Введение к работе
Объект исследования. Геофизические методы исследования скважин для решения геолого-промысловых задач на нефтегазовых месторождениях, с целью контроля за разработкой эксплуатируемых месторождений и повышения нефтедобычи.
Предмет исследования. Одним из наиболее распространённых ядерно-геофизических методов при исследовании действующих скважин является импульсный нейтронный каротаж (ИНК). Применение существующей геофизической аппаратуры ИНК наиболее эффективно при решении задач промысловой геофизики на нефтегазовых месторождениях с высокой минерализацией пластовых вод, более 50 г/л NaCl. В данной работе приводятся результаты аналитических и экспериментальных исследований по созданию и промышленному внедрению российской программно-управляемой спектрометрической аппаратуры импульсного нейтронного гамма-каротажа (ИНГКС), предназначенной для регистрации амплитудно-временных спектров гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР) и гамма-излучения радиационного захвата нейтронов (ГИРЗ) с целью последующего определения элементного состава горных пород и насыщающих их флюидов, независимо от минерализации пластовых вод.
Актуальность проблемы. В "Основных концептуальных положениях развития нефте-газового комплекса России", рассмотренных на специальном заседании Правительства Российской Федерации в конце 1999 г, отмечалось, что уже в середине 80-х годов советская нефтяная отрасль достигла пика своих возможностей и чётко наметилась тенденция снижения уровня добычи нефти. По данным официальных источников ТЭК: добьгаа нефти за период с 1990 по 1996 гг. снизилась с 516.2 до 301.3 млн. т. и лишь в 2000 г. застабилизировалась на уровне 323.0 млн.т., вместе с тем, прирост запасов по отношению к добыче с 1991 по 1999 гг. снизился с 180.9 до 65 %. Такое положение дел связано со многими причинами: это и снижение объёмов геолого-разведочных работ, и уменьшение открьпий крупных месторождений, и объективное снижение нефтедобычи ранее крупнейших нефтяных провинций, вступивших в стадию падающей добычи нефти и др. В результате сложившейся геолого-экономической ситуации нефтяные компании России сосредоточили основные усилия на вопросах повышения эффек-
тивности разработки уже разведанных месторождений и повышении коэффициента нефтеизвлечения. Практика переоценки запасов широко применяется зарубежными нефтяными компаниями. Доля прироста запасов (в последнее десятилетие) за счёт дораз-ведки фланцев залежей, вовлечение в разработку пропущенных пластов и прослоев, улучшения системы разработки составила соответственно: 20; 6,2; 68,7%. Повышению эффективности контроля за разработкой месторождений и повышению нефтедобычи, в первую очередь, способствует широкое внедрение информационно-измерительных систем и новых технологий ГИС на базе программно-управляемой скважинной аппаратуры. Для решения задач контроля за изменением нефтенасыщенности коллекторов применяются различные модификации ядерного, акустического и термического каротажа, гидродинамические методы и др. В связи с тем, что основной фонд действующих скважин на эксплуатируемых месторождениях составляют скважины обсаженные металлической колонной, для оценки коэффициентов текущей и остаточной нефтенасыщенности широко применяются импульсные ядерно-геофизические методы. В 1959 г. разработан и испытан на скважинах нефтяных месторождений Башкирии и Татарии первый вариант импульсного генератора нейтронов (Д.Ф.Беспалов, Г.Н.Флеров, В.Г.Ерозолимский, Ю.С.Шимелевич и др.). Оценка нефтенасыщенности пластов импульсными методами основана на различии значений времени затухания потока тепловых нейтронов или времени затухания вторичного гамма-излучения для нефти и пластовой воды, поэтому она возможна при выполнении следующих условий:
значительная минерализация пластовой воды (не менее 50 г/л NaCl);
отсутствие зон проникновения фильтрата промывочной жидкости.
Степень минерализации пластовой воды по NaCl является определяющим фактором достоверной оценки насыщенности пластов методами ИНК.
В настоящее время Западная Сибирь остаётся ведущим нефтедобывающим регионом России, её доля в годовой добыче нефти страны составляет 70 %. Известно, что минерализация пластовых вод этого региона низка и составляет 15-5-24 г/л NaCl. В связи с низкой эффективностью, трудоёмкостью и дороговизной в регионе были прекращены многолетние попытки внедрения метода
ИННКдля оценки нефтенасыщенности пластов. Мировой опьп показывает, что на месторождениях с пресными и слабоминерализованными пластовыми водами одним из переспективных методов контроля процесса выработки коллекторов, является применение спектрометрической аппаратуры ИНГКС (в модификации "углеродно-кислородный" (С/О) каротаж), ориентированного на непосредственную оценку содержания углеводородов в пласте. Этот метод эффективно решает следующие геолого-промысловые задачи: доразведка месторождений, контроль обводнения пластов, оценка эффективности методов повышения нефтеотдачи пластов и др.
Первые работы, посвященные спектрометрии гамма-излучения неупругого рассеяния нейтронов на ядрах кислорода и углерода, в России связаны с ВНИИгеоинформсистем (г. Москва). В 1971 г. были опубликованы результаты скважинных испытаний макета аппаратуры. Однако, в 80-х годах обозначилась тенденция отставания российской геофизики в области разработки и использования аппаратуры ИНК от крупнейших западных геофизических компаний. Это было обусловлено как начавшимся спадом в экономике страны, так и техническими проблемами, главными из которых являлись: низкие технические характеристики отечественных нейтронных трубок и систем детектирования, ненадёжность элементной базы, отсутствие эффективных систем приёма и обработки многопараметровой каротажной информации.
Ко времени постановки темы диссертации в российской геофизике отсутствовали средства и технологии ИНГКС для выполнения производственных работ по оценке нефтенасыщенности на месторождениях с низкой или неизвестной минерализацией пластовых вод. Таким образом, разработка российской программно-управляемой спектрометрической аппаратуры импульсного нейтронного гамма-каротажа и программного обеспечения регистрации и первичной обработки данных очень актуальна.
В 1994 г. в НПГП "ГЕРС", под руководством д.т.н. Хаматдинова Р.Т., коллективом авторов: Черменский В.Г., Бортасевич B.C., Велижанин ВА и др. были начаты работы по созданию программно-управляемой аппаратуры радиоактивного каротажа нового поколения АИНК-42, ИНГКС (углеродно-кислородный каротаж). Создание аппаратуры ИНГКС стало возможным благодаря разработке и серийному выпуску высокочастотных генераторов нейтронов. Такая работа была выполнена коллективом авторов ВНИИ
Автоматики Минатома России, под руководством д.т.н. Бармако-ва Ю.Н.: Боголюбов Е.П., Хасаев Т.О. и др.
Цель работы. Повышение эффективности использования метода ИНК на основе разработки программно-управляемой спектрометрической аппаратуры импульсного нейтронного гамма-каротажа (ИНГКС), предназначенной для регистрации амплитудно-временных спектров гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР) и гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) и последующего определения элементного состава горных пород и насыщающих их флюидов, независимо от минерализации пластовых вод.
Основные задачи исследований:
На основе анализа современного состояния аппаратуры ИНК:
обосновать и сформулировать основные технические требова
ния к спектрометрической аппаратуре ИНГКС;
исследовать и обосновать параметры основных функциональных узлов аппаратуры;
разработать структуру построения информационно-измерительной системы аппаратуры ИНГКС на основе применения современной микропроцессорной элементной базы;
создать программное обеспечение регистрации и первичной обработки амплитудно-временных спектров ГИНР и ГИРЗ;
провести лабораторные и скважинные исследования, с целью апробации научно-технических решений и оценки эффективности метода.
Методы исследований
Аналитические и экспериментальные исследования характеристик программно-управляемых электронных блоков и функциональных узлов аппаратуры ИНГКС.
Разработка алгоритмов функционирования информационно-измерительной системы (ИИС) и тестирование программного обеспечения.
Экспериментальные (модельные) и скважинные исследования методом углеродно-кислородного каротажа.
Исходные материалы исследований
Результаты предыдущих НИОКР и опьп эксплуатации различных модификаций ИНК, в т.ч. программно-управляемой аппаратуры АИНК-42.
Каталоги и информационные проспекты отечественных и зарубежных фирм.
Патенты по классам GOIV 5/00 06-08; 12-14, литература по УДК
Научная новизна полученных результатов:
автором, совместно с Черменским В.Г., научно обоснована и
разработана программно-управляемая спектрометрическая ап
паратура импульсного нейтронного гамма-каротажа (ИНГКС),
состоящая из следующих основных функциональных узлов: вы
сокочастотного генератора нейтронов (14 МэВ), блока детек
тирования, блоков амплитудно-временного анализа, регист
рации, управления и приема/передачи информации. Приме
нение в аппаратуре скважинного микропроцессора позволяет
в процессе проведения скважинных исследований управлять
режимами работы, тестировать и контролировать работу ней
тронной трубки излучателя, работу детектирующей системы,
блоков накопления и приема/передачи данных и на основании
этого, регистрировать амплитудно-временные спектры ГИНР
и ГИРЗ для последующего определения элементного состава
горных пород и насыщающих их флюидов;
разработан способ программной автостабилизации энергети
ческой шкалы аппаратуры ИНГКС в реальном масштабе вре
мени;
разработана технология скважинных измерений методом уг
леродно-кислородного каротажа.
Практическая значимость результатов работы
Применение результатов выполненной работы в промыслово-геофизических исследованиях позволяет повысить эффективность оценки нефтенасыщенности коллекторов, независимо от минерализации пластовых вод. Анализ по 80 исследованным скважинам Самотлорского месторождения показал, что средний дебит нефти одной скважины составил 8.2 т/суг. Прирост дебита нефти одной скважины - 7.4т/сут. В 18 скважинах (22.5 % от общего количества анализируемых скважин) прирост дебита составил более 10 т/сут., в 9 из них получены максимальные приросты дебитов нефти от 12.7 до 31.6 т/сут.
Защищаемые научные результаты:
1. Программно-управляемая аппаратура спектрометрического импульсного нейтронного гамма-каротажа для исследования
нефтегазовых скважин, в составе компьютеризированных каротажных станций, включающая:
- программно-управляемые электронные блоки, выполненные на
современной микропроцессорной элементной базе с возмож
ностью тестирования, контроля и управления режимами рабо
ты аппаратуры ИНГКС в реальном масштабе времени.
-
Система автостабилизации и идентификации энергетической шкалы спектрометра.
-
Технология проведения измерений методом углеродно-кислородного каротажа, включаящая:
- программное обеспечение регистрации и первичной обработки
многоканальных амплитудно-временных спектров ГИНР и
ГИРЗ, позволяющее реализовать многовариантную обработку
данных ИНГКС и последующее определение Кн, в соответствии
с интерпретационной моделью объекта.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной Геофизической Конференции сессия "Новые технологии ГИС" (г. Москва, 15-18 сентября 1997 г.), Международной Конференции и Выставке по геофизическим исследованиям скважин сессия "Новые достижения в физических основах методов ГИС" (г. Москва, 8-11 сентября 1998 г.), Всероссийском научно-практическом семинаре "Ядерная геофизика. Современное состояние и перспективы развития", (г. Москва, 18-20 мая 1999 г.), научно-практической конференции "Современная ядерная геофизика при поисках, разведке и разработке нефтегазовьк месторождений" (г. Бугульма, 18-20 мая 2001 г.).
Сведения о внедрении и эффективности использования результатов
Использование результатов исследований позволило разработать и изготовить аппаратуру ИНГКС. В результате опытно - промышленного внедрения аппаратуры ИНГКС в период 1996-2002гт., проведены исследования методом углеродно-кислородного каротажа более чем в 1500 скважинах различных нефтегазоносных провинций. Четыре комплекта аппаратуры ИНГКС эксплуатируются в ОАО "Сургутнефтегеофизика" и два комплекта в ОАО "Нижневартовск-нефтегеофизика".
По результатам промышленного внедрения технологии ИНГКС на месторождениях Западной Сибири получены следующие практические результаты:
по результатам углеродно-кислородного каротажа выделено более 20 продуктивных пластов содержащих залежи нефти и газа; впервые на Самотлорском месторождении выделен новый нефтегазоносный комплекс, предварительная оценка запасов нефти в котором составляет около 50 млн. т; расширен контур нефтегазоносности Ачимовской пачки на Белозёрном поднятии.
Личный вклад автора: анализ современного состояния аппаратуры и методики ИНК; формулирование основных требований к аппаратуре ИНГКС и наземной системе регистрации; разработка структуры построения и обоснование основных функциональных узлов; разработка программного обеспечения скважинной информационно-измерительной системы; участие в разработке электронных узлов и алгоритмов системы стабилизации; участие в разработке технологии проведения измерений методом углеродно-кислородного каротажа и её промышленное внедрение.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит список литературы из 89 наименований, 61 рисунка и 14 таблиц.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Работа над диссертацией выполнялась в 1994-2002 гг. в НП ООО "Октургеофизика", г. Октябрьский.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Хаматдинову Р.Т. за постановку темы диссертации и помощь в процессе работы над диссертацией.
Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность своим коллегам Черменскому В.Г., Бубееву А. В., Велижа-нину В. А., Саранцеву С. Н. и др., которые своим участием в совместных исследованиях, разработке электронных узлов и программного обеспечения, ценными советами и замечаниями, внесли неоценимый вклад в создание данной аппаратуры. Создание аппаратуры ИНГКС было бы невозможным, без использования высокочастотного генератора нейтронов, автор искренне благодарит коллектив ВНИИАвтоматики, а особенно генерального директора Бармакова Ю.Н, зам. ген. директора ВНИИА Боголюбова Е.П., Хасаева Т.О. за постановку работ по созданию скважинного генератора нейтронов и доведение его до промышленного исполнения.
Опытно-методическое и промышленное внедрение выполнялось сотрудниками НП ООО "Октургеофизика", автор выражает искреннюю признательность Варламову В.П., Алатыреву А.И., Петрову Ю.В. и всем сотрудникам производственных партий за ответственное отношение и заинтересованность в результатах работы.
