مباني نمودارگيري (Principles of Well Logging)

در صنعت حفاری چاه های نفت و گاز

مقدمه:

در طي حفاري گرفتن مغزه از سنگ‌هاي موردنظر معمولاً وقت‌گير و مستلزم مخارج زيادي است. خرده‌هاي سنگي به دست آمده از حفاري نيز به دليل كوچك‌بودن، مخلوط بودن با هم و شستگي به وسيله سيال حفاري، اغلب در تفسير مورد اطمينان نيستند. به اين دليل اطلاعات كمي از خواص فيزيكي اوليه سازندهايي كه از آن مشتق شده‌اند، در اختيار قرار مي‌دهند. نمودارهاي ژئوفيزيكي كمك بزرگي براي حل اين مشكل و كسب اطلاعات بيشتر از فواصل حفاري شده مي‌باشد. از اهداف مهم نمودارگيري (Well Logging) تهيه يك سري اطلاعات درجا از مخزن است. پارامترهاي مهم قابل دستيابي از اطلاعات نمودار عبارتند از: تخلخل، نسبت اشباع‌ آب و نفت، ضخامت زون توليد (net pay thickness)، ليتولوژي و تراوايي.ابزار نمودارگيري، سوند (sonde) ناميده مي‌شود كه در واقع، محفظه استوانه‌اي فلزي است كه توسط يك كابل غلاف‌دار به درون چاه فرستاده مي‌شود 
 اطلاعات به دست آمده از نمودارگيري عموماً روي كاغذ يا روي نوار مغناطيسي و به صورت رقومي ثبت مي‌گردد. در كارهاي صحرايي يك كاميون مخصوص كه كابل نمودارگيري شامل منبع انرژي، ثبت كننده‌ها و تجهيزات كمكي را حمل مي‌كن، برسر چاه آورده مي‌شود. در سوندها به طور معمول چندين ابزار نمودارگيري به طور همزمان به درون چاه فرستاده مي‌شوند، اين سبب مي‌گردد كه تعداد مراحل انجام نمودارگيري كاهش يابد.
   نمودارها را بنا به ابزار و اساس مورد استفاده به انواع مختلفي نظير الكتريكي (electrical)، راديواكتيو (nuclear)، صوتي (acoustic) و مكانيكي (mechanical) تقسيم‌بندي مي‌كنند. در اين بخش به معرفي بسيار مختصر برخي از نمودارها پرداخته مي‌شود.

بررسي‌هاي الكتريكي (Electric Survey, ES):
   نمودارهاي الكتريكي، شامل پتانسيل خودزا (SP) و نمودارهاي مقاومت الكتريكي (resistivity logging) مي‌باشد. براي انجام نمودارگيري، ابتدا حفاري متوقف شدن و رشته حفاري از چاه بيرون كشيده شده و سوند به داخل چاه فرستاده مي‌شود. سيگنال‌هاي الكتريكي از سوند به وسيله كابل نمودارگيري به دريافت كننده‌هاي الكتريكي موجود در كاميون رسيده و درمقابل عمق، ثبت و يا به صورت نمودار ترسيم مي‌شود.

 پتانسيل خودزا (Spontaneous Potential, SP):
   نمودار SP ولتاژهاي الكتريكي در داخل گل حفاري مقابل سازندها در اعماق مختلف يك چاه را ثبت مي‌كند. پتانسل خودزا (SP) ناشي از فعاليت‌هاي شيميايي سيالات در چاه و لايه‌هاي مجاور است. منبع اصلي پتانسيل خودزا در يك چاه، پتانسيل‌هاي الكتروشيميايي (electrochemical potential) و الكتروكينتيك (electrokinetic) مي‌باشد. اثرات الكتروشيميايي منبع اصلي پتانسيل طبيعي در بيشتر چاه‌هاي حفاري مي‌باشد. اين اثرات به علت مهاجرت يون‌ها از محلول‌هاي با غلظت بالا به محلول‌هاي با غلظت پايين بوجود مي‌آيد. اندازه‌گيري اين اختلاف پتانسيل بين الكترود موجود در سوند و الكترود موجود در سطح زمين صورت مي‌گيرد. مقادير پتانسيل خودزا خيلي كوچك است. بنابراين برحسب يا ميلي‌ولت اندازه‌گيري مي‌شود.
   جهت جريان و پاسخ نمودار عمدتاً عملكردي از شوري نسبي سيالات درون چاه و سازند است. بنابراين تغييرات شوري سيال گل حفاري ويژگي نمودار SP را تغيير خواهد داد.

كاربردهاي اصلي منحني SP عبارتند از:
   1ـ تفكيك لايه‌هاي تراوا از لايه‌هاي غيرتراوا
   2ـ تعيين مرز بين لايه‌ها
   3ـ تطابق لايه‌هاي معادل از چاهي به چاه ديگر
   4ـ به دست آوردن مقادير مناسب براي مقادير آب سازندي
   5ـ محاسبه حجم شيل در مخازن غيرتميز
   انحراف منحني SP نسبت به خط پايه شيل (shale line base)، خطي كه در منتهي‌اليه طرف مقابل منحني SP وجود دارد، اندازه‌گيري مي‌شود .همچنين، ماكزيمم انحراف SP در طرف منفي نمودار، غالباً در مقابل سازندهاي تميز و تراوا مي‌باشد. بنابراين مي‌توان خطي به موازات خط پايه شيل تحت عنوان خط ماسه (sand base line) يا خط تميز (clean base line) بر روي نمودار ترسيم نمود.
   بر اين اساس مي‌توان حجم شيل را در مخازن با استفاده از نمودار SP به دست آورد.

   تفاوت شوري يا مقاومت الكتريكي گل حفاري و آب سازندي باعث انحراف نمودار SP مي‌شود. نمودار SP براي ماسه حاوي آب شور هنگامي كه چاه داراي گل با آب شيرين باشد، در بيشترين حد است .منحني SP در ماسه حاوي آب شيرين، به سمت راست منحرف مي‌شود و براي ماسه حاوي آب لب شور، مستقيم و براي ماسه حاوي آب شور نسبت به حالت اول تأثير كمتري دارد.نمودار SP تحت تأثير ضخامت لايه نيز قرار مي‌گيرد.انحراف SP در يك لايه تراواي نازك، كمتر از لايه ضخيم‌تر است.تطابق زمين‌شناسي يكي از موارد ديگر استفاده منحني SP است زيرا شكل منحني‌ها در چا‌ه‌هاي مختلف براي يك افق زمين‌شناسي خاص، قابل مقايسه است. با مشاهده تغييرات نمودار SP، شناسايي تغييرات ليتولوژيكي مثل عدسي شكل‌بودن، متقارب بودن، ورقه‌اي بودن و غيره امكان‌پذير است

مقاومت الكتريكي سازند:
   به طور كلي مقاومت الكتريكي يك سنگ مخزن تميز به مقاومت الكتريكي آب سازندي (Rw)، فاكتور مقاومت سازند (formation factor, F) و مقدار آب و نفت موجود در آن سازند (سيال اشباع‌شدگي) وابسته مي‌باشد. شكل 11ـ10 به خوبي تأثير اين پارامترها را نشان مي‌دهد.
مقاومت الكتريكي آب سازندي(Rw)
   آب‌هاي سازندي به طور قابل توجهي از نظر شوري و دما متغيرند. اين تغييرات بر مقاومت آنها تأثير مي‌گذارد. براي مثال، مقاومت آب يك سازند با افزايش شوري و دما كاهش مي‌يابد. مقاومت يك الكتروليت بستگي به مقدار و نوع نمك حل شده در آن دارد. تركيبات نمكي متداول در زير براساس افزايش مقاومت نشان داده شده است:
   KCl   مقاومت يك الكتروليت حاوي نمك طعام را مي‌توان با استفاده از چارت‌هاي مخصوص به دست آورد.
   دركنار مقاومت سازندي، عوامل ديگري در نمودارگيري الكتريكي مؤثر هستند كه شامل سيال حفاري (drilling mud) و سيال فيلتر شده (mud filrate) است.