OSNOVI GEOFIZIČKOG KAROTAŽAJedanaesto predavanje

ELEKTRIČNI I AKUSTIČNI

SKENERI

Sa razvojem karotažnih uređaja za skeniranje zida bušotine, uveden je potpuno novi koncept u geofizička karotažna merenja.

Geofizičko uzorkovanje formacije vrši se u visokoj rezolucijiji i u horizontalnom i u vertikalnom pravcu. Na osnovu tako dobijene guste mreže podataka, računarski programi formiraju sliku zida bušotine.

Postoje dva osnovna tipa karotažnih uređaja za skeniranje zida bušotine (“Image Logs”):

- električni skeneri i- akustični skeneri.

Električni skeneri vrše detaljna merenja specifične električne otpornosti formacije, na osnovu kojih se formira slika zida bušotine.

Električni skeneri su razvijeni iz tehnologije dipmetra. Uređaj ima 4 ili više papuča sa velikim brojem malih tačkastih elektroda. Rezultati merenja pomoću svih elektroda formiraju mrežu (matricu) podataka i obrađuju se zajedno, kako bi se kreirala slika zida bušotine.

Na osnovu merenja električnim skenerima dobijaju se kvaliteteni snimci visoke rezolucije, ali oni ne pokrivaju ceo zid bušotine, zbog razmaka između papuča. Ovi uređaji mogu da se koriste samo u bušotinama sa provodnom isplakom.

Akustični skeneri vrše detaljna merenja brzine visokofrekventnih talasa reflektovanih od zida bušotine, na osnovu kojih se formira slika zida bušotine.

Predajnik na sondi rotira velikom brzinom i emituje ultrasonične impulse. Reflektovani signal od zida bušotine se registruje istim senzorom, koji sada ima funkciju prijemnika. Formira se veoma gusta mreža podataka.

Na osnovu merenja akustičnim skenerima dobijaju se kvaliteteni snimci visoke rezolucije, koji pokrivaju ceo zid bušotine. Ovi uređaji mogu da se koriste u bušotinama sa različitim tipovima isplake, ali ona ne sme da bude velike gustine.

Kreiranje slike (snimka)

Da bi se na osnovu merenih podataka kreirala slika, neophodno je da se definiše boja, koja odgovara određenom opsegu merenjih vrednosti (nijanse sive ili spektar boja).

Primenom ove tehnike, svaka kriva može da se predstavi u vidu trake sa šraftama različitih nijansi ili boja.

Karotažni uređaji za skeniranje zida bušotine obezbeđuju višestruka očitavanja na svakoj dubini (veći broj krivih). Da bi se kreirala slika iz dobijenih podataka, vertikalni interval uzorkovanja se podešava tako da odgovara razmaku između krivih.

Zid bušotine se podeli na vertikalne i horizontalne intervale i kreira se kvadratna mreža (pikselmatrica). Svakom kvadratu (pikselu) se dodeljuje boja, koja odgovara opsegu merenih vrednosti.

Prikazivanje podataka

Standardni način prikazivanja podataka karotažnog skeniranja je “razvijeni snimak zida bušotine”. Snimak cilindrične površ zida bušotine se preseca duž vertikalne linije u pravcu severa i “razmotava” u ravnu traku. Na taj način se formira kontinualni prikaz zida bušotine.

Na “razvijenom snimku zida bušotine”, horizontalne površi su predstavljene horizontalnim pravim linijama, vertikalnepovrši su predstavljene vertikalnim pravim linijama, a površi pod nagibom su predstavljene krivom oblika sinusoide (što je veći padni ugao površi, veća je amplituda sinusoide).

Vrednosti padnog ugla i azimuta se precizno određuju iz parametara sinusoide (amplituda ukazuje na vrednost padnog ugla, a pozicija minimuma ukazuje na azimut pada, azimut pružanaja sloja je upravan na azimut pada sloja).

Električni skeneri

Sonda Električnog skenera se sastoji od četiri papuče montirane na dva upravna nosača (“ruke”). Svaka papuča ima prikačendodatak (zalistak), pomoću koga se proširuje površ električnog kontakta sa formacijom. Površ papuče je zakrivljena i prati oblik zida bušotine.

Papuča i zalistak mogu da se pokreću nezavisno od tela sonde, tako da naležu na zid bušotine i kada sonda nije paralelna zidu.

Sonda ima hidraulični sistem za centriranje, koji omogućava bolji kontakt papuče sa formacijom, naročito u horizontalnim bušotinama i bušotinama sa velikom devijacijom.

Inklinometar i oprema za digitalnu telemetriju su montirani na telo sonde. Gornji deo sonde je odvojen izolacijom od donjeg dela i koristi se kao povratna elektroda.

Na sondu se često dodaje i sonda Karotaža prirodne radioaktivnosti.

Fullbore Formation MicroImager (FMI, Schlumberger)

Papuča i zalistak imaju po 24 tačkaste elektrode, raspoređene u dva reda (po 12 elektroda). Kada se za merenje koriste i papuče i zalisci, na svakoj dubini uzorkovanja registruje se 192 podatka, a kada se koriste samo papuče, registruje se 96 podataka.

Rezolucija merenja je 0.25 cm.

Interpretacija snimaka

Interpretacija snimaka električnog skenera se obavlja na radinim stanicama. Prvo se vrši merenje padnih uglova i azimuta planara (površi slojevitosti, rasedi, pukotine, itd.).

U cilju efikasnije analize snimka, vrši se klasifikacija merenih površi prema tipu strukture. Na primer, ako se analiziraju pukotine, vrši se podela na tipove pukotina, koji mogu da se identifikuju: otvorene pukotine, cementirane pukotine, pukotine izazvane bušenjem, itd.

Velika gustina podataka merenja obezbeđuje mnoštvo informacija o strukturnim i stratigrafskim karakteristikama formacije i neophodno je da se odaberu i izdvoje podaci za specifične vrste analiza i prikaza.

Snimci dobijeni bušotinskim skenerima ne mogu da zamene jezgro bušotine. Podaci skeniranja dopunjuju podatke dobijene jezgrovanjem. Mnoge karakteristike formacija (frakture, proslojci) su prepoznatljive na snimcima, ali fine promene (u teksturi, na primer) nisu jasno vidljive i da bi mogle da se identifikuju, koristi se tehnika izdvajanja “facija snimka”.Izdvajanje “facija snimka” vrši se na osnovu korelacije sa fotografijama jezgra i rezultatima merenja drugih GFK postupaka. Kada se, u bušotini koja je jezgrovana, definišu “facije snimka”, one pretstavljaju osnovu za interpretaciju snimaka u drugim bušotinama.

Fotografija jezgra i snimak Električnog skenera u zoni raseda (žuta linija).

Rezolucija snimaka. Kada je debljina proslojaka (lamina) reda veličine rezolucije instrumenta, ne može da se identifikuje svaki pojedinačni proslojak, ali uočavaju se fine promene otpornosti, koje ukazuju na njih. Prikazan je snimak formacije sa ukrštenom slojevitošću – uočavaju se lamine sa malim padnim uglom (5o-10o) u fino granulisanom pesku (visoke otpornosti su prikazane tamnijim nijansama).

U velikom broju slučajeva, proslojci mogu jasno da se uoče na snimku, mada se konzistentnost padnih uglova i azimuta koristi kao potvrda identifikacije.

Prikazan je snimak formacije sa ukrštenom slojevitošću – dobro uslojeni peščar sa blago nepravilnom slojevitošću i umerenim vrednostima padnih uglova (15o-35o) -sedimenti kanala delte (visoke otpornosti su prikazane tamnijim nijansama).

Izdvajanje struktura i objekata, čije su dimenzije bliske rezuliciji snimka, zavisi od njihove geometrije. Linearne strukture se lakše prepoznaju, dok se manji objekti nepravilnog oblika veoma teško identifikuju.

Najmanji objekti nepravilnog oblika, koji mogu da se izdvoje, su odlomci u konglomeratima i brečama. Na snimku je prikazan konglomerat. Tamne zone ukazuju na odlomke, koji su ispali iz zida bušotine tokom bušenja (visoke otpornosti su prikazane svetlijim nijansama).

Stratigrafsko-sedimentološka interpretacija snimaka Električnog skenera

Cilj stratigrafsko-sedimentološka interpretacija snimaka Električnog skenera je izdvajanje sedimentnih struktura i oblika, određivanje njihove orijentacije i prikupljanje detaljnih podataka o litologiji, teksturi, sedimentnim facijama i sekvencama.

Analiza promene veličine zrna, karakteristika sedimentnih oblika i orijentacije slojeva primenom standardnog karotažnog postupka (Karotaž prirodne radioaktivnosti) i Električnog skenera.

Snimak električnog skenera u sedimentima delte. U kanalu 1 se uočavaju eroziona baza, slojevi peska i glina sa finim proslojcima. U kanalu 2 se uočavaju slojevi različite orijentacije.Na meanderiranje ukazuje transport materijala u pravcu severoistoka (visoke otpornosti su prikazane tamnijim nijansama).

Sedimentni oblici na snimcima električnog skenera:

1. laminacije2. slojevitost3. promena veličine

zrna4. konglomerati5. masivan sloj6. ubrani slojevi

7. deformacija slojeva 8. prodor vode u strukturu 9. sočivo peska 10.ukrštena slojevitost

Strukturna interpretacija snimaka Električnog skenera

Cilj strukturne analize snimaka električnog skenera je da se precizno odredi strukturni pad slojeva i da se izdvoje strukturni oblici, kao što su diskordance, rasedi, pukotine i nabori.

Diskordanca na snimku Električnog skenera.

Diskordanca se uočava kao oštro izražena površ na snimku. Slojevi u podini su dobro cementirani, a povlatni transgresivni slojevi nisu jasno izraženi, mada svetle nijanse ukazuju na višu permeabilnost (visoke otpornosti su prikazane tamnijim nijansama).

Izdvajanje pukotina u jako ispucaloj formaciji na osnovu snimka Električnog skenera (visoke otpornosti su prikazane svetlim nijansama).

Izdvajanje pukotina na snimku Električnog skenera.

Pukotine izazvane procesom bušenja (DIF) na snimku Električnog skenera. Veštački izazvane pukotine se lako uočavaju, kao dobro definisane linearne forme niske otpornosti, na međusobnom razmaku od 180o, orijentisane u pravcu bliskom pravcu ose bušotine. U blizini ovih pukotina uočavaju se i oštećenja zida bušotine.

Rased strmog pada na snimku Električnog skenera.

U sedimentima gornjeg bloka uočavaju se fine lamine pod blagim nagibom, dok je donji blok ispresecan pukotinama (visoke otpornosti su prikazane svetlim nijansama).

Rasedi na snimku Električnog skenera.

Polegli nabor u laporcima na snimku Električnog skenera.Polegli nabor leži na slojevima malog padnog ugla (visoke otpornosti su prikazane tamnijim nijansama).

Akustični skeneri

Akustični skeneri su poznati i pod nazivom Ultrasonični karotaž. Princip rada se zasniva na registraciji visokofrekventnih talasa reflektovanih sa zida bušotine.

Piezoelektrični predajnik ima istovremeno i funkciju prijemnika.

Piezoelektrični predajnik rotira velikom brzinom (6 rotacija u sekundi) i emituje ultrasonične impulse (1500 impulsa u sekundi). Reflektovani signal sa zida bušotine se registruje istim senzorom, koji sada ima funkciju prijemnika (senzor prestaje sa oscilovanjem pre nailaska reflektovanog talasa).

Dok se sonda lagano kreće (izvlači) kroz bušotinu, a predajnik-prijemnik rotira,prikuplja se veoma gusta mreža podataka sa zida bušotine, koja se obrađuje pomoću računara i formira se snimak punog obima zida bušotine.

Instrument se orijentiše u prostoru pomoću magnetometra.

Oprema za snimanje podataka akustičnog skeniranja se nalazi na donjem delu sonde. Iznad nje se nalaze sistemi lučnih opruga, koji služe za centralizaciju sonde. Na vrhu sonde je oprema za merenje orijentacije sonde, kao i sistem za telemetriju (slanje podataka). Na sondu se dodaje i sonda Spektralnog gama karotaža.

Pri svakom obrtaju predajnika (prijemnika), uzorkuje se 250 podataka. Formira se gusta spiralna mreža podataka - pun obim bušotine se snima na svakih 0.83 cm.

Poređenje snimaka Električnog skenera (FMS) i Akustičnog skenera (UBI).

Akustični skener može da se koristi u bušotini sa bilo kojim tipom isplake, ali isplaka stvara smetnje u signalu. Kvalitetni rezultati merenja mogu da se dobiju samo u bušotinama sa isplakom manje gustine.

Podaci merenja vremena nailaska i amplituda talasa se obrađuju i formiraju se snimci u boji (ili nijanasama sive), koji se prikazuju kao “razvijeni snimak zida bušotine”. Podaci merenja vremena nailaska i amplituda talasa se prikazuju kao snimci u dve susedne piste, radi lakšeg upoređivanja. Zbog velikog broja smetnji, kvalitet snimaka se, najčešće, poboljšava dodatnim postupcima obrade (filtriranje, poboljšanje kontrasta, izoštravanje i drugi postupci za obradu slika).

Podaci merenja vremena nailaska talasa mogu da se prikažu i obliku krive, kao Akustični kaliper.

Prikaz snimka Akustičnog skenera – u levoj pisti su date krive Akustičnog kalipera i Karotaža prirodne radioaktivnosti, u srednjoj pisti je snimak amplituda(visoke amplitude - svetle nijanse), a u desnoj pisti je snimak vremena nailazaka talasa (duža vremena -svetlije nijanse).

Na snimku su prikazani ispucali karbonati. Kaverna, koja se uočava na krivoj Akustičnog kalipera, između 4079.1 -4079.5 m, je u vezi sa pukotinema u steni.

Kvalitet registrovanog signala zavisi od mehaničkih svojstava formacija, nazubljenosti zidova bušotine, geometrije bušotine i svojstava isplake:

- kompaktne formacije (karbonati, dobro konsolidovan peščar, itd.) reflektuju mnogo više energije nego rastresite formacije (pesak, slabo konsolidovane gline, itd.);

- frakture i šupljine u formaciji, kao i nazubljeni zidovi bušotina, dovode do rasipanja velikog dela energije talasa;

- bušotina kružnog preseka je bolji reflektor od bušotine eliptičnog preseka;

- u bušotinama sa isplakom, čestice u isplaci izazivaju smetnje u vidu mrlja i senki na snimku, usled disperzije energije talasa(gustina isplake ne sme da bude veća od 1.7-1.9 t/m3).

Ostali faktori, koji utiču na kvalitet registrovanog signala, su:- centralizacija sonde (odnos geometrije bušotine i položajasonde) i

- devijacija bušotine.

Centralizacija sonde – ako sonda nije centralizovana, javiće se karakteristične “deformacije” signala na snimku i krive neće imati oblik sinusoide.

Devijacija bušotine –centralizovana sonda se kreće se dužose bušotine, a sistem je konstruisan za merenje duž prave linije. Većina bušotina ima određenu devijaciju, u skladu sa kojom moraju da se koriguju izmerene vrednosti elemenata pada.

Interpretacija snimaka Akustičnog skenera

Snimci akustičnog skenera se koriste za strukturnu i stratigrafsko-sedimentološku analizu formacija.

Na osnovu snimka se precizno određuju elementi pada strukturnih i stratigrafskih oblika, analiziraju prirodne i veštački izazvane frakture, izdvajaju sedimentni oblici i litološke granice i analiziraju stratigrafske karakteristike.

Snimci akustičnog skenera se najčešče koriste za proučavanje fraktura. U zacevljenim bušotinama, instrument se koristi za lociranje mehaničkih oštećenja kolone, perforacija, korozije, itd.

Tipičan izgled otvorene (zjapeće) pukotine na snimku akustičnog skenera. Širina pukotine je povećana u nekim tačkama na zidu bušotine, usled oštećenja zida tokom bušenja.

Analiza pukotina

Analiza pukotina

Oštećenja zida bušotine na snimku Akustičnog skenera. Akustični kaliper (levo) pokazuje da su oštećenje orijentisana u pravcu SZ-JI. Snimak amplituda (sredina) prikazuje oštećenja kao tamne vertikalne linije, a snimak vremena nailaska talasa kao svetle. Uočljiva su i manja oštećenja (a, b).

Oštećenja zida bušotine i pukotine izazvane bušenjem (DIF)na snimcima različitih sondi Akustičnog skenera:(a) Ultrasonic Borehole Imager, (b) Borehole televiewer.

Litologija i sedimentni oblici na snimcima Akustičnog karotaža:A. Kreda sa stilolitima i proslojcima. B. Fino granulisani pesak sa proslojcima karbonata i silikatnim nodulama, prekriven laminiranom glinom (svetlo = visoke amplitude).

Orijentacija jezgra bušotine pomoću snimka Akustičnog skenera, na osnovu poređenja struktura.

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.

Ellis, D.V., Singer, J.M., 2008: Well Logging for Earth Scientists. Springer, Netherlands.

Hvala na pažnji!

Da li ima pitanja?