Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние ЯМР 13
1.1 Физические основы ЯМР. 13
1.2 ЯМР в скважине. 15
1.3 Методики регистрации и обработки ЯМК. 17
1.4 Геологические аспекты ядерно-магнитного каротажа . 20
1.5 Современные особенности скважинной аппаратуры ЯМК и ЯМР.
.5.1 Недостатки метода ЯМК. 26
.5.2 Попытки совершенствования аппаратуры и методики ЯМК . 29
1.6 Некоторые особенности новых типов промывочной жидкости. 40
1.7 Выводы. 44
ГЛАВА 2. Эффективность ямк в различных геолого-технологических условиях .
2.1 Примеры ЯМК в терригенном разрезе скважин Ромашкинского месторождения.
2.2 Примеры ЯМК в различных регионах и гео лого-техно логических условиях .
ГЛАВА 3. Методики повышения эффективности ямк в условиях применения новых типов промывочной жидкости
3.1 Технология снижения сигнала от промывочной жидкости при ЯМК.
3.2 Выводы по технологии снижения сигнала от ПЖ . 90
3.3 Внутрискважинная калибровка данных ЯМК. 93
3.4 Выводы по технологии внутрискважинной калибровки. 107
ГЛАВА 4. Примеры использования новых технологий ЯМК .
Заключение 126
Список использованной литературы
- Геологические аспекты ядерно-магнитного каротажа
- Попытки совершенствования аппаратуры и методики ЯМК
- Примеры ЯМК в различных регионах и гео лого-техно логических условиях
- Выводы по технологии снижения сигнала от ПЖ
Введение к работе
Актуальность проблемы. За последние годы условия поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа в России и за рубежом претерпели существенные изменения. Глубина разведочных и эксплуатационных скважин значительно возросла. Ведутся поиски и разработка залежей и коллекторов нефти и газа более сложного строения с низкими значениями пористости и более жесткими термобарическими условиями залегания, с применением новых типов промывочной жидкости (ПЖ).
В последнее время на территории Урало-Поволжья наблюдается устойчивая тенденция к снижению добычи нефти, ухудшается структура остаточных запасов, что проявляется в увеличении объема трудно-извлекаемых углеводородов, возрастает удельный вес карбонатных коллекторов, основные запасы нефти в которых приурочены к турнейским и каширо-верей-башкирским отложениям.
С карбонатами коллекторами связано более 40% мировых запасов нефти и около 60% мировой добычи нефти. В низкопродуктивных коллекторах крупнейших месторождений Татарстана содержатся: на Ромашкинском месторождении - 15,6% текущих балансовых запасов, на Ново-Елховском - 23,2%, на Бавлинском - 8,6 % . В структуре запасов нефти их доля ежегодно увеличивается. До сих пор задача определения фильтрационно-емкостных свойств карбонатных коллекторов остается трудно выполнимой. Для решения задач выделения низкопористых карбонатных коллекторов с высокой степенью расчлененности и прерывистостью продуктивных пластов часто применяется ядерно-магнитный каротаж. Информация о потенциально возможном количестве извлекаемого флюида из коллектора, полученная с помощью ЯМК наиболее важна в случае, где стандартным комплексом ГИС однозначно не получают достоверную информацию или в новых месторождениях, в разведочных скважинах, где заранее не известны петрофизические связи. Метод надежно зарекомендовал себя при исследовании бурящихся скважин различной литологии на глинистом растворе. Применение в бурении новых типов промывочной жидкости для сохранения целостности ствола скважины, продуктивных пластов и т.д. негативно сказывается на качестве ЯМК, а иногда и вообще становится невозможной количественная обработка его данных, поскольку сигналы от ПЖ превышают полезные сигналы от пластов- коллекторов с низкой пористостью. Необходимо разработать способ для снижения негативного влияния ПЖ на ЯМК в модификации слабого поля Земли.
Цель работы. Разработка устройства для аппаратуры ядерно-магнитного каротажа в поле Земли и соответствующей технологией его проведения для снижения влияния промывочной жидкости на эффективность ЯМК при исследовании низкопористых карбонатных коллекторов скважин, бурящихся на облегченных и полимерных ПЖ. Научная новизна.
-
Проведена классификация промывочных жидкостей по степени влияния на качество ЯМК, а именно по их релаксационным характеристикам. По этому критерию выделены три группы ПЖ: с малыми временами релаксации (до 5мс), со средними временами релаксации (5-30мс), с большими временами релаксации (более 30мс). Предложены режимы проведения ЯМК в условиях применении разных ПЖ.
-
Разработано устройство, с помощью которого создается неоднородность магнитного поля вблизи скважинного прибора ЯМК, то есть в стволе скважины, из которой сигнал ЯМК не образуется. В зависимости от типа ПЖ выбирается технология проведения ЯМК, то есть в обычном режиме или в режиме снижения сигнала от ПЖ. Причем в зависимости от степени влияния ПЖ, а именно от величины сигнала от нее выбирается определенный режим (ток определенной величины и длительности) или программное исключение сигналов от ПЖ. Технология на основе устройства и способа (патент РФ №2351959), позволяет выделять низкопористые коллекторы в скважинах, бурящихся на заведомо неблагоприятных с точки зрения ЯМК растворах, в том числе в скважинах малого диаметра.
3. Разработан способ калибровки аппаратуры ЯМК в скважине по данным сигнала от водородосодержащей жидкости внутри датчика скважинного прибора (патент РФ №2361247). При использовании предложенной технологии учитываются все изменения в приемном тракте скважинной аппаратуры, что значительно повышает точность определения эффективной пористости коллекторов при обработке скважинных материалов и значительно сокращает затраты на калибровку аппаратуры ЯМК.
Основные защищаемые положения.
-
-
Классификация ПЖ по временам релаксации.
-
Технология снижения сигнала от ПЖ при проведении ядерно-магнитного каротажа в скважинах, бурящихся на полимерных и облегченных ПЖ.
-
Технология калибровки аппаратуры ядерно-магнитного каротажа в скважине на основе сигнала от водородосодержащей жидкости внутри датчика скважинного прибора.
Основные задачи исследования и личный вклад автора.
Проведены исследования релаксационных характеристик ПЖ различных типов. Определена степень влияния наиболее распространенных типов ПЖ на показания ЯМК. Проведен теоретический расчет параметров устройств (схемы, конструкции) скважинного прибора для снижения влияния ПЖ на показания ЯМК, которые изготовлены и установлены на экспериментальный скважинный прибор. Проведен анализ существующих калибровочных устройств и методик для ЯМК. Разработано устройство и методика для калибровки аппаратуры ЯМК на основе внутридатчикой жидкости в скважинном приборе в процессе каротажа. Проведены экспериментальные работы по исследованию эффективности предлагаемых способов и устройств с помощью Стандартного Образца Индекса Свободного Флюида (СО ИСФ), утвержденного Гос.стандартом. Полученные данные обработаны в автоматизированной специальной программе обработки данных ЯМК. Предлагаемые способы и устройства опробованы в скважинах. На всех этапах автор принимал участие лично.
Практическая ценность и реализация работы. Полученные в результате исследований устройства для снижения влияния ПЖ на показания ЯМК и устройства для калибровки положены в основу ныне выпускаемой в ООО «ТНГ-Групп» аппаратуры ЯК8 и ЯК9. Количество эксплуатируемых скважинных приборов, использующих данные устройства, составляет более 60 штук. Благодаря применению таких приборов значительно расширена область применения ЯМК как в Татарстане, так и за пределами республики. Получены полезные и достоверные результаты при исследованиях на площадях Башкирии, Удмуртии, Марий Эл, Самарской, Иркутской областей, Западной Сибири, Краснодарского края, Казахстана. С помощью разработанной технологии проведения ЯМК на полимерных и облегченных ПЖ стало возможным проведение каротажа в новых регионах и выделение низкопористых коллекторов. Ранее, на таких ПЖ коллекторы низкой пористости не выделялись, что сдерживало развитие метода в регионах за пределами Татарстана.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 12 конференциях. Разработанная технология ЯМК опробована в более чем 10-ти регионах России и ближнего зарубежья. Получены результаты, подтверждающие эффективность предлагаемой технологии. Публикации.
По материалам диссертации опубликованы двенадцать печатных работ, в том числе четыре патента, две публикации в журнале, рекомендованном ВАК. Список приведен в конце автореферата. Структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 137 страниц и включает список литературы из 150 наименований, 50 рисунков и 5 таблиц. Благодарности.
Автор выражает благодарность сотрудникам тематической группы ЯМР Научно- технического управления ООО «ТНГ-Групп» за помощь в проведении экспериментов и скважинных исследований, необходимых для разработки новой технологии ЯМК. Автор выражает благодарность бывшему начальнику тематической группы ЯМР НТУ Чухвичеву В. Д., начальнику ОМП-30 Баженову В.В., начальнику ОМП-31 НТУ Абдуллину Р.Н. и начальнику НТУ ООО «ТНГ-Групп» Дубровскому В. С. за неоценимую помощь и внимание на всех этапах работы над диссертацией, совместно с которыми выполнен и опубликован ряд изложенных в работе исследований.
Автор признателен сотрудникам кафедры геофизики геологического факультета Казанского (Приволжского) Федерального Университета, а особенно Горгуну В.А., Хасанову Д.И. за конструктивную критику и полезные рекомендации, а также за всестороннюю поддержку. Автор благодарен научному сотруднику Института Геофизики УрО РАН Доломанскому Ю.К., старшему научному сотруднику Института Физики Металлов УрО РАН Жакову С.В. за консультации в области аппаратуры ЯМК, тесное плодотворное сотрудничество с которыми способствовало решению различных задач, поставленных перед автором. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, профессору, доктору геолого-минералогических наук Д. К. Нургалиеву за постоянное внимание и поддержку при выполнении работы.
Геологические аспекты ядерно-магнитного каротажа
Для наблюдения эффектов ЯМР в скважине наиболее предпочтительным оказался метод Паккарда-Вариана [116]. При этом окружающую среду с помощью катушки индуктивности сначала поляризуют, то есть создают дополнительное магнитное поле, перпендикулярное направлению поля Земли, тем самым, отклоняя вектор ядерной намагниченности от своего первоначального. Вектор ядерной намагниченности М при этом с постоянной времени Ті возрастает до значения, пропорционального суммарному полю Я =Н3 + Н„, и в равновесном состоянии оказывается направленным вдоль этого суммарного поля. По истечению некоторого времени дополнительное поле отключают, и вектор ядерной намагниченности будет возвращаться к своему первоначальному направлению, уменьшаясь по величине и прецессируя вокруг направления поля Земли (рис. 1.2) с частотой, определяемой его напряженностью (1.1). Если ту же катушку индуктивности использовать в качестве приемной и настроить ее на туже частоту [126], то в ней будет наводиться ЭДС самоиндукции: где Ео -начальная амплитуда ССП; t - время, отсчитываемое от момента начала свободной прецессии.
Сигнал, наводимый в катушке, называется сигналом свободной прецессии (ССП), а его величина в конечном итоге характеризует емкостные свойства исследуемого флюида. Время Т2 определяется, как уже указывалось, спин-спиновой релаксацией и неоднородностью внешнего постоянного магнитного поля [10].
При проведении ЯМК в скважине источником информации является пластовый флюид, содержащий в основном водород ]Н, кислород 160 и 170, углерод 12С и 13С. Наиболее эффективным является водород H, так как имеет высокое гиромагнитное отношение, входит в состав воды и нефти, агрегатное состояние которых позволяет проводить измерения в магнитном поле Земли. При ЯМК для получения характеристик горных пород определяются начальная амплитуда сигнала свободной прецессии (ССП), время продольной или спин-решеточной релаксации Г/ и время поперечной, или спин-спиновой релаксации Т2.
Вследствие очень малых времен релаксации (микросекунды) твердая фаза (скелет породы) не вносит вклада в измеряемый сигнал, амплитуда определяется только водородсодержащим флюидом, заполняющим поровое пространство породы. Поэтому пронормированная на эталонное значение от стандартного образца начальная амплитуда сигнала СП однозначно определяет емкостную характеристику породы - пористость, а точнее индекс свободного флюида (ИСФ) [101, 102].
В большинстве литературы [91], посвященной ЯМК, под индексом свободного флюида понимается отношение числа протонов, входящих в свободный флюид горной породы, к числу протонов воды, взятой в объеме породы при тех же термобарических условиях. При насыщении породы только водой это эффективная пористость [101], отличающаяся от суммарного объема пор на величину, равную объему связанной воды:
На сегодня регистрация ЯМК проводится двумя способами: аналоговым, с определением начальной амплитуды ССП по его огибающей и цифровым, при котором начальная амплитуда определяется по спектру сигнала СП. При аналоговой регистрации [42, 61] ССП, аналоговый сигнал по каротажному кабелю передается на поверхность в наземную панель. После этого сигнал оцифровывается регистратором и на компьютере сохраняются амплитудные точки ССП. Далее, по этим точкам в выбранном интервале времени релаксационной кривой, по методу наименьших квадратов [47]
Программа регистрации и обработки аналоговая. вычисляется начальная амплитуда сигнала [9, 40] и время поперечной релаксации. На экране обрабатывающей программы (рис. 1.3) отображаются амплитуды сигнала СП в выбранных моментах времени, время поперечной релаксации, а также технические параметры каротажа (скорость, магнитные метки). При цифровой регистрации [14, 61, 73] все точки оцифрованного внизу (в скважинном приборе) сигнала передаются на поверхность и сохраняются. В процессе регистрации и при обработке используется быстрое Фурье-преобразование [20, 69] для представления сигнала СП в частотной форме, с определением начальной амплитуды и времени релаксации по спектру. На экране регистрирующей и обрабатывающей программы (рис. 1.4) отображаются временная форма сигнала, его спектр, кривые начальной амплитуды, времени релаксации, резонансной частоты, температуры в скважинном приборе, скорости каротажа и т.д. Для обработки данных можно использовать различные цифровые фильтры [76, 86].
Попытки совершенствования аппаратуры и методики ЯМК
Как видно из описания разработок ЯМК в модификации слабого поля Земли основной вклад в совершенствование и развитии слабопольного ЯМР внесли советские, а далее российские специалисты. Учитывая весомые недостатки такого направления, зарубежные компании перешли на разработку сильнопольных приборов, хорошо описанных [11, 30, 99, 105, 114, 121] и широко распространенных в США, Канаде. Аппаратура фирмы Schlumberger, Baker Atlas, Haliburton хорошо зарекомендовала себя при исследовании сложно построенных низкопористых коллекторов [117, 118, 123], как в терригенной, так и в карбонатной частях разреза [98, 108, 115, 125]. Подобная аппаратура [51, 52] разработана в НГЩ «Тверьгеофизика» (Хаматдинов Р.Т., Митюшин Е.М., Малинин А.В., Мурцовкин В.А.) и используется на месторождениях Западной Сибири [18], Оренбуржья и др. В силу особенностей сильнопольных приборов становится возможным регистрация коротких времен релаксации, которые соответствуют сигналам от пор малого диаметра. Широкий диапазон измеряемых времен релаксации и спектральный анализ полученных данных позволяет определять коэффициенты пористости общей, эффективной, а также количество остаточной водонасыщенности с выделением долей капиллярно-связанной воды и воды глин. Наличие градиента поля магнита позволяет с применением специальных методик проводить оценку насыщения по коэффициенту диффузии с дифференциацией по вязкости преобладающих компонент нефти и газа. Из немногочисленных недостатков такой аппаратуры следует отметить влияние металлических частиц в растворе, утяжелителей на основе магнитных материалов и ограничение по сопротивлению бурового раствора (не менее 0,03 Ом м). Обязательное центрирование прибора (модификация MRJL) снижает эффективность в растворах малого сопротивления, так как раствор нагружает приемо-передающую антенну, а наличие каверн, превышающих радиус исследования искажает информацию о ФЕС. Такого недостатка лишены прижимные приборы типа CMR с направленным полем. Попытки исключения недостатков ЯМК в поле Земли, связанные с влиянием сигнала от промывочной жидкости (как самый главный недостаток), сравнительно большое мертвое время аппаратуры, метрологическое обеспечение метода, а также некоторые другие проводились неоднократно, с различной долей успеха. В данной работе затронуты два основных момента: во-первых, проблема влияния промывочной жидкости на ЯМК. Необходимо провести исследования на предмет влияния различных растворов на полезный сигнал, оценить их релаксационные характеристики и по этим данным определить необходимые требования при проведении скважинных исследований на таких растворах. Необходимо разработать технологию, способ, значительно снижающие негативное влияние раствора на ЯМК, а точнее снижающие сигнал от промывочной жидкости до приемлемого для обработки уровня. С помощью разработанной технологии провести скважинные замеры, провести анализ результатов и по ним дать рекомендации по использованию ЯМК в скважинах в условиях применения растворов с негативным влиянием. Во-вторых, в работе проведены исследования по метрологическому обеспечению ЯМК в поле Земли. Все старые и новые калибровочные устройства не отвечают необходимым требованиям, так как не охватывают сам основной датчик. Поэтому в ходе работы необходимо провести анализ существующих калибровочных устройств и оценить их эффективность. Необходимо разработать способ и технологию калибровки данных ЯМК на основе устройства, которое охватывало бы сам основной датчик. Провести с его помощью скважинные исследования с количественной обработкой. Выдать рекомендации по использованию калибровки данных.
Метод ядерно-магнитного каротажа широко применяется на месторождениях Татарстана и включен в обязательный комплекс ГИС. В основном ЯМК на месторождениях Татарстана выполняет задачи подтверждения коллекторов, уточнения их границ, а где возникают спорные вопросы, с помощью данных каротажа ЯМР принимается решение наличия коллектора и оценка подвижности флюида в исследуемой области. В любом случае проводится количественная обработка данных ЯМК с получением информации об эффективной пористости коллекторов.
В качестве одного из объектов, где ЯМК хорошо зарекомендовал себя при решении вопросов выделения коллекторов и их ФЕС выбрано Ромашкинское месторождение [54, 55], расположенное на Юго-Востоке Татарстана [22]. Ромашкинское месторождение хорошо изучено, получены многочисленные скважинные и керновые данные. Оно имеет статус уникального и его открытие явилось выдающимся событием для нефтяной промышленности все страны. Ромашкинское нефтяное месторождение структурно приурочено к сводовой части Южного купола Татарского сводового поднятия и представляет собой крупное платообразное поднятие размером 100X100км, которое ограничено с запада Алтунино-Шунакским, с востока - Уральским прогибами и структурными уступами: Сакловским на севере и Бугульминским на юге.
В результате проведения большого объема поисково-разведочных работ и промыслово-геофизических исследований на территории Татарстана было установлено, что Ромашкинское месторождение является типичным многопластовым месторождением платформенного типа [23, 54], из которых основными нефтесодержащими комплексами являются нижние, а битумоносными - верхние комплексы. Большинство выявленных к настоящему времени наиболее значительных залежей нефти с повсеместно развитыми коллекторами терригенных отложений, пашийского и кыновского горизонтов франского яруса верхнего девона, тульско-бобриковского горизонта визейского яруса и карбонатных отложений кизеловского и черепетского горизонтов турнейского яруса и верей-башкирского среднего карбона может быть отнесено к регионально нефтеносным горизонтам.
Наиболее эффективно ЯМК проявляет себя в терригенных отложениях девона. Обработка данных ЯМК проводится во всех обрабатывающих комплексах, находящихся в производственных подразделениях ООО «ТНГ-Групп», таких как: «ГИНТЕЛ», «Прайм», «ИНГИС». На рис.2.1а), б), в), представлены результаты обработки данных ЯМК и комплекса ГИС по терригенным отложениям девона. Весь интервал записи ЯМК в скважине С1 (рис.2.1.а) оказался нефтеносным. Все пласты-коллекторы уверенно выделяются на кривых ЯМК. Значения амплитуд сигнала СП в интервалах 1732,7-1733,8м и 1738,4-1739,1м оказались критическим (с точки зрения коллектор-неколлектор), поэтому в программе расчет коэффициента эффективной пористости в этих интервалах не проводился, хотя кривые амплитуд сигнала свидетельствуют о наличии подвижного флюида в них. Близкие значения эффективной пористости и пористости по ГИС говорит о малой глинистости пласта и о его хорошем вскрытии, а также об отсутствии остаточной нефти. На рис.2.16) представлены результаты ЯМК в терригенных отложениях девона в скважине С2. На планшете также представлены обработанные кривые СП специальным фильтром [86]. Различие пористостей по ГИС и эффективной по ЯМК в пластах интервала 1810-1815м говорит о наличие остаточной нефти и глинистости коллекторов. В скважине СЗ на рис.2.1.в) в интервале нефтяного пласта 1717.6-1730м различие пористости по ГИС и ЯМК также свидетельствует о наличии остаточной нефти.
Примеры ЯМК в различных регионах и гео лого-техно логических условиях
Метод ядерно-магнитного каротажа (ЯМК) является высокоэффективным методом определения коллекторских свойств пластового флюида [10] и успешно зарекомендовал себя при исследовании сложнопостроенных коллекторов в скважинах различных регионов: Марий Эл, Башкирия, Оренбургская область, Самарская область, Западная Сибирь [18], Казахстан, Китай. Вместе с тем, для успешного применения ЯМК требуется выполнение ряда условий.
Информационный сигнал при проведении ядерно-магнитного каротажа обусловлен появлением электромагнитного поля, создаваемого прецессией вектора ядерной намагниченности водорода пластового флюида в магнитном поле Земли. Так как ствол скважины заполнен промывочной жидкостью (ПЖ), которая также содержит водород (вода, нефть), то и она будет участвовать в создании сигнала, который, если не принять специальных мер, складываясь с полезным сигналом, искажает результаты замера ЯМК. Поэтому основным условием успешного применения ядерно-магнитного каротажа является отсутствие или возможность учета такого влияния промывочной жидкости на его показания.
Результаты замера ядерно-магнитного каротажа, как и любого другого геофизического метода, будут максимально информативными, если для них установлена калибровочная шкала.
Можно констатировать, что вопросы метрологического обеспечения ядерно-магнитного каротажа стали решаться разработчиками с момента получения первых результатов разработки метода. Была разработана конструкция эталонировочного устройства и методика эталонирования, зарегистрирован способ поверки аппаратуры с помощью такого устройства, (СО-ИСФ - стандартный образец индекса свободного флюида. Вместе с тем, до последнего времени не удавалось реализовать в аппаратуре калибратор, связывающий данные эталонировки прибора в СО-ИСФ и обеспечивающий градуировку результатов ЯМК в процессе проведения замера в скважине.
В последнее время в бурении используют новые ПЖ [12, 13, 27]: облегченные (зачастую приготовленные на воде) и полимерные, что значительно усложняет проведение ЯМК, а иногда и вообще исключает его.
Принципиально задача снижения (в лучшем случае исключения) влияния ПЖ, может быть решена, если в стволе скважины создать условия, при которых сигнал свободной прецессии от ядер водорода промывочной жидкости затухнет до начала измерения сигнала от пластов. Такие условия создаются естественным образом, если ПЖ приготовлена на глинистой основе. За счет определенных свойств глин сигнал от воды обычно затухает до начала регистрации сигнала от пласта. И только при увеличении ее водоотдачи за счет временных или каких-то других факторов сигнал может затухнуть не до конца, и какая-то его часть будет наблюдаться в момент измерения полезного сигнала.
На рис.3.1 приведены различные варианты, иллюстрирующие сказанное. На кривой «а» сигнал от ПЖ затухает до начала наблюдения в течение «мертвого» времени аппаратуры tM. Кривая «Ь» иллюстрирует случай, когда сигнал от промывочной жидкости хотя и не затух до конца, но он не влияет на информационный сигнал. На кривой «с» приводится пример, когда сигнал от ПЖ, за счет ухудшения её свойств, попадает на начальную часть полезного сигнала. В таких случаях уменьшение влияния промывочной жидкости достигается путем установки начального момента времени ti вывода результатов замера ЯМК на диаграмму, сразу после окончания сигнала от ПЖ. Естественно, такой прием снижает качество замера ЯМК и применение его оказывается непригодным, когда сигнал от промывочной жидкости имеет значительную величину и наблюдается в течение всего сигнала (кривая d). В этих случаях необходимо применять иные способы исключения этого влияния. Амплитуда сигнала
Характерной особенностью сигнала свободной прецессии при ЯМК является его когерентность. Это означает, что фазы и частоты сигналов от каждого элементарного объема окружающего датчик пространства имеют одинаковые значения. Поэтому можно считать, что общий сигнал является арифметической суммой сигналов от этих элементарных объемов. Наличие когерентности сигнала обусловлено высокой однородностью магнитного поля Земли. Поэтому, если эту однородность в какой-либо зоне нарушить наложением, например, дополнительного магнитного поля, то в ней, за счет изменения частоты, произойдет расфазировка сигналов отдельных объемов, что, в свою очередь, приведет к быстрому затуханию суммарного сигнала от этой зоны.
Вносить неоднородность в магнитное поле Земли можно различными способами [74]. Главным критерием оценки эффективности применения любого из них будет максимальное снижение сигнала свободной прецессии от промывочной жидкости ствола скважины при минимальном снижении полезного сигнала от пласта.
Развитие теории метода, результаты ранее выполненных исследований, результаты опробования многих разработок, накопленный в этой области опыт позволили поставить работы по решению проблемы существенного уменьшения влияния промывочной жидкости на показания ЯМК. Применение буровыми организациями новых облегченных промывочных жидкостей является основным фактором, затрудняющим получение надежной информации при проведении ядерно-магнитного каротажа.
Выполненный большой объем модельных работ и опробований в скважинах, показал [68], что проблема снижения влияния промывочной жидкости при всей ее сложности может быть решена и будет описана в данной работе. Результаты опробования и эффективность применения способа и устройства снижения сигнала от ПЖ подтолкнул на создание принципиально нового способа калибровки данных ЯМК.
Рассмотрим некоторые из попыток решения проблемы влияния промывочной жидкости на сигналы ЯМК [68] и опишем их недостатки. Принципиально их можно разделить на способы, которые используют добавки и дополнительное поле, и способы изменения глубинности при ЯМК. Использование добавок в виде магнетитового порошка приводит к снижению времени релаксации от ПЖ до единиц мкс, что исключает образованию сигнала от нее, однако это значительно усложняет и затягивает проведение ЯМК, что снижает экспрессность метода. Добавление в ПЖ ферромагнитных или парамагнитных примесей молекулярного кислорода приводит, по мнению авторов изобретения к исключению сигнала от ПЖ, однако способствует коррозии труб. Включение через основной датчик скважинного прибора ЯМК постоянного тока приводит к искажению формы полезного сигнала, что приводит использование такого способа исключения сигнала от ПЖ неэффективным с точки зрения влияния на сигнала от пластов. Предлагаемый способ изменения глубинности при ЯМК с помощью изменения скорости выключения тока поляризации по методу ступеньки может привести к снижению сигнала от ПЖ, но метод выключения тока по ступеньке снижает и сигнал от пласта за время выхода тока на ступеньку.
Выводы по технологии снижения сигнала от ПЖ
Новые технологии ЯМК, а именно, технология снижения сигнала от ПЖ и внутрискважинная калибровка ЯМК многократно опробовалась и эффективно используется в производственном режиме. Способ и устройство снижения сигнала от ПЖ установлены и используются на обоих типах скважинного прибора: на обычном (диаметр 140мм) и малогабаритном (90 и 100мм). В режиме снижения сигнала от ПЖ проводится каротаж на различных типах бурового раствора: полимер-меловом, полимер-глинистом, мультифазном, облегченном и т.д.
На рис.4.1. приведен пример ЯМК в скважине на начальном этапе проверки эффективности системы снижения сигнала от ПЖ. При проведении каротажа ЯМР в обычном режиме полезный сигнал вообще нельзя выделить на фоне сигнала от такого раствора (рис. 4.1: колонка справа). После включения режима работы прибора, использующего способ снижения сигнала от промывочной жидкости, влияние его на полезный сигнал исключается, то есть сигнал от раствора снижается до уровня помехи и удается провести качественный ЯМК с четким расчленением разреза скважины и получением достоверной информацией о свойствах исследуемых пластов в виде кривых амплитуд сигнала свободной прецессии (рис.4.1). Из диаграммы видно, что в обычном режиме сигнал от раствора был равен порядка 1700+2000 единиц по уровню первой амплитуды сигнала свободной прецессии. При проведении ЯМК по новой технологии, позволяющей снижать влияние сигнала от промывочной жидкости, его величина снизилась до значений 30+50 единиц. Даже по уровню первой амплитуды сигнала снижение сигнала от промывочной жидкости составило около 40 раз. В пересчете на начальную амплитуду сигнала свободной прецессии уровень сигнала от ПЖ уменьшился в 80 раз, что согласуется с результатами исследований на модели пласта СО ИСФ.
С устройством снижения сигнала от ПЖ были проведены редчайшие исследования в скважине на двух растворах, сначала на глинистом, потом на полимер-солевом (рис.4.2), причем в обоих случаях замеры без и с режимом снижения сигнала от ПЖ. При замере на глинистом растворе в режиме снижения сигнала от ПЖ мы видим хорошую повторяемость с кривыми ядерно-магнитного каротажа проведенного в обычном режиме. Снижение полезного сигнала в коллекторах составляет 5-15% при замере в режиме снижения сигнала от ПЖ, что подтверждает результаты экспериментов на ГСО. При замере на ПСР в обычном режиме пласты коллекторы не выделяются на фоне сигнала от промывочной жидкости. После включения режима снижения сигнала от ПЖ выделяются практически все пласты коллекторы, при отношении сигнал-помеха от 1,5 до 4, причем уровень фона стабилен (на глинистом растворе соотношение достигало 20). В интервале 1196-1198м сигнал от ПЖ соответствует сигналу от каверны, что впрочем, не противоречит существу вопроса.
На рис.4.3. представлен пример проведения ЯМК малогабаритным прибором ЯК-9 в скважине Самарской области, пробуренной на полимерном растворе. При замере в обычном режиме, присутствует значительный сигнал от ПЖ и задача выделения коллекторов в таких условиях становится затруднительной, а в некоторых случаях невыполнимой. Так, например, нефтяной пласт (1015,5м-1015,9м) при обычном режиме записи ЯМК вообще не выделяется на фоне сигнала от раствора (порядка 600 единиц). После применения режима снижения сигнала от ПЖ сигнал от раствора уменьшился в 10 и более раз и стал соответствовать уровню помехи (около 60 единиц) и уверенно выделяется пласт, с эффективной пористостью равной 5,8%. Пласт большей мощностью (1037,4-1039,7м) с пористостью 16% имел соотношение сигнала к помехе (к уровню фона от раствора) не более 2,5. После применения системы и режима снижения сигнала от ПЖ соотношение сигнал помеха в этом пласте составило более 10. При использовании режима гашения сигнала от ПЖ наблюдается хорошее расчленение разреза по коллекторским свойствам и становится возможной количественная обработка результатов замера.
Наиболее неблагоприятное влияние с точки зрения величины сигнала от ПЖ среди чаще встречающихся на практике оказывает полимер-меловой раствор. Такой раствор имеет 80 процентный эквивалент, то есть сигнал от него соответствует замеру от пласта с ИСФ равного 80%. Такой раствор наиболее часто применяется, например, на Байту ганском месторождении на границе Татарстана с Самарской областью. Здесь бурятся неглубокие скважины малого диаметра (155,6мм) на терригенные и карбонатные отложения (бобрик, турней). Применяется полимер-меловой раствор, плотностью 1,03г/см и сопротивлением 0,6Ом м и меньше. В таких условиях в обычном режиме регистрации ЯМК становится некачественным, так как сигналы от пластов на фоне сигнала от ПЖ выделяются очень неуверенно или вообще не заметны. Применение системы снижения сигнала от ПЖ позволило провести качественный замер с последующей количественной обработкой. На рисунке 4.4. представлен пример такой записи, где видно уверенное выделение коллекторов на фоне сниженного сигнала от ПЖ.
Как уже описывалось выше, технология снижения сигнала от ПЖ используется и в малогабаритной аппаратуре ЯМК. Для скважинных условий с высокими значениями температуры и давления разработан термостойкий вариант малогабаритной аппаратуры МРК-9, диаметром 100мм с использованием сосуда Дьюара. Чувствительность и глубинность датчика имеет промежуточное значение между ЯК-8 и ЯК-9, так как датчик имеет средние размеры приемо-передающей катушки. К тому же за счет большего диаметра по сравнению с подобным датчиком в ЯК-9 снижение сигнала от ПЖ становится более эффективным, с более четким (надежным) выделением коллекторов и соответственно большим соотношением сигнала к помехе. Таким прибором были проведены замеры в скважинах.
Похожие диссертации на Разработка технологии ядерно-магнитного каротажа в условиях применения новых типов промывочной жидкости
-
