Содержание к диссертации
Введение
1. Общие сведения о сейсмоакустической эмиссии и физические основы трехкомпонентного геоакустического каротажа 13-38
1.1.История развития метода трехкомпонентного геоакустического каротажа 14-15
1.2.Источники естественной сейсмоакустической эмиссии в Земной коре 15-19
1.3. Модель акустически активной среды 19-25
1.4.Типы датчиков аппаратуры трехкомпонентного гсоакустического каротажа 26-30
1.5.Модификации аппаратуры и программного обеспечения трехкомпонентного геоакустического каротажа 31-38
2. Методика скважинных исследований 39-68
2.1 .Подготовка скважин к исследованиям 41-44
2.2.Условия трехкомпонентных измерений сейсмоакустической эмиссии в скважинах 44-51
2.3. Технология проведения исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геолого-технических задач на газовых и газоконденсатних месторождениях 51-61
2.4.Методика трехкомпонентных геоакустических исследований для изучения геодинамики среды 61-68
3. Геолого-геофизические предпосылки исследований 69-101
3.1.Геологическое строение объектов исследований 69-81
3.2.Газоконденсатная характеристика и изучение профиля притока эксплуатируемых пластов-коллекторов комплексом промыслово геофизических исследований 81-101
4. Решение геологических задач с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа в условиях газовых и газоконденсатных месторождений 102-112
4.1 .Оценка текущего насыщения коллекторов 105-106
4.2. Определение текущего положения газожидкостных контактов в пластах и разделов в скважинах 106-108
4.3.Изучение интервалов движения флюидов по латерали: заколонные, внутрипластовые перетоки флюидов в газовых и газоконденсатных скважинах 108-112
5. Решение технологических задач в эксплуатационных газовых и газоконденсатных скважинах методом трехкомпонентного геоакустического каротажа 113-135
5.1.Конструкции эксплуатационных скважин газовых и газоконденсатных месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа 114-122
5.2. Обнаружение негерметичностей компоновок подземного оборудования скважин 122-132
5.3.Выделение интервала фазовых превращений (перехода) флюида в эксплуатационных газоконденсатных скважинах 133-135
Заключение 136-138
Литература
- Модель акустически активной среды
- Технология проведения исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геолого-технических задач на газовых и газоконденсатних месторождениях
- Определение текущего положения газожидкостных контактов в пластах и разделов в скважинах
- Обнаружение негерметичностей компоновок подземного оборудования скважин
Введение к работе
Характерной особенностью развития отечественной энергетики является неуклонное повышение использования углеводородного сырья газоконденсатных залежей месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Газовая промышленность имеет большие потенциальные возможности дальнейшего роста, что обусловлено особенностями экономики нашей страны. По ресурсам и добыче указанного сырья Россия занимает лидирующее место в мире. У нас накоплен уникальный опыт разработки газоконденсатных месторождений в сложных геологических и климатических условиях Ямала.
Объектом исследований являются скважины, вскрывшие различные по генезису, петрофизическим и физико-химическим свойствам залежи углеводородов месторождений Надым-Пур-Тазовского региона: Уренгойского НГКМ, Ямбургского НГКМ, Заполярного НГКМ, Медвежьего НГКМ, Южно-Русского ГКМ, Юбилейного ГКМ, Ямсовейского ГКМ и др.
В настоящее время промыслово-геофизические исследования скважин являются важнейшим, зачастую единственным источником информации о характере поведения залежи углеводородов, технологических режимах работы скважин, петрофизических и иных свойствах как пласта в частности, так и системы «пласт - скважина - газовый промысел» в целом. В первом случае -речь идет об исследовании геологических особенностей углеводородной системы на различных стадиях эксплуатации объекта, во втором - об исследовании технологии процесса добычи углеводородного сырья.
Вступление эксплуатационных объектов известных месторождений в позднюю стадию разработки (прим.: сеноманские залежи Уренгойского, Ямбургского, Медвежьего НГКМ; неокомские эксплуатационные объекты Уренгойского НГКМ и др.), когда уровень нефтегазодобычи снижается, обуславливает необходимость переоценки промышленно-извлекаемых запасов, и пересмотра технологии и техники разработки месторождений, что требует, в свою очередь, более совершенных промыслово-геофизических и газогидродинамических исследований углеводородных объектов. Только комплексное использование существующих ныне и разрабатываемых новых методов промыслово - геофизического и геологического контроля способно обеспечить геологов и разработчиков необходимой информацией о свойствах пластовых углеводородных систем. На основании вышеизложенного, актуальность исследований определяется необходимостью вовлечения инновационных подходов и методов, в частности - трехкомпонентного геоакустического каротажа, в комплекс промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой на газовых и газоконденсатных месторождениях.
Цель работы - обоснование применения трехкомпонентного геоакустического каротажа с целью повышения геолого-технологической информативности комплекса промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой на газовых и газоконденсатных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа.
Задачи исследований
-
Оценка возможности разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью существующей аппаратуры трехкомпо-нентного геоакустического каротажа. Выделение и изучение заколонных, межпластовых, и внутрипластовых перетоков различного состава и происхождения.
-
Проверка границ частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Рассмотрение возможности определения текущей насыщенности коллекторов данным методом. Предложение способа определения газожидкостного контакта в пластах-коллекторах, а также газожидкостного раздела - в скважинах.
-
Разработка технологии выделения границ фазовых переходов флюидов в стволе эксплуатационных скважин на газоконденсатные залежи. Оценка зависимости сейсмоакустической эмиссии от газоконденсатной характеристики смеси углеводородов.
Фактический материал, методы исследования и аппаратура
Теоретической основой решения поставленных задач являются методики, разработанные лабораторией промысловой геофизики и лабораторией скважинной геофизики Института геофизики Уральского Отделения Российской Академии Наук в направлении исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа на месторождениях Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, а также промысловые данные, полученные на указанном объекте исследований и проанализированные автором совместно с с.н.с. лаборатории промысловой геофизики к.т.н. Трояновым А. К.
Лабораторные данные по исследованию сейсмоакустической эмиссии на образцах горных пород, насыщенных флюидами, при различных градиентах давлений выполнены в лаборатории промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН.
Аппаратурный и программный комплекс трехкомпонентного геоакустического каротажа (BN-4008), разработанный лабораторией скважинной геофизики под руководством заведующего лабораторией, д.т.н. Астраханцева Ю. Г., применен автором данной работы при решении поставленных задач на газовых и газоконденсатных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа.
Практические исследования газовых и газоконденсатных скважин были выполнены автором в составе промыслово-геофизической экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика» под руководством начальника экспедиции Сметанина А. А., где автор работал в должности начальника промыслово-геофизической партии.
Интерпретация и анализ результатов исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа выполнены автором совместно с сотрудниками лаборатории промысловой геофизики Института геофизики Уральского Отделения РАН с.н.с, к.т.н. Троянова А. К.
Защищаемые научные положения
-
Доказана эффективность трехкомпонентного геоакустического каротажа при разделении вертикальных и латеральных движений флюидов, что позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые и внутрипласто-вые перетоки различного состава и происхождения на газовых и газокон-денсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона.
-
Установлены границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии, возникающей при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа, позволяющие определять их текущую насыщенность, что также дает возможность определить положение и мощность газожидкостного контакта в пластах-коллекторах, а также раздела - в скважинах.
-
Разработана технология выделения границ фазовых превращений (переходов) флюидов в стволах эксплуатационных скважин, основанная на результатах трехкомпонентного геоакустического каротажа по зависимости сигнала регистрируемой сейсмоакустической эмиссии от газоконденсат-ной характеристики исследуемого объекта.
Новизна работы и личный вклад автора
-
На основании выполненных автором промыслово-геофизических исследований скважин оценена возможность разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа. Данная возможность позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые, и внутрипластовые перетоки различного состава и происхождения.
-
Обоснована необходимость обнаружения и изучения отмеченных перетоков флюидов, так как они представляют серьезные проблемы для технологии процесса добычи углеводородного сырья: как следствие, могут возникать избыточные давления и флюидопроявления на межколонных пространствах скважин, грифонообразования на устье скважин, негерметичности обсадных колонн, компоновок подземного оборудования скважин (лифтовых труб, пакеров различных конструкций, клапанов- отсекателей), требующие проведения оперативных технологических мероприятий по их ликвидации.
-
Верифицированы границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мега-бассейна. Установленные границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии позволяют определить текущую насыщенность коллекторов, что является важнейшей промыслово-геологической задачей, в том числе необходимой для подсчета и оценки балансовых запасов; не всегда классические методы промыслово-геофизических исследований, например, такие, как стационарные нейтронные методы, позволяют корректно определить текущее насыщение объекта исследований, вследствие низкой минерализации пластовых вод. В связи с этим, привлечение иных методов
геофизических исследований скважин, позволяющих определить текущее насыщение объекта является обоснованным.
-
На основании выявленной амплитудно-частотной дифференциации сигнала сейсмоакустической эмиссии разработан способ выделения положения и мощности газожидкостных контактов в пластах-коллекторах, а также разделов - в скважинах на месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа, что аналогично п.З, также является важнейшей промыслово-геологической задачей.
-
Разработана технология выделения границ фазовых превращений флюида в стволе эксплуатационных скважин методом трехкомпонентного геоакустического каротажа и изучена зависимость сейсмоакустической эмиссии газоконденсатной смеси от ее газоконденсатной характеристики. Обычно указанная промысловая задача решается расчетным путем, по имеющимся лабораторным исследованиям флюида (хроматография, PVT - исследования), с определением критических параметров, либо расчетом псевдокритических параметров и корреляцией этих значений с зарегистрированными профилями давлений и температур. Примененный метод трехкомпонентного геоакустического каротажа позволяет практически зафиксировать область фазового перехода, что является уточнением расчетных промысловых данных (либо опровержением, ввиду обстоятельств анизотропии профилей давлений/температур в эксплуатационных скважинах).
Практическая значимость
Предложенная технология применения метода трехкомпонентного геоакустического каротажа на новых для него объектах исследования (газовые и газоконденсатные месторождения) значительно расширяет границы и возможности данного метода. Выявленные и обоснованные в работе возможности метода вносят значительный вклад в развитие комплекса промыс-лово-геофизических исследований, повышая их информативность на газовых и газоконденсатных объектах.
Полученные результаты и выявленные закономерности обоснованы особенностями физики процесса сейсмоакустической эмиссии горных пород и пластовых флюидов; полученные корреляции и закономерности подтверждаются стандартными методами промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой газовых и газоконденсатных месторождений, а также гидродинамическими исследованиями и исследованиями газоконденсатных характеристик объектов.
На основании комплексного подхода к промыслово-геофизическим исследованиям и их анализу разработчики и геологи-промысловики получают достаточный набор информации, необходимой для подбора и проведения геолого-технологических мероприятий на газовых и газоконденсатных месторождениях с целью более эффективной их эксплуатации.
Оценена также и экономическая эффективность предложенной технологии. При значительно меньшей стоимости, например, по сравнению с методами радиоактивного каротажа, трехкомпонентный геоакустический каротаж обладает рядом преимуществ:
отсутствие необходимости использования источников ионизирующих излучений;
большая скорость проведения измерений;
отсутствие влияния минерализации пластовых вод.
Полученные в работе практические результаты открывают новые перспективы для широкого применения рассматриваемого метода с целью исследования газовых и газоконденсатных скважин Надым-Пур-Тазовского региона при контроле за разработкой месторождений.
Апробация работы и публикации
Основные результаты исследований докладывались автором на 6 семинарах, симпозиумах и конференциях: «Тюмень - 2009: Нефть и газ - Западная Сибирь» EAGE (Тюмень, 2009); «Десятая уральская молодежная школа по геофизике» (Пермь, 2009); «Пятые научные чтения Ю.П. Булашевича» (Екатеринбург, 2009); 11th international Congress of the Brazilian Geophysical Society (Salvador, Brazil, 2009); «Международная конференция - Уральская горнопромышленная декада» (Екатеринбург, 2010 и 2011); «VI научно -практическая конференция молодых ученых и специалистов ОАО «Газпром» (Надым, 2011); Всероссийская конференция «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2012).
Научные результаты диссертации изложены в 10 публикациях, из них 2 в ведущих рецензируемых журналах и изданиях по перечню ВАК РФ.
Научные результаты получены в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», лаборатории промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН, экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика». Основой для написания работы послужили материалы, полученные лично автором или при его непосредственном участии в процессе исследований по направлениям, рассматриваемым в данной диссертации.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 214 наименований. Полный объем диссертации составляет 162 страницы, включая 38 рисунков, 8 таблиц.
Модель акустически активной среды
Рассмотрим физические основы трехкомпонентного геоакустического каротажа. Каждый из компонентов, составляющих систему - твердый скелет, нефть (недонасыщенная газоконденсатная залежь), вода, газ, может быть источником акустических колебаний [62, 63].
Обратимся, прежде всего, к твердой части породы. Ее отличительные признаки - дискретная гетерогенная структура с порами и трещинами, находящаяся в напряженном состоянии (с локальными перенапряжениями на неоднородностях, дефектах) [35]. Своеобразие сочетания такой структуры и распределения напряжений приводит к квазистабильному состоянию, когда при литостатических давлениях до 100 МПа и выше породы реагируют на ничтожно малые деформации-смещения порядка 10" м (земные приливы), 10" м (собственные колебания Земли, штормовые микросейсмы) акустической активностью, отражающей процессы деформаций и микроразрушений, возникновения новых дефектов, трещин в объеме геоакустической среды [136]. Как показывают результаты измерений трехкомпонентного каротажа в глубоких и сверхглубоких скважинах, аномально высокими значениями амплитуд сейсмоакустической эмиссии выделяются структуры интенсивной нарушенности, трещиноватости и динамической активности. К таким структурам относится большинство пород-коллекторов. Существенную роль в активизации деформационных процессов, а следовательно, сейсмоакустической эмиссии, играет насыщенность пород флюидами, приводящая к снижению прочности пород за счет уменьшения внутреннего трения, протекающих электрохимических процессов, эффекта Ребиндера и других факторов [77, 108]. Разбуривание нефтегазовых площадей и эксплуатация нефтегазовых залежей нарушают сложившуюся схему распределения давлений, флюида, газонасыщегшости пластов, температур. В результате возрастает динамика твердого скелета пород и, как следствие, проницаемость коллекторов и интенсивность сейсмоакустической эмиссии, характеристики которых могут нести информацию об интенсивности техногенных воздействий [32, 33].
Насыщающие пласт флюиды и газы не только влияют на акустическую активность твердой части пласта, но, в свою очередь, могут генерировать акустические колебания, когда возникает дегазация флюидов и фильтрационный поток становится неустойчивым, с пульсациями скорости и давления, что соответствует переходу числа Рейнольдса через критическое значение. Число Рейнольдса не имеет универсального значения и может находиться в пределах от нескольких десятков до тысяч, в зависимости от условий фильтрации и свойств флюида или газа [71]. При числах Рейнольдса, превышающих критические значения, движение быстро приобретает сложный и запутанный характер со все меньшими масштабами турбулентности, возмущения взаимодействуют друг с другом, приводя как к упрощению, так и усложнению движения. Допускаемые уравнениями движения моды возмущений обладают различными масштабами, то есть расстояниями, на которых заметно меняется скорость пульсаций. Чем меньше масштаб движений, тем больше градиенты скорости и тем сильнее они тормозятся вязкостью [52].
Остановимся на некоторых параметрах турбулентности, которая может встречаться на практике при затрубных перетоках, негерметичности обсадной колонны, в перфорированных интервалах, в пластах с движением флюидов. По мере возрастания числа Рейнольдса сначала появляются крупномасштабные пульсации, затем их масштаб уменьшается. Крупномасштабные обладают наибольшими амплитудами. Их скорость сравнима с изменениями ДК средней скорости на протяжении / основного масштаба турбулентности. Частоты этих пульсаций имеют порядок V//. Мелкомасштабные пульсации, соответствующие большим частотам, имеют значительно меньшие амплитуды. Наблюдается как бы непрерывный поток энергии от малых частот к большим. Этот поток проявляется в самых высокочастотных пульсациях [90].
Наряду с пространственными масштабами представляют интерес временные характеристики пульсаций - частоты. Нижний порог частотного спектра турбулентных движений находится на частотах V//, верхний определяется частотами m0 V/ V/lRe"\ (]) где Д, - внутренний масштаб турбулентности, который определяет порядок величины масштабов наиболее высокочастотных пульсаций в потоке; / - характерный размер, например, диаметр поровых каналов. Приведенные здесь общие характеристики турбулентного потока раскрывают один из механизмов генерации колебаний в околоскважинной среде и диагностические возможности трехкомпонентного геоакустического каротажа [110].
Рассмотрим механизм, связанный с конденсацией флюида. Если пластовое давление совпадает или превышает давление начала конденсации, то газоконденсатная система находится в насыщенном состоянии. Движение газожидкостных систем в пористой среде сопровождается фазовыми переходами, которые влияют на характеристики фильтрации. Фазовые переходы происходят при изменении давления (процесс изотермический). Движение выделенного объема жидкости в пористой среде связано с изменением давления в нем и, соответственно, выделением газа из жидкости (и наоборот). Темп изменения давления, а значит, и темп выделения одной из фаз, зависят от скорости движения в коллекторе. Давление может изменяться также в каждой точке во времени [104, 105, 106].
Из термодинамики известно, что процесс фазовых превращений можно считать равновесным, если dP/dt Q. При больших значениях dPIdt процесс неравновесный, и количество новой фазы определяется не только значением давления, но и скоростью его изменения. В газоконденсатных системах неравновесный характер фазовых превращений проявляется при: dP/dt \0-3 + \0-2\MTla/c] (2) Рассматривая радиальный поток, получим, что dPIdi наибольшее значение имеет вблизи скважины, то есть в зоне пласта-коллектора, непосредственно контактирующей с внутрискважинной средой, может иметь место неравновесный процесс начала конденсации газового конденсата, порождающий упругие колебания. В процессе конденсации выделяют докавитационный (пульсация пузырьков преимущественно без схлопывания) и кавитационный режимы.
Процесс конденсации происходит вплоть до установления нового значения равновесной концентрации. Практически всякая жидкость содержит газ в растворенном виде и в виде пузырьков. Растворимость основного компонента природного газа метана - в пластовой воде во много раз меньше его растворимости в нефти (либо в превратившимся в жидкую фазу конденсате газовом нестабильном).
Поведение жидкости и газа можно оценить на примере одиночного пузырька. В жидкости, находящейся под давлением Р0, на пузырек газа радиусом г действуют следующие силы: гидростатическое давление Р0, силы поверхностного натяжения loir (о - поверхностное натяжение), стремящиеся сжать пузырек, и давление газа Рг и пара Р„, противостоящие сжатию.
При Р 0 размеры пузырька увеличиваются, при Р 0 — уменьшаются. При достаточном количестве маленьких пузырьков газа дегазация жидкости может происходить за счет их слияния. В зависимости от газового фактора, вязкости, поверхностного натяжения и сжимаемости газоконденсат (нефть) может дегазироваться как лучше, так и хуже воды. Большую роль играет разность пластового давления и критических параметров нестабильной газоконденсатной системы. Если эта разность соответствует давлению метастабильной зоны, то конденсация, дегазация и кавитация в нефти возможны при слабой интенсивности сторонних воздействий [212].
Таким образом, рассмотренные выше процессы имеют нестационарный, колебательный характер и могут рассматриваться в качестве физической предпосылки большого информационного потенциала трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения соответствующих задач на всех стадиях геологоразведочных и эксплуатационных работ на газоконденсатных месторождениях [64, 65].
Технология проведения исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геолого-технических задач на газовых и газоконденсатних месторождениях
Обнаруженные аномалии сейсмоакустической эмиссии (САЭ) на больших глубинах свидетельствуют о динамике геологической среды в условиях высоких литостатнческих давлений. Аномалии САЭ можно рассматривать как индикаторы современных динамических процессов, противостоящих консолидации верхней части земной коры. Различие в амплитудном уровне САЭ по стволу скважины служит диагностическим признаком, позволяющим дифференцировать геологический разрез по новому геофизическому параметру -динамической активности среды. Это позволяет классифицировать геологические разрезы на динамически пассивные и активные.
Максимальные амплитуды САЭ, как правило, пространственно совпадают с зонами разломов, дробления и трещиноватости пород по разрезам скважин. Наличие таких аномалий САЭ является отражением динамической расслоенности тектонически нарушенной геологической среды.
Динамическая расслоенность нарушенных массивов пород не всегда совпадает с их тектонической расслоенностью.
Земная кора постоянно находиться в напряженном состоянии под действием многих силовых факторов, включая лунно-солнечные приливы, неравномерность суточного вращения Земли, её собственные колебания, микросейсмы, а также тепломассоперенос. Совокупность этих и других процессов создает сложный колебательный режим напряженного состояния земной коры [2].
Изменение напряженного состояния пород вызывает их деформацию, приводит к перестройке в системе трещин, к появлению новых дефектов, что сопровождается акустической эмиссией. Вопрос о возникновении САЭ за счет эмиссии на больших глубинах в земной коре в определенной степени решается при рассмотрении зависимости между интенсивностью акустической эмиссии и числом дефектов (трещин) в объёме среды. Если толща пород охвачена одним режимом нагружения, то зоны с повышенными значениями трещиноватости могут выделяться аномалиями САЭ, что и наблюдается на практике.
Учитывая, что в вариациях САЭ доминирующими являются суточные и полусуточные периодичности, обусловленные воздействием лунно-солнечных деформационных процессов, задача изучения приливного влияния на больших глубинах представляется привлекательной по многим причинам. Во-первых, в связи с открытием явления модуляции высокочастотных сейсмических шумов длиннопериодными деформационными процессами, в том числе приливными, появилась возможность по известным периодичностям деформационных процессов выделять в вариациях САЭ аналогичные периоды и тем самым объяснять их природу. Во-вторых, изучение акустического отклика геосреды на воздействие приливных деформационных процессов позволяет оценить физико-механические свойства горных пород в условиях больших литостатических давлений и их изменения во времени. В-третьих, некоторое формирование лунно-солнечными приливами геодинамических процессов можно использовать для оценки динамической активности различных геологических структур и их возможной динамической расслоенности.
Особенности временных вариаций САЭ отражают характер происходящих в земной коре динамических процессов. Рассмотрим в этой связи модель двух контактирующих блоков, которые находятся под нагрузкой. При изменении действующих сил в зоне контакта будут деформироваться, разрушаться и возникать новые связи. И всё это будет сопровождаться формированием САЭ. Зона контакта, обычно, неоднородна и поэтому САЭ имеет флуктуационный характер. Уровень шума может заметно снизиться, если блоки войдут в прочное зацепление или, наоборот, связи между блоками в области наблюдения разрушены или так ослаблены, что развивается крип. Первый вариант реализуется редко, так как он ведет к значительному накоплению напряжений и к последующему резкому разрушению пород. Второй механизм с ослаблением напряжений в зоне контакта более вероятен в тектонически стабильных областях. Но ослабление на одном участке компенсируется возрастанием напряжений на другом и т.д.
Таким образом, в земной коре по границам блоков и других геологических структур могут мигрировать медленные волны напряжений, которые, в частности, проявляются в особенностях временного режима САЭ. В целом, САЭ отражает широкий временной спектр действующих в земной коре напряжений и являются чувствительным индикатором динамики земных недр.
При организации режимных измерений вариаций САЭ определенную трудность представляет выбор точки (глубины) установки скважинного прибора. Это связано с тем, что акустический отклик пород на воздействие различных деформационных процессов зависит от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств и степени нарушенное исследуемой среды. Применение челночного каротажа позволяет получить информацию о характере САЭ и ее изменений со временем для разных слоев пород, разнесенных по глубине. Автор работы, совместно со специалистами лабораторий промысловой и скважинной геофизики Института Геофизики УРоРАН, а также Института Вулканологии и Сейсмологии ДВоРАН принимал участие в исследовании скважин на полуострове Камчатка, с целью изучения различных сложных динамических процессов, происходящих либо находящих свое отражение в Земной коре. Научный интерес представляло выделение периодичностей, соответствующих тем или иным динамическим процессам (лунно-солнечные приливы, штормовые микросейсмы различных порядков, собственные колебания Земли), по данным исследований скважин методами трехкомпонентного геоакустического каротажа (САЭ), а также каротажа электромагнитной эмиссии (ЭМИ). Исследования выполнялись в скважинах поисково-оценочного бурения (глубиной до 1200 м), где разрез представлен переслаивающимися терригенными породами. Каротаж выполнен дискретно с шагом до 5 м, а также произведены временные замеры с шагом квантования 1 сек, в течение 14 суток. Данные временных замеров были обработаны в заданных частотных диапазонах различными методиками, в том числе с разложением через Фурье-преобразования для выделения необходимых периодичностей (исследования амплитудно-частотных характеристик, спектрально-временной анализ данных).
Сейсмоакустическая эмиссия Земли охватывает диапазон частот от кГц до сотых долей Гц. По частотному составу эмиссию (далее -шумы) можно разделить на низкочастотные сейсмические (низкочастотные микросейсмы), высокочастотные сейсмические (микросейсмы в диапазоне до десятков Гц) и акустические (от десятков Гц до нескольких кГц). Шумы в диапазоне взаимноперекрываемых частот называют сейсмоакустическими. Строгой терминологии в классификации шумов Земли по частотному составу не придерживаются, поэтому многие авторы пользуются как равнозначными, например, такими терминами: высокочастотные сейсмические шумы и высокочастотные микросейсмы, сейсмическая и сейсмоакустическая эмиссия или излучение, сейсмоакустические и геоакустические шумы [213].
Определение текущего положения газожидкостных контактов в пластах и разделов в скважинах
Гамма-каротаж выполняют во всех без исключения необсаженных и обсаженных скважинах, заполненных любой промывочной жидкостью или газом [111, 112, 113].
Нейтронный каротаж применяется в необсаженных и обсаженных скважинах и используется для решения следующих задач: с целью литологического расчленения разрезов; определение положения текущего газонефтяного контакта (ГНК), интервалов прорыва газа, перетока, разгазирования нефти в пласте и оценки газонасыщенности; определение положения водонефтяного контакта ВНК в скважинах с высокой минерализацией пластовых вод.
В зависимости от регистрируемого излучения различают: нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам - ННК-НТ; нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК-Т; нейтронный гамма-каротаж -НГК [48]. Областями эффективного применения нейтронного каротажа при выделении газоносных пластов, газожидкостного контакта, определении газонасыщенности являются: для ННК-НТ - породы с любым водородосодержанием при диаметре скважины, не превышающем 200 мм. Для ННК-Т — породы с водородосодержанием более 10% при диаметре скважины, не превышающем 250 мм. Для НГК — породы с водородосодержанием не менее 20%. Импульсный нейтронный каротаж применяют в обсаженных скважинах для [88]: литологического расчленения разрезов и выделения коллекторов; выявления водо- и нефтегазонасыщенных пластов; 100 определения положений водонефтяного контакта на месторождениях нефти с минерализованными (более 20 г/л) пластовыми водами; определения газожидкостных контактов; оценки пористости пород; количественной оценки начальной, текущей и остаточной нефтенасыщенности; контроля за процессом испытания и освоения скважин [46].
Наиболее эффективный способ применения ИНК - выполнение повторных измерений во времени в процессе изменения насыщенности коллекторов. Такие изменения могут быть вызваны естественным расформированием зоны проникновения, обводнением пластов в ходе их выработки, целенаправленными технологическими операциями, включающими в себя закачку в породы растворов веществ с аномальными нейтронно-поглощающими свойствами [1, 55, 56, 57, 58, 196].
Решение геологических задач с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа в условиях газовых и газоконденсатних месторождений
При разработке газовых и газоконденсатных месторождений основополагающим критерием является ряд геологических факторов, косвенно определяемых по результатам геофизических исследований скважин. Важнейшими из них являются определение текущего насыщения эксплуатационного объекта, положение газожидкостного контакта в пласте- коллекторе. На практике при контроле за разработкой залежей данная задача решается с помощью стационарных нейтронных методов (НТК, ННКт, ННКнт), либо импульсных модификаций (ИННК, СИНГК) [40].
Другая важнейшая задача промысловая геологическая - изучение профиля и состава притока флюида. На практике решается с помощью стандартного комплекса ПГИ (термометрия, манометрия, влагометрия, резистивиметрия, плотнометрия, расходометрия), т.е. методов, косвенно описывающих физические поля потока флюида и его свойства [23].
Истолкование трехкомпонентного геоакустического каротажа применительно к газовым и газоконденсатным скважинам потребовало некоторого изменения, в частности, в области физического смысла использования того или иного информативного параметра геоакустических сигналов в определенном частотном диапазоне, что, в конечном счете, легло в основу интерпретации материалов данного метода. На основании проведенных лабораторных и промысловых исследований выделено пять частотных диапазонов сигнала САЭ, отражающих тот или иной механизм ее возникновения (например, фильтрация воды, газа, газового конденсата, фазовые переходы углеводородной смеси). При регистрации параметров акустической эмиссии в процессе изменения термобарических условий надежно обнаруживаются фазовые превращения, ибо в процессе фазовых превращений наблюдается существенный рост интенсивности и суммарной акустической эмиссии [66, 91].
Основываясь на теории акустических явлений в гетерогенных средах [14] можно сделать вывод о том, что естественная акустическая эмиссия, возникающая в терригенной породе-коллекторе является следствием фильтрации флюида через нее, при этом частотный диапазон регистрируемой эмиссии отражает тип флюида, а также косвенно связан с ФЕС коллектора [15, 18, 19, 20, 22]. Акустическая эмиссия возникает на границе раздела фаз (например, фаз «флюид-порода»), и связана с поверхностными силами на указанной границе (характер зависимости амплитуды смещения межфазных поверхностей и разница упругих напряжений) [!!]. Для пород-коллекторов и насыщающих их флюидов залежей месторождений Надым-Пур-Тазовского региона установлены следующие частотные диапазоны (табл. 4.1).
Обнаружение негерметичностей компоновок подземного оборудования скважин
В данном случае величина параметра G4 совпадает с граничными значениями и ее можно интерпретировать как наличие слабого перетока. С другой стороны величины параметров Z4, Ml-2, М4 указывают на наличие в призабойной зоне радиального потока газа вблизи скважины, т. е. в зоне пласта-коллектора, непосредственно контактирующей с внутрискважинной средой, что подтверждает движение флюида в перфорированном интервале - внутрипластовый газопереток.
В призабойной части ствола газовый фактор среды максимальный. По данным АКЦ (от 23.07.2003 г., "Ямалпромгеофизика") качество сцепления цементного камня с колонной и породой по всему стволу высокого качества, что делает маловероятным движение, а также скопление в заколонном пространстве значительного количества газа.
Анализируя информативные параметры N ,М и NZ, применяемые для определения характера насыщения среды, а также учитывая дисперсию амплитудных отклонений акустических сигналов, можно сделать вывод о том, что за кондуктором на участках повышенной кавернозности (420-280 и 100-0 м) существует радиально-осевое движение газожидкостного флюида.
Его накопление имеет аддитивный характер (в течение длительного времени и разных источников): остатки бурового раствора, незначительное просачивание газа через муфтовые соединения э/колонны, возможно, и переток газа по заколонному пространству, пропуск в колонной головке фонтанной арматуры и пр.
Внутрипластовый переток газа и пропуск в шлюзовом оборудовании создают в стволе скважины обстановку псевдодинамики, что приводит к нарушению термодинамического равновесия, усилению действующих и появлению новых механизмов генерации акустических колебаний и к разночтению ГАШ.
Суммируя данные ГИС-к, АКЦ и параметры геоакустических шумов можно утверждать, что в стволе остановленной скважины (при данных условиях измерений) отмечается внутрипластовый газопереток; заколонное движение газа наблюдается в районе кондуктора и связано не с миграцией по заколонному пространству, а с накоплением в процессе бурения (жидкой фракции) и эксплуатации.
Решение задачи определения негерметичности компоновки подземного оборудования другой эксплуатационной скважины на одном из месторождений ЯНАО методом трехкомпонентного геоакустического каротажа приведено на рис. 5.11. Заколонный флюидопереток в межколонном пространстве данной скважины возникает в связи с неудовлетворительным качеством цементного камня в интервале перекрываемого компоновкой коллектора покурской свиты (ПКі.г), а также углеводородонасыщенного объекта березовской свиты [127]. Предпосылкой для проведения исследований стало наличие достаточно высокого (4 МПа) избыточного давления на межколонном пространстве скважины по окончании ее строительства. Исследования были выполнены в динамике при отработке скважины по межколонному пространству на диафрагму, а также в статике, после полного восстановления давления на межколонном пространстве.
Действительно, по результатам исследований методом трехкомпонентного геоакустического каротажа отмечаются аномалии, характерные для горизонтального движения (притока) в интервале 1275-1300 м, а также аномалии вертикального движения по заколонному пространству.
Исследование компонентного состава пробы флюида, отобранной с межколонного пространства, подтверждает вывод о природе изучаемого притока.
Как известно, природные газоконденсатные системы делятся на насыщенные и недонасыщенные, в основе чего лежат термобарические условия, определяющие границу раздела фаз системы и фазовых превращений, которые, в первую очередь зависят от химического состава пластового флюида. В связи с этим, проведены исследования поля акустической эмиссии, возникающей при движении флюидов известного состава в пористых средах и стволах скважин при различных давлениях и температурах [29, 41]. Для определения типа движущегося (фильтрующегося) флюида и каких-либо его физико-химических свойств, необходимым условием является установление границ частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии, характерных для движения (фильтрации) того или иного флюида (или нескольких флюидов). Основываясь на теории акустических явлений в гетерогенных средах можно сделать вывод о том, что естественная акустическая эмиссия, возникающая в терригеннои породе-коллекторе является следствием фильтрации флюида через нее, при этом частотный диапазон регистрируемой эмиссии отражает тип флюида, а также косвенно связан с ФЕС коллектора. Акустическая эмиссия возникает на границе раздела фаз (например, фаз «флюид-порода»), и связана с поверхностными силами на указанной границе (характер зависимости амплитуды смещения межфазных поверхностей и разница упругих напряжений).
