Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Сигналы викиз при сильном контрасте УЭСВ среде 12
1.1. Сигналы ВИКИЗ в однородных и неоднородных контрастных средах 12
1.2. Неоднозначность определения значений сигналов при измерениях и расчетах 23
Глава 2. Диаграммы викиз при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород 30
2.1. Влияние бурового раствора и эксцентриситета зонда на сигналы ВИКИЗ 30
2.2. Определение кажущегося УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда 39
2.3. Подавление влияния эксцентриситета зонда на сигналы 41
Глава 3. Диаграммы викиз при сильном контрасте УЭС между пластами горных пород 51
3.1. Диаграммы в контрастных пластах при перпендикулярном пересечении их скважиной 51
3.2. Диаграммы в контрастных пластах при наклонном пересечении их скважиной 57
3.3. Диаграммы в тонкослоистых и макроанизотропных пластах 67
Заключение 73
Литератур а 75
- Неоднозначность определения значений сигналов при измерениях и расчетах
- Определение кажущегося УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда
- Подавление влияния эксцентриситета зонда на сигналы
- Диаграммы в контрастных пластах при наклонном пересечении их скважиной
Введение к работе
Объектом исследования работы являются диаграммы высокочастотных индукционных каротажных изопараметрических зондирований (ВИКИЗ) и способы их интерпретации при сильном контрасте удельных электрических сопротивлений (УЭС) в среде.
Актуальность. В настоящее время метод ВИКИЗ все больше применяется для исследований в контрастных средах (в скважинах, заполненных буровыми растворами с высокой электропроводностью, и в разрезах с контрастными по УЭС горными породами). Использование традиционных методик качественной и количественной интерпретации в этих случаях может приводить к недостоверным результатам. Сравнительно небольшие объекты (скважина или пласт малой мощности), контрастные по УЭС с вмещающей средой, оказывают существенное влияние на измеряемые сигналы. Кроме того, значительное влияние на диаграммы в контрастных средах оказывают поверхностные заряды на геоэлектрических границах и взаимодействие индуцированных вихревых токов. В частности, эти факторы приводят к тому, что кажущиеся УЭС, определенные по модели однородной среды, могут выходить за диапазон истинных УЭС в среде, а измеренные сигналы (разности фаз) могут принимать отрицательные значения, для которых не существует трансформации в кажущиеся УЭС по однородной среде. Влияние поверхностных зарядов, возникающих на стенке скважины при смещении зонда с её оси и на границах пластов при наклонном пересечении их скважиной, не учитывается при интерпретации данных в рамках моделей с зондом на оси скважины и со скважиной перпендикулярной к плоскости напластования. В связи с этим, актуальным является выявление особенностей диаграмм ВИКИЗ (форма кривых зондирования и кривых профилирования, уровень сигналов) и разработка новых способов их достоверной интерпретации при сильных контрастах УЭС в среде.
Цель исследований - повышение достоверности и информативности интерпретации данных ВИКИЗ, полученных при сильных контрастах УЭС в среде, путем выявления особенностей диаграмм на основе анализа результатов трёхмерного численного моделирования и разработки новых способов интерпретации, учитывающих влияние бурового раствора и смещение зонда с оси скважины.
Научные задачи исследования
На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования выявить особенности диаграмм ВИКИЗ при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Разработать способы качественной и количественной интерпретации, учитывающие влияние бурового раствора и смещения зонда с оси скважины.
На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования выявить особенности диаграмм ВИКИЗ при сильном контрасте УЭС между пластами и при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.
Фактический материал и методы исследования. Теоретической основой решения поставленных задач является теория метода высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ). При проведении численного моделирования сигналов ВИКИЗ использовались: программа для расчета в трехмерных моделях с учетом корпуса прибора и программа для расчета в горизонтально-слоистых моделях при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования. Для инверсии кривых зондирования ВИКИЗ в рамках цилиндрически-слоистых осесимметричных моделей использовались системы интерпретации МФС ВИКИЗ и EMF Pro.
Перечисленная выше программно-алгоритмическая база разработана в ИНГГ СО РАН (ЭповМ.И., Ельцов И.Н., Власов А.А., Нечаев О.В., Никитенко М.Н., Соболев А.Ю. и др.). Для опробования разработанных способов интерпретации использовались промышленные данные ВИКИЗ, полученные в нефтегазовых скважинах Северного Кавказа, Западной и Восточной Сибири (в частности, данные из параметрической скважины на Чайкинской площади в рамках договора № 409-16, 2009 г.). Выполнен сравнительный анализ полученных результатов с результатами интерпретации традиционными способами (качественной интерпретации по диаграммам кажущихся УЭС, рассчитанным по модели однородной среды; количественной интерпретации в рамках осесимметричных цилиндрически-слоистых моделей без подавления влияния эксцентриситета).
Защищаемые научные результаты:
1. Анализ результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ показал, что при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород сигналы могут существенно отличаться от сигналов в однородной среде с УЭС горных пород. Причем сигналы зондов, расположенных на оси скважины, ниже сигналов в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот — выше.
Для повышения достоверности и информативности интерпретации данных ВИКИЗ: разработан способ расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и смещения зонда с оси скважины на основе использования двухслойных палеток; разработан способ количественной интерпретации, основанный на подавлении влияния смещения зонда с оси скважины на сигналы с применением двухслойных палеток перед инверсией кривых зондирования в рамках одномерной цилиндрически-слоистой осесимметричной модели.
2. Анализ результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ показал, что при сильном контрасте УЭС между пластами и наклонном пересечении скважиной плоскости напластования значения кажущихся УЭС в экстремумах на границах пластов могут значительно выходить за диапазон УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения.
Новизна работы. Личный вклад. В рамках работы установлены особенности диаграмм ВИКИЗ в сильно контрастных по УЭС средах и разработаны оригинальные способы их интерпретации.
1. На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ в условиях сильного контраста УЭС бурового раствора и горных пород установлены следующие особенности диаграмм:
Сигналы при наличии бурового раствора могут существенно отличаться от сигналов в однородной среде с УЭС горных пород. Так, сигналы зондов, расположенных на оси скважины, ниже сигналов в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот — выше.
На интервалах непроницаемых пород влияние бурового раствора и смещения зонда с оси скважины приводит к расхождению кривых разноглубинных зондов и, как следствие, к определению «ложных» понижающих зон проникновения при интерпретации. На интервалах коллекторов УЭС зоны проникновения при интерпретации занижается, а УЭС неизмененной части пласта завышается.
Для зондов, расположенных на оси скважины, сигналы могут принимать отрицательные значения. - Кривая зондирования для прибора, расположенного на стенке скважины, может быть немонотонной даже при отсутствии зоны проникновения в пласте.
2. Для учета влияния контрастного по УЭС бурового раствора и смещения зонда с оси скважины (эксцентриситета) разработаны два способа интерпретации данных ВИКИЗ: расчет кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда по двухслойным палеткам - применяется при качественной интерпретации; подавление влияния эксцентриситета на сигналы по двухслойным палеткам — применяется при количественной интерпретации в рамках одномерной осесимметричной цилиндрически-слоистой модели.
Созданы алгоритмы и программы для расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда, а также для подавления влияния эксцентриситета на сигналы.
3. Проанализированы синтетические диаграммы ВИКИЗ, полученные в моделях пласта, контрастного по УЭС с вмещающими породами, при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.
Установлено, что в случае перпендикулярного пересечения пласта скважиной, при любом контрасте УЭС пласта и вмещающих пород, отрицательных разностей фаз не возникает, а кажущиеся УЭС могут лишь незначительно выходить за диапазон истинных УЭС среды. Следовательно, отрицательные разности фаз, регистрируемые в вертикальных скважинах, вызваны либо влиянием самой скважины, либо каверн и трещин, заполненных высокопроводящим буровым раствором.
В случае наклонного пересечения пласта наличие поверхностных зарядов приводит к тому, что в экстремумах на границах пластов кажущиеся УЭС могут значительно выходить за диапазон истинных УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения. Амплитуда таких экстремумов возрастает при увеличении контраста УЭС пласта и вмещающих пород. При увеличении угла наклона скважины амплитуда экстремумов увеличивается до углов 60 - 80, а при больших углах падает. Границы пласта соответствуют минимальным показаниям разностей фаз, за исключением подошвы низкоомного пласта, которая при мощности пласта, меньшей длины зонда, соответствует максимальным показаниям.
Практическая значимость результатов. Результаты выполненной работы являются, прежде всего, вкладом в развитие методики интерпретации данных ВИКИЗ. Учет выявленных особенностей диаграмм позволяет повысить достоверность результатов качественной интерпретации в контрастных по УЭС средах (расстановка границ пластов, оценки УЭС на качественном уровне, определение характера проникновения по виду диаграмм). Использование разработанных способов качественной и количественной интерпретации повышает достоверность результатов при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Повышение достоверности результатов интерпретации данных ВИКИЗ, в свою очередь, увеличивает надежность выделения коллекторов и определения их фильтрационно-ёмкостных характеристик. На основе разработанных способов интерпретации созданы соответствующие алгоритмы и программы для новой системы интерпретации данных электрических и электромагнитных зондирований EMF Pro, которая в настоящее время внедряется в производственных организациях.
Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на различных российских и международных конференциях: XLII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2004), Восьмой уральской научной школе по геофизике (Пермь, 2007), VI Международной научно-практической конференции «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, 2007), Научных конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов «Трофимуковские чтения 2006, 2007, 2008» (Новосибирск, 2006, 2007, 2008), 19th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth (Beijing, 2008), Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь-2006,2009» (Новосибирск, 2006, 2009), Международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем» (Киев, 2009).
По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них: 1 статья в рецензируемом журнале НТВ «Каротажник» из перечня ВАК, 4 — материалы конференций.
Благодарности. Автор выражает благодарность руководителям своих дипломных работ, выполненных за время обучения в НГУ, к.т.н. К.В. Сухоруковой и к.т.н. В.Н. Ульянову за полученный от них богатый опыт в области обработки и интерпретации данных ГИС. При выполнении работы автор неизменно пользовался советами и рекомендациями, помощью и поддержкой своих коллег — сотрудников Лаборатории электромагнитных полей ИНГТ СО РАН и благодарит д.т.н. Ю.Н. Антонова, д.т.н. И.Н. Ельцова, к.т.н. К.В. Сухорукову, к.ф.-м.н. В.Н. Глинских, к.т.н. М.Н. Никитенко, к.т.н. А.Ю. Соболева, к.г.-м.н. М.А. Павлову. Автор благодарен к.т.н. В.Н. Ерёмину, ведущему специалисту научно-производственного предприятия геофизической аппаратуры «Луч», за полезное обсуждение вопросов по аппаратуре ВИКИЗ и к.ф.-м.н. О.В. Нечаеву за проведение необходимого для работы численного моделирования сигналов ВИКИЗ. Автор глубоко благодарен д.т.н. академику РАН М.И. Эпову за научное руководство, постоянное внимание и поддержку, без которых работа не была бы выполнена.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 85 страниц машинописного текста, 41 рисунок и 1 таблицу. Библиография включает 77 наименований.
Порядок изложения материалов обусловлен их логической связью по этапам исследования:
Во введении указана цель работы, обоснована ее актуальность, сформулированы задачи исследования и представлены защищаемые научные результаты. Определена научная новизна, личный вклад автора и практическая ценность работы.
В первой главе рассматриваются особенности сигналов ВИКИЗ характерные для однородных сред и неоднородных сред с сильным контрастом УЭС. Приводятся основы теории метода ВИКИЗ, дается теоретическое обоснование исследования. Рассматриваются зависимости фаз и разности фаз от УЭС в однородной среде. Приводятся примеры сильно контрастных по УЭС сред, встречающихся при исследовании скважин. Рассматриваются поверхностные заряды, взаимодействие вихревых индуцированных токов и их влияние на сигналы ВИКИЗ и на значения кажущегося УЭС по данным ВИКИЗ. Рассматривается неоднозначность определения разностей фаз, возникающая при их измерениях и расчетах в высокопроводящих и сильно контрастных средах.
Во второй главе рассматривается влияние скважины и эксцентриситета зонда на сигналы ВИКИЗ. Приводятся результаты предыдущих исследований. Проводится анализ результатов численного трехмерного моделирования сигналов ВИКИЗ, и определяются особенности диаграмм при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Предлагаются способы качественной и количественной интерпретации диаграмм, учитывающие влияние бурового раствора и эксцентриситета зонда. Приводятся примеры интерпретации практических данных на основе предложенных способов.
В третьей главе рассматриваются особенности диаграмм ВИКИЗ в горизонтально-слоистой среде, при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования. Приводятся результаты предыдущих исследований. Проводится анализ результатов численного трехмерного моделирования сигналов ВИКИЗ в пластах, контрастных по УЭС с вмещающими породами: анализируется особенности диаграмм на границах пластов; сопоставляются значения кажущегося и истинного УЭС; определяются условия, при которых значения кажущихся УЭС выходят за диапазон истинных УЭС в среде, а разности фаз становятся отрицательными. Кроме того, рассматриваются особенности диаграмм в тонкослоистых пластах с периодическим переслаиванием и макроанизотропных пластах.
В заключении подведены итоги, показаны преимущества разработанных способов интерпретации по сравнению с известными, выгода от использования на практике результатов проведенного исследования. Обозначены нерешенные вопросы, намечены дальнейшие пути исследований, направленные на повышение эффективности интерпретации данных ВИКИЗ.
Неоднозначность определения значений сигналов при измерениях и расчетах
Применяемый в аппаратуре ВИКИЗ фазометр обеспечивает измерения разности фаз в диапазоне от -180 до +180. Принцип работы фазометра заключается в следующем: сигналы с измерительных катушек подаются на главные входы смесителей, а на их дополнительные входы с гетеродина поступает сигнал промежуточной частоты. На выходе смесителей формируются сигналы промежуточной частоты с теми же фазами, что и у основных сигналов с измерительных катушек. Усиленные и сформированные в виде импульсов прямоугольной формы сигналы подаются на вход фазометра (рис. 1.8 а, б).
В зависимости от канала, по которому приходит первый импульс, определяется знак разности фаз. Для определения величины разности фаз необходимо знать период промежуточной частоты и величину сдвига по времени импульсов из первого канала относительно импульсов из второго. Промежуточная частота формируется в гетеродине, её период известен и стабилен. Для определения величины сдвига входных сигналов выполняется операция логического сравнения «исключающее ИЛИ». За счет этого формируется сигнал (рис. 1.8 в), который далее заполняется короткими импульсами известной продолжительности.
Значения разностей фаз, равные 360-п + х, где п-целое, а хє(-180; +180), при измерениях, выполненных таким образом, определяются как х (рис. 1.9). То есть значения определяются лишь с точностью до 360-п (до цикла колебаний). Также отметим, что в настоящее время возможный диапазон измерения от -180 до +180 «усечен» с концов примерно на 10. Это связано с нестабильным определением знака разности фаз при её значениях близких к ±180. В более ранних версиях аппаратуры диапазон измерения был значительно меньше, что было вызвано недостаточным количеством разрядов в двоичном коде.
Зависимость измеренной разности фаз от УЭС однородной среды показана на рис. 1.10. Значения разности фаз, превышающие +180, при измерениях могут определяться как отрицательные (значение +180 достигается при УЭС однородной среды 0.056 Омм).
Рассмотрим некоторые особенности расчета разностей фаз. При моделировании сигналов расчет значений фазы выполняется исходя из величин реальной Re и мнимой Im составляющих э.д.с: где k - целое, функция atan2(x;y) вычисляет значение arctg(y/x) в диапазоне (0; 360], используя знаки х и у для определения квадранта, к которому принадлежит результат, следовательно: где \/є(0; 360]. Зная только значения Im и Re, нельзя определить число к. Поэтому обычно в качестве величины фазы берется «главное» значение у (к=0). И при расчетах разность фаз э.д.с. в двух приемных катушках определяется как:
Тогда как на самом деле разность фаз равна: Отсюда следует, что рассчитанная разность фаз может отличаться от реальной на 27im, где т = к[ - ко — целое число, которое в общем случае неизвестно. То есть значение разности фаз определяется с точность до цикла колебаний. Поэтому найти истинное значение Аф таким способом возможно, только если заранее известен цикл (диапазон шириной 360), которому принадлежит искомое значение: где h - известное число. В этом случае, если рассчитанное значение Avj/ не лежит в данном диапазоне, то к нему необходимо прибавить 27cm, с таким целым т, чтобы Avj/ + 2шп попало в указанный диапазон.
Определение кажущегося УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда
Как было показано в предыдущем разделе, если УЭС бурового раствора значительно отличается от УЭС горных пород, то кажущиеся УЭС, рассчитанные по модели однородной среды, могут значительно отличаться от истинных УЭС пород. Поэтому при качественной интерпретации необходимо определять кажущиеся УЭС с учетом влияния скважины, т.е. по двухслойной модели «скважина-пласт». Аналогичная методика предложена в публикации М.Н. Никитенко в 2005 г. [39], но в этой работе определение кажущихся УЭС выполняется в предположении, что зонд расположен на оси скважины. Учитывая, что при измерениях зонд в большинстве случаев расположен на стенке скважины, будем определять кажущиеся сопротивления с учетом этого фактора. Поскольку соответствующая прямая задача является трехмерной, то для расчета кажущихся УЭС будем использовать палетки рп(Аф) при фиксированных значениях гс и рс (рис. 2.9).
Диаграммы рк, вычисленные таким образом, избавлены от влияния скважины и эксцентриситета и зависят только от распределения УЭС вне скважины. С использованием такой трансформации на качественном уровне точнее оценивается характер проникновения бурового раствора в пласт.
Аналогичный способ расчета кажущегося УЭС для одной из модификаций многозондового индукционного каротажа описан в зарубежной литературе [73].
На рис. 2.10 приведены диаграммы традиционных кажущихся УЭС ВИКИЗ и кажущихся УЭС с учетом влияния скважины и эксцентриситета зонда в терригенном разрезе [27]. В водонасыщенном коллекторе с повышающим проникновением (интервал 2979 - 2980 м) традиционные кажущиеся УЭС на коротких зондах занижены. Таким образом, УЭС прискважинной зоны выше, чем определяется по традиционным диаграммам. На интервалах глин (например, 2991 - 2995.5 м) диаграммы практически не изменяется, что связано со слабым влиянием скважины в породах с низким УЭС. В высокоомных плотных пластах без проникновения (например, 2986 - 2989 м) рк с учетом скважины уменьшается от короткого зонда к длинному. Это объясняется более сильным влиянием вмещающих пород низкого УЭС на показания длинных зондов. На диаграммах традиционного рк такого порядка зондов не наблюдается: показания коротких зондов ниже, чем средних. Это может быть неверно истолковано наличием понижающей зоны проникновения в пласте.
Количественная интерпретация диаграмм ВИКИЗ по стандартной методике состоит в инверсии кривой зондирования в рамках цилиндрически-слоистой осесимметричной модели. Эта методика реализована в системе МФС ВИКИЗ (Эпов М.И., Ельцов И.Н., Соболев А.Ю. и др., ИНГТ СО РАН, 1997 г.) [23, 43, 44, 57]. Инверсия заключается в подборе таких параметров модели (УЭС и радиусы цилиндрических слоев), при которых относительное среднеквадратичное отклонение синтетических сигналов от экспериментальных не превышает относительной погрешности измерений. При расчете синтетических сигналов считается, что зонд находится на оси скважины, в то время как при измерениях он практически всегда растоложен на стенке скважины. Как уже было показано в разделе 2.1, сигналы при центральном и смещенном положении зонда могут существенно различаться между собой (наибольшее различие наблюдается при высоких контрастах рп и рс). Следовательно, в таких ситуациях применение при инверсии прямого моделирования с несмещенным зондом может приводить к недостоверным результатам инверсии. Поэтому в этих случаях необходимо использовать трехмерные модели со смещенным зондом.
Для трехкомпонентного индукционного каротажа в непроницаемых интервалах способы подавления влияния скважины и эксцентриситета на основе трехмерного моделирования приводятся в работах [76, 77]. Но интерпретация сигналов ВИКИЗ в рамках трехмерных моделей с зондом, расположенным на стенке скважины, становится практически невозможной из-за сильного увеличения времени решения прямых задач. Поэтому для интерпретации данных ВИКИЗ предлагается проводить инверсию в рамках осесимметричной модели, но перед этим подавлять влияние эксцентриситета на сигналы. Для подавления влияния эксцентриситета разработан следующий алгоритм [27, 28, 30]:
На основе трехмерного численного моделирования создаются двухслойные палетки сигналов при положениях зонда на оси Аф0 и на стенке Афс скважины от рп при различных рс и гс.
По измеренному на стенке скважины значению Афс и известным величинам рс и гс по палетке Афс(р„) определяется УЭС пласта рп. Для пластов с проникновением определенное значение рп будет кажущимся УЭС по модели двухслойной среды «скважина-пласт» (т.е. некоторым эффективным УЭС среды вне скважины).
Подавление влияния эксцентриситета зонда на сигналы
Для трехкомпонентного индукционного каротажа в непроницаемых интервалах способы подавления влияния скважины и эксцентриситета на основе трехмерного моделирования приводятся в работах [76, 77]. Но интерпретация сигналов ВИКИЗ в рамках трехмерных моделей с зондом, расположенным на стенке скважины, становится практически невозможной из-за сильного увеличения времени решения прямых задач. Поэтому для интерпретации данных ВИКИЗ предлагается проводить инверсию в рамках осесимметричной модели, но перед этим подавлять влияние эксцентриситета на сигналы. Для подавления влияния эксцентриситета разработан следующий алгоритм [27, 28, 30]: На основе трехмерного численного моделирования создаются двухслойные палетки сигналов при положениях зонда на оси Аф0 и на стенке Афс скважины от рп при различных рс и гс. По измеренному на стенке скважины значению Афс и известным величинам рс и гс по палетке Афс(р„) определяется УЭС пласта рп. Для пластов с проникновением определенное значение рп будет кажущимся УЭС по модели двухслойной среды «скважина-пласт» (т.е. некоторым эффективным УЭС среды вне скважины).
Затем рп по палетке Аф0(р„) для известных величин рс и гс пересчитывается в значение Аф0 (рис. 2.11). Отметим, что для пластов с зоной проникновения этот алгоритм является приближенным. Действительно, пусть при смещенном положении зонда некоторый пласт с проникновением дает такой же сигнал Афс, как и непроницаемый пласт с УЭС рп(Афс). Для определения Аф0 необходимо найти значение рп(Аф0), при котором непроницаемый пласт будет давать такой же сигнал Аф0, как и тот же пласт с проникновением при положении зонда на оси скважины. В предложенном алгоритме в качестве рп(Аф0) берется найденное рп(Афс), но эти значения точно равны лишь в случае с однородным пластом, в пластах с проникновением они незначительно отличаются.
Рассмотрим примеры интерпретации практических данных предложенным способом. На рис. 2.12 приведен пример интерпретации диаграмм в водонасыщенном коллекторе (при рс = 0.5 Ом-м). УЭС зоны проникновения, полученное при интерпретации данных с подавленным влиянием эксцентриситета, примерно в два раза выше, чем полученное в результате инверсии исходных данных. Заметим, что УЭС пласта при этом не меняется, так как влияние эксцентриситета на показания длинных зондов незначительно.
На рис. 2.13 приведен пример интерпретации данных в плотном пласте без проникновения (при рс = 0.1 Ом-м). Результатом интерпретации исходных данных является модель с широкой понижающей зоной проникновения. При интерпретации данных с подавленным влиянием эксцентриситета получаем модель без зоны проникновения. Сопротивление пласта в первом случае в 1.5 раза больше, чем во втором, хотя сигналы длинного зонда в этих случаях различаются незначительно. Более высокое УЭС пласта в модели, полученной при интерпретации исходных данных, вызвано наличием «ложной» зоны проникновения. Для того чтобы модель содержащая широкую понижающую зону проникновения удовлетворяла измерению длинного зонда, УЭС пласта в ней завышается.
На рис. 2.14 приведен пример интерпретации данных в газонасыщенном коллекторе (при рс = 0.2 Ом-м). Результатом инверсии исходных данных, так же как и в предыдущем примере, является модель с широкой понижающей зоной проникновения. УЭС пласта по сравнению с УЭС пласта, полученного при интерпретации данных с подавленным влиянием эксцентриситета, завышено в 5.6 раз. Ширина зоны проникновения по результатам интерпретации исходных данных значительно больше истинной.
Таким образом, на интервалах непроницаемых пород влияние скважины и смещения зонда с её оси приводит к расхождению кривых разноглубинных зондов и к определению «ложных» понижающих зон проникновения при интерпретации. На интервалах коллекторов УЭС зоны проникновения занижается, а её ширина завышается. Определение при интерпретации широких «ложных» понижающих зон проникновения приводит к существенным ошибкам при оценке УЭС неизмененной части пласта.
Точные оценки геоэлектрической модели зоны проникновения и пласта необходимы для достоверной оценки фильтрационно-ёмкостных параметров. Здесь имеются в виду как традиционные методики определения пористости и нефтегазонасыщенности по данным об УЭС неизмененной части пласта, зоны проникновения, пластовой воды и фильтрата бурового раствора [17, 19, 22, 37], так и новые методики, основанные на комплексной геоэлектрической и гидродинамической интерпретации [24].
Диаграммы в контрастных пластах при наклонном пересечении их скважиной
Рассмотрим поведение диаграмм при наклонном пересечении их скважиной (рис. 3.5). Заметим, что модель горизонтального пласта, вскрытого наклонной скважиной с зенитным углом 0, в такой постановке будет тождественна модели наклонного пласта с углом падения 0, вскрытого вертикальной скважиной.
Качественное отличие электромагнитных полей в моделях пласта при перпендикулярном и наклонном пресечении его скважиной заключается в наборе источников, определяющих вторичное поле. При перпендикулярном пересечении сигналы определяются только вихревыми токами в среде. При наклонном - сигналы определяются ещё и поверхностными зарядами на кровле и подошве пласта, которые появляются из-за пересечения электрическим полем геоэлектрических границ. Кроме того, влияние пласта может быть существенным даже при большом удалении зонда от места пересечения скважины с пластом, так как в случае большого наклона скважины расстояние от скважины до пласта по нормали на протяженном участке остается незначительным.
Влияние наклона скважины на показания индукционного каротажа рассматривается в работах [36, 66, 72]. Решение прямых задач электромагнитного каротажа для моделей с перпендикулярным и наклонным пересечением пласта скважиной приведено в работах [12, 61, 62, 65]. Особенности поведения диаграмм ВИКИЗ при наклонном пересечении пласта скважиной ранее были рассмотрены в работах М.И. Эпова, К.В. Сухоруковой , М.Н. Никитенко и др. [40, 46, 52, 53, 58, 64]. Было показано, что диаграммы при наклонном пересечении пласта отличаются от диаграмм при его перпендикулярном пересечении дополнительными экстремумами в области границ пластов, которые обусловлены взаимовлиянием полей вихревых токов и зарядов на границах. Кроме того, установлено, что сигналы обладают достаточной чувствительностью к углу между скважиной и плоскостями напластования, что позволяет определять эти углы при инверсии диаграмм. В работе [59] Д.В. Авдеевым показано, что, если при моделировании, дополнительно учитывать влияние скважины, то экстремумы в области границ пластов на синтетических диаграммах могут существенно сглаживаться.
Ниже приводятся результаты анализа диаграмм в сильно контрастных по УЭС пластах, проведенного соискателем [29]. Расчет диаграмм выполнен в широкой области параметров (контраст сопротивлений - от 1/1 до 1/10000, мощность пласта — от 0.01 до 3 м, зенитный угол - от 30 до 88) с использованием той же программы, что и для случая перпендикулярного пересечения пласта скважиной (см. раздел 3.1).
Высокоомный пласт (рис. 3.6, 3.8, 3.9, 3.11). Выше кровли и ниже подошвы пласта наблюдаются экстремумы, в которых рк незначительно ниже рвм, т.е. выходит за диапазон УЭС в среде. Кровля и подошва высокоомного пласта отмечаются минимумами показаний (в разностях фаз). В этих минимумах рк может значительно превышать р„ (выходить за диапазон УЭС), а разности фаз могут достигать отрицательных значений. В подошве минимум имеет меньшую амплитуду, чем в кровле. Амплитуды минимумов возрастают при увеличении контраста (рис. 3.9). При увеличении угла наклона амплитуда минимума в кровле возрастает, а в подошве сначала увеличивается (до углов 60 - 80), а при больших углах уменьшается (рис. 3.11). Кроме того, если видимая мощность пласта становиться меньше расстояния между приемными катушками, то минимум в подошве исчезает (см. рис. 3.8, при мощности пласта 0.2 м для зондов 1 м, 1.4 м, 2 м).
Низкоомный пласт (рис. 3.7, 3.8, 3.9, 3.10). На расстоянии приблизительно равном длине зонда, вниз от подошвы наблюдается экстремум, в котором рк незначительно превышает рвм (выходит за диапазон УЭС в среде). Кровля низкоомного наклонного пласта отмечается минимумом разностей фаз. Подошва, если видимая мощность пласта меньше или равна длине зонда, отмечается максимумом, в противном случае - минимумом (см. рис. 3.8, при мощности пласта 1 м на диаграммах зондов 1, 1.4 и 2 м наблюдается максимум, а для зондов 0.5, 0.7 м - минимум). В случае если видимая мощность не превышает расстояния между измерительными катушками, то максимум смещается ниже подошвы (рис. 3.8, для зондов 1.4 и 2 м при мощности пласта 0.2 м). Амплитуды минимума в кровле и максимума в подошве увеличиваются с ростом контраста (рис. 3.9). С ростом зенитного угла они сначала увеличиваются (до углов 60 — 80), а при больших углах начинают уменьшаться (рис. 3.10). Значения рк в кровле и подошве могут значительно превышать рвм (т.е. выходить за диапазон УЭС), а разности фаз достигать отрицательных значений. Показания рк в подошве также могут быть меньше рп (в случае, если длина зонда превышает видимую мощность пласта и в подошве наблюдается максимум разностей фаз).
Таким образом, в случае наклонного пересечения пласта скважиной в экстремумах на границах пластов кажущиеся УЭС могут значительно выходить за диапазон истинных УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения.
