| Керн – цилиндрический монолит горной породы, полученный путем кольцевого разрушения забоя скважин при бурении |
Керн служит основным материалом для изучения геологического строения разреза скважины, является главным прямым источником и носителем информации о свойствах горных пород, обеспечивая визуальное и непосредственное их изучение. Он используется для определения относительного и абсолютного возраста, вещественного состава, петрографических, физических, физико-химических и других характеристик горных пород на всех стадиях геологоразведочного и нефтепромыслового процесса.
Планирование отбора керна осуществляется геологическими службами предприятий, отбор керна производят буровые бригады в строгом соответствии с геолого-техническим нарядом на бурение скважины. Отбор керна регламентируется в зависимости от степени изученности территории глубинным бурением и назначения скважин [11].
В параметрическиех скважинах, которые бурятся для изучения глубинного геологического строения, для определения нефтегазоносности районов возможного нефтегазонакопления и выявления наиболее перспективных участков, керн отбирается равномерно по разрезу в наиболее интересных для изучения геологического строения района интервалах.
На новых месторождениях в малоизученных районах с неустанновленной промышленной нефтегазоносностью при бурении первой скважины рекомендуется производить сплошной отбор керна равномерно по всему стволу, во второй и третьей – отбор керна ограничивается и приурочивается к определенным стратиграфическим и литологическим границам или перспективным и промышленным интервалам. В последующих поисковых и разведочных скважинах отбор керна производится лишь в пределах нефтегазоносных горизонтов.
На месторождениях, где верхняя часть разреза изучена, а нижняя еще подлежит исследованию, в изученном интервале нужно отбирать керн лишь в контактах свит (а также в зонах наличия маркирующих прослоев) или же применять каротаж (электрический и радиоактивный), а в неизученном интервале – производить сплошной отбор керна и другие указанные выше исследования.
На новых площадях в нефтегазоносных районах в первых двух-трех поисковых скважинах рекомендуется брать керн в пределах маркирующих и продуктивных горизонтов, а в последующих поисковых и разведочных скважинах отбор керна производится лишь в пределах продуктивных горизонтов.
В оценочных скважинах, которые бурятся на вновь вводимых в разработку залежах и на длительно разрабатываемых месторождениях нефти с целью определения величины нефтенасыщения и оценки остаточных запасов, производится сплошной отбор керна по всей мощности продуктивного пласта.
В эксплуатационных скважинах керн для контроля за проходкой скважины, как правило, не отбирается, и все наблюдения базируются на данных каротажа и косвенных исследованиях. В этом случае керн берут лишь в продуктивном горизонте для его детального изучения, а также в маркирующих горизонтах и характерных контактах свит на тех участках расположения скважин, где тектоника и строение залежи требуют уточнения.
При бурении нагнетательных скважин также рекомендуется отбирать керн в интервалах залегания продуктивных пластов. Детальные сведения о характере коллекторских свойств пласта в значительной степени помогут освоению нагнетательных скважин и регулированию процесса заводнения.
Для получения керна в скважину на бурильных трубах опускают керноотборный снаряд. Снизу к нему присоединяют породоразрушающий инструмент. Для предотвращения изгиба и повышения сохранности керна корпус керноотборного снаряда, передающий нагрузку и вращение породоразрушающему инструменту выполняется жестким толстостенным со стабилизаторами.
Различают керноотборный снаряд со съемными и стационарными керноприемниками. Керноотборный снаряд обычно состоит из нескольких секций длиной 7–8 м, что позволяет отбирать керн значительной длины (за рейс до 13–14 м). В зависимости от типа снаряда получают керн разного диаметра и длины. Диаметр отбираемого керна 40–120 мм. При бурении на нефть и газ используются роторные керноотборные снаряды типа «Недра» (для скважин диаметром 130–300 мм), турбинные керноотборные снаряды (для скважин диаметром 130–220 мм), а также снаряды серии КИМ. Последние обеспечивают отбор керна повышенной информативности: керн извлекается без техногенных деформаций с сохраненной структурой и текстурой, с максимально возможным сохранением пластового флюидонасыщения.
Разрушенная по кольцевому затрубному или внутреннему пространству порода выносится на поверхность промывочной жидкостью или сжатым воздухом (газом), нагнетаемым в скважину буровым насосом или компрессором, а керн входит в колонковую трубу.
Периодически (через 0,5–6 м и более) керн заклинивают, отрывают от забоя, поднимают на поверхность вместе с колонковым снарядом и извлекают из колонковой трубы. Извлечение керна из бурового снаряда осуществляется работниками буровой бригады в присутствии геолога. Применяют почти непрерывную транспортировку керна по внутренней полости колонны труб на поверхность; при этом керн извлекается аккуратно, без нарушения его ориентации с обязательной фиксацией глубины отбора керна в скважине.
Первичная раскладка керна осуществляется прямо на буровой. Керн очищают ветошью, бумагой или отмывают от бурового раствора в емкости с водой, затем укладывают в специальные керноприемные ящики или на землю в строгой последовательности с его извлечением из колонковой трубы.
Интервалы, из которых поднят керн, разделяют деревянными брусьями, досками и т.д. Одновременно подписывают (на разделителях или на этикетках) глубину отбора, проходку и выход керна.
Мелкие кусочки и обломки керна, последовательность которых невозможно установить, помещают в мешочки или заворачивают в плотную бумагу и укладывают в ящики в той же последовательности, что и керн.
Если в назначенном интервале керн не отбирался, в ящик укладывают этикетку с указанием, в каком интервале глубин вынос керна отсутствовал.
К сохранности и качеству керна предъявляются требования, обеспечивающие достоверность сведений о составе и строении вскрытых скважиной горных пород и полезных ископаемых. Контроль и наблюдение за условиями и качеством керна осуществляются представителями технологической и геологической службы предприятий.
Сохранность керна оценивается его линейным или объемным выходом – процентным отношением суммарной длины (или фактической массы) поднятого керна к длине пробуренного интервала (или расчетной массе для пробуренного интервала) скважины. Выход керна регламентируется инструкциями. Доля керна при сплошном отборе в общем информационном обеспечении геологоразведочных работ может достигать 70–80 %.
При бурении снарядами серии КИМ выход керна составляет 90 % и более (из неконсолидированных пород не менее 75 %). Стопроцентный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.
К специальным методам извлечения керна относятся отбор ориентированного керна и герметизация керна.