.3.1. Акустический контроль качества цементирования скважин ..... 184 
7.3.2. Метод гамма-гамма-каротажа 
........................................................ 186 
7.3.3. Метод радиоактивных изотопов 
.................................................... 187 
7.3.4. Применение метода термометрии при контроле  
цементирования скважин 
............................................................... 188 
5 

7.4. Общие положения контроля технического состояния  
обсадных колонн 
...................................................................................... 188 
7.4.1. Основные задачи контроля технического состояния  
обсадных колонн 
............................................................................. 190 
7.4.2. Основные виды дефектов и повреждений обсадных колонн ..... 190 
7.5. Методы контроля технического состояния обсадных колонн ............ 192 
7.6. Определение мест притока воды в скважину, зон поглощения  
и затрубного движения жидкости .......................................................... 207 
7.6.1. Новая технология определения мест негерметичности  
в муфтовых соединениях обсадных колонн 
................................. 208 
7.6.2. Новая технология определения источников обводнения  
добываемой продукции и выявления интервалов  
негерметичности заколонного пространства скважин................ 211 
ГЛАВА 8. СХЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ ГИС  
В НАКЛОННО-ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ ...................................... 213 
8.1. Горизонтальная скважина как объект геофизических  
исследований ............................................................................................ 213 
8.2. Профили наклонно направленных и горизонтальных скважин 
.......... 213 
8.3. Технологии доставки геофизических приборов  
в горизонтальные скважины ................................................................... 215 
8.4. Каналы связи, используемые  
при исследовании горизонтальных скважин ........................................ 220 
8.5. Технологии проведения ГИС в горизонтальных скважинах 
............... 221 
8.5.1. Технологии проведения ГИС в горизонтальных скважинах  
за рубежом ....................................................................................... 221 
8.5.2. Технологии проведения ГИС в горизонтальных скважинах  
в России ........................................................................................... 223 
8.5.3. Аппаратурно-методические комплексы  
и приборное обеспечение для проведения ГИС  
при эксплуатации скважин............................................................. 227 
ГЛАВА 9. ИНФОРМАТИВНОСТЬ И ОГРАНИЧЕНИЯ  
К ПРИМЕНЕНИЮ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ  
В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ .............................................................. 232 
9.1. Информативность геофизических методов  
в условиях горизонтальных скважин 
..................................................... 232 
6 

9.2. Особенности геофизических исследований разведочных  
горизонтальных скважин ........................................................................ 234 
9.3. Особенности геофизических исследований эксплуатационных  
горизонтальных скважин ........................................................................ 235 
ГЛАВА 10. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГИС ................................. 239 
10.1. Общие положения .................................................................................. 239 
10.2. Требования к геофизической аппаратуре, кабелю  
и оборудованию ..................................................................................... 239 
10.3. Геофизические работы при строительстве скважин .......................... 240 
10.4. Геофизические работы при эксплуатации скважин ........................... 242 
10.5. Прострелочно-взрывные работы .......................................................... 243 
10.6. Ликвидация аварий при геофизических работах ................................ 246 
10.7. Основные технические требования к подготовке действующих  
скважин для проведения геофизических  
и гидродинамических исследований ................................................... 246 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................... 251 
7 

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 
АБК – аппаратура бокового каротажа  
АК – акустический каротаж  
АКЦ – акустическая цементометрия 
БК – боковой каротаж  
БКЗ – боковое каротажное зондирование  
БМК – боковой микрокаротаж 
БТК – боковой токовый каротаж 
ВИКИЗ – высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое 
зондирование 
ВК – волновой каротаж  
ВМ – взрывчатые материалы  
ВП – вызванная поляризация 
ВС – вертикальная скважина 
ГГК – гамма-гамма-каротаж 
ГЖК – газожидкостный контакт 
ГИС – геофизические исследования скважин 
ГК – гамма-каротаж 
ГП – горизонтальная плоскость 
ГС – горизонтальная скважина 
ДБТ – длинноразмерные безмуфтовые трубы  
ДМГ – датчик меток глубины 
ЖГК – жёсткий геофизический кабель 
ЗП – зона проникновения 
ЗС – замковое соединение  
ЗТС – забойные телесистемы  
ИК – индукционный каротаж 
ИМР – индикаторный метод по радону 
КГ – генераторная катушка  
КГУ – коэффициент газового усиления 
КМЦ – карбоксиметилцеллюлоза  
КП – приёмная катушка 
КС – кажущееся сопротивление 
МК – микрокаротаж 
МР – модуль регистрации 
МРГ – метод рассеянного гамма-излучения  
МСК – метод скользящих контактов 
НАК – нейтронно-активационный каротаж 
НГК – нейтронный гамма-каротаж 
8 

НКТ – насосно-компрессорные трубы 
ННК – нейтрон-нейтронный каротаж  
ОК – обсадная колонна  
ОЦК – отбивка цементного кольца  
ПВА – прострелочно-взрывная аппаратура  
ПВР – прострелочно-взрывные работы 
ПЖ – промывочная жидкость 
ПН – плоскость напластования 
ПС – потенциал собственный  
ПХГ – подземные хранилища газа  
РК – радиоактивный каротаж 
СИ – средство инициирования  
СП – сферический поршень  
ТК – токовый каротаж 
УПО – устройство для подъёма и опускания 
ЦП – центральный процессор 
ЭВС – электровзрывная сеть  
ЭДС – электродвижущая сила 
9 

ВВЕДЕНИЕ 
Геофизические исследования скважин (ГИС) представляют собой совокупность методов, применяемых для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах. Они базируются на изучении физических свойств горных пород по стволу скважины, что позволяет определить:  
 последовательность и глубины залегания пластов, их литологопетрофизические свойства;  
 наличие и количественное содержание в недрах полезных ископаемых. 
Результаты геофизических исследований отображаются в виде диаграмм 
изменения физических свойств пород в функции глубины скважины. 
Геофизические исследования скважин делятся на: 
1) геофизические исследования в открытом стволе скважины, предназначенные для изучения горных пород, непосредственно в околоскважинной зоне (сокращенно – каротаж); 
2) геофизические исследования в обсаженных нефтегазовых скважинах 
(промысловая геофизика); 
3) геофизические исследования для изучения межскважинного пространства (скважинная геофизика). 
Параметры естественных и искусственно создаваемых физических полей 
в скважине связаны с физическими свойствами горных пород и отражают 
структурные, коллекторские и другие характеристики в околоскважинном и 
межскважинном пространствах. 
Прямая задача ГИС – это нахождение параметров физических полей в 
скважине по заданным параметрам его источников и характеристикам среды. 
Обратная задача ГИС – это определение характеристик среды по измеренным параметрам физических полей. 
В основе любого метода скважинной геофизики лежит регистрация параметров соответствующего поля, несущего информацию не только о физических 
свойствах горных пород, но и об условиях измерения, таких как температура и 
давление в скважине, её диаметр, свойства промывочной жидкости и т.п. 
Поэтому измеряемый геофизический параметр (электрическое сопротивление, потенциал самопроизвольной поляризации, естественная радиоактивность и др.) не является истинным, характерным для естественного залегания 
горных пород. 
Для того чтобы получить значение истинного физического параметра 
необходимо внести соответствующие поправки, что составляет смысл геофизической интерпретации данных каротажа. Полученные в результате геофизической интерпретации исправленные величины свободны от влияния условий 
10