Mélyfúrási geofizika Balázs László

2.3. ábra. Lyukbőség szelvény (baloldali sáv - CAL) a permeábilis részen iszaplepény indikációkkal, agyagos
részeken kavernákkal. Jobb oldalon a lyukbőségmérő karos szonda látható
A lyukfalon kialakulhat repedésrendszer a fúrástechnológia következtében is. Ezek általában hosszanti repedések,
amelyek ott alakulnak ki ahol fúróiszap nyomása és a kőzettestben uralkodó nyomástér szuperpozíciójának
eredményeként (Kirsch-egyenletek) a fúrólyuk peremi régiójánál fennáll a nyíró és normális feszültségekre a
kőzetre vonatkozó törési kritérium. Ha a környező kőzettestben a fúróiszap hidrosztatikus túlnyomása által létrehozott
húzófeszültség kellően nagy, akkor a legnagyobb horizontális feszültség irányába (a legkisebb feszültség ellenébe)
vékony határozott kontúrral rendelkező repedés nyílik (drilling induced fracture). Ha a kőzetben uralkodó horizontális
nyomástér dominál, akkor a legkisebb főfeszültség irányában alakulhat ki összetett repedésrendszer un. breakout
(2.4. ábra). Ez utóbbi viszonylag széles mélyedés lehet, mely a lyukátmérő szelvényen lyukbővületként is
jelentkezhet.
A lyukátmérő mérése kinyíló karú szondával (kettő vagy több karral) történik (2.3. ábra).
8
Fúrás és fúrási környezet
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

2.4. ábra. Lyukfaldeformációk keletkezése horizontálisan inhomogén feszültségtérben
2.2. Elárasztás
Ha a fúróiszap hidrosztatikus nyomása meghaladja a pórustér nyomását, akkor az iszapfiltrátum – az iszap egy
frakciója – permeábilis formáció átfúrásakor beáramlik a pórustérbe, a fúrólyuk környezetéből részben vagy
egészben kiszorítva az eredeti pórustartalmat. Ennek hatására un. elárasztott zóna jön létre, mely jórészt a fluidum
cserének köszönhetően eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint az elárasztás régióján kívüli érintetlen
zóna. Az elárasztott zóna radiális kiterjedése jellemzően 0.1 – 1.0 m között van. Ennek megfelelően kell a szondák,
szondakombinációk radiális kutatási mélységét tervezni. Az elárasztás folyamatát általában a fúrólyuk falán az
iszap szilárd frakciójából képződő un. iszaplepény képződése zárja le. Alacsony permeabilitású kis porozitású
közeg esetén az iszaplepény képződése lassú folyamat, ilyenkor az elárasztott zóna radiális kiterjedése nagyobb
lehet. Az iszapösszetétel megfelelő beállításával általában törekszenek az elárasztási folyamat mérséklésére, amely
így a réteg későbbi termeltetését segíti. Bizonyos modellezéseknél az elárasztott zónát kiöblített (teljes fluidum
csere) és átmeneti zónára osztják.
Az elárasztás bizonyos mértékig „szimulálja” fordított irányban a termelés folyamatát, így az elárasztott zóna
víztelítettsége (S
xo
) és az érintetlen zóna víztelítettségének (S
w
) különbsége információval szolgál a szénhidrogén
kitermelhető hányadáról (S
Chm
).
(2.1.)
9
Fúrás és fúrási környezet
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

2.5. ábra Permeábilis, szénhidrogén tartalmú rétegnél kialakult elárasztott zóna radiális szaturációs profilja, a
fúrólyuktól indulva. (S
wi
) a maradék víztelítettséget jelöli.
Az elárasztás folyamatát a Buckley-Leverett egyenlet írja le, amely lamináris kétfázisú áramlást vizsgál porózus
közegben. Az anyagmérleg egyenletből kiindulva az i-edik pórusfolyadék összetevőre:
(2.2.)
alakú egyenlet írható fel, ha a folyadékokat összenyomhatatlannak tekintjük. Az egyenlet szerint adott térfogat
pórusterében levő folyadék szaturációjának (S
i
) időbeli változását a beáramló folyadék lokális mérlege, azaz az
áramlás (q
i
az i-edik összetevő Darcy-sebessége) térbeli változása határozza meg. A Darcy-sebesség több fázis
esetén is közelítőleg kifejezhető a Darcy-törvény segítségével:
(2.3.)
,
ahol:
k : a permeabilitás,
k
i
: az i-edik fázis relatív permeabilitása,
η
i
: az i-edik fázis viszkozitása.
Kétfázisú esetet vizsgálva felírhatjuk, hogy a teljes áramlásra vonatkozó Darcy-sebesség:
(2.4.)
.
Mindkét fázissal kifejezve a nyomásgradienst a következő egyenlet kapható:
(2.5.)
.
Bevezetve a következő függvényt, amely a Darcy-sebességeket a relatív permeabilitáson keresztül összeköti a
szaturációkkal:
10
Fúrás és fúrási környezet
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

(2.6.)
.
Ezt visszaírva az eredeti egyenletbe, megkapjuk az S
1
telítettség időbeli alakulását meghatározó egyenletet,
amennyiben a Darcy-sebesség ismert:
(2.7.)
.
A határon – a fúrólyuk falánál – csak fúróiszap áramlik be, a nyomásviszonyoknak megfelelően, ezzel mind
határfeltétellel megoldható a fenti egyenlet és számítható az adott szaturációval jellemezhető elárasztási front
időbeli terjedése. A fúrási művelet és a szelvényezés között több óra is eltelhet, amely hatással lehet az elárasztás
mélységére.
2.3. Hőmérséklet és nyomásviszonyok
A fúróiszap nyomását a pórusnyomásnak megfelelően kell beállítani. Ha a pórusfolyadék viseli a litosztatikai
nyomás egy részét, túlnyomásos zóna jön létre. A litosztatikai nyomás a rétegek sűrűségének integráljával fejezhető
ki:
(2.8.)
.
A fúróiszap megfelelő hidrosztatikai nyomását a sűrűséget növelő adalékokkal (pl. barit) érik el. A litosztatikai
nyomás jellemző gradiense 22-26 MPa/km míg a hidrosztatikai nyomásé 10 MPa/km.
2.6. ábra. A meghatározó nyomás trendek, a tároló rétegek pórusnyomás-trendje a kettő között helyezkedik el.
A fúrásokban elvégzett nyomásmérések érzékenyek a kitöltő folyadék sűrűségváltozásaira és áramlására. A
rétegnyomásokra következtethetünk az un. teszteres mérések adataiból és a kútfejnyomás adatokból. A teszter
speciális folyadék-mintavevő eszköz, amely adott helyen rétegfolyadék nyomásának mérésére is alkalmas. A
rétegnyomások alakulása megszabja a lehetséges kitermelés módját. A nyomásviszonyokra – különösen az un.
differenciális nyomásra –, mely a szemcsék kontaktusát megszabja, több kőzetfizikai paraméter különösen érzékeny
(pl. akusztikus terjedési sebesség, hővezetés stb.). Jellemző pórusnyomás a szénhidrogén-tároló rétegeknél (10-30
MPa)
A hőmérsékleti profil szintén lényeges információkat hordoz. Referenciaként vehető a helyi geotermikus gradienssel
számítható érték. Elsősorban a gáz és vízáramlások okozhatnak anomáliákat, így az említett áramlások felderíthetők.
A hőmérséklet és nyomásviszonyok meghatározzák a pórus fluidumok oldhatóságát, sűrűsségét, rétegvizek esetén
11
Fúrás és fúrási környezet
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---