Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефть и газ – главные энергетические и сырьевые ресурсы России. Коэффициент пористости пласта – один из основных подсчетных параметров запасов нефти и газа. От точности его определения зависят погрешности подсчета запасов углеводородного сырья на нефтегазовых месторождениях. Одним из основных методов измерений коэффициента общей пористости является нейтронный каротаж (НК).
Исходные эталоны (модели пластов на основе мрамора) для градуировки аппаратуры НК, созданные в 1981 году во ВНИИЯГГе, ВНИИнефтепромгеофизике и ВНИИГИСе в виде государственных стандартных образцов (ГСО) состава и свойств карбонатных пород, пересеченных скважиной, выработали свой ресурс и их первоначальные показатели точности в современных условиях не гарантированы. Кроме того, за нормальные условия градуировки аппаратуры НК в этих эталонах был принят диаметр геолого-разведочных скважины 196 мм, в то время как нефтегазовые скважины эксплуатационного бурения имеют диаметр 216 мм, а при бурении боковых стволов требуется выполнить нейтронный каротаж в скважинах диаметром 124 и 156 мм. Технология приготовления СО и методика их метрологической аттестации были также несовершенны. Наличие ограниченного перечня устаревших СО и отсутствие на современном этапе необходимых высокоточных первичных и вторичных эталонов общей пористости горных пород не способствует единству и обеспечению требуемой точности измерений коэффициента общей пористости нефтегазовых пластов, не позволяет экспериментально строить градуировочные характеристики (ГХ) аппаратуры НК для разных рабочих геолого-технических условий измерений в скважинах.
Цель работы. Повышение точности скважинных измерений коэффициента пористости нефтегазовых пластов в различных геолого-технических условиях.
Задачи исследования
1. Обоснование и разработка новой методики приготовления СО пористости и плотности горных пород, пересеченных скважиной, обеспечивающей высокую степень однородности коэффициента пористости по всему объему вещества-носителя свойств СО насыпного типа.
2. Разработка методики метрологической аттестации СО насыпного типа применительно к новой технологии изготовления СО общей пористости и плотности горных пород, пересеченных скважиной.
3. Изготовление и метрологические исследования комплекса СО пористости водонасыщенных, нефтенасыщенных и газонасыщенных кальцитовых и кварцитовых пород, пересеченных скважиной диаметром 124, 156 и 216 мм.
4. Построение семейства градуировочных характеристик аппаратуры НК применительно к различным геолого-техническим условиям и их метрологический анализ.
Конструктивно и методически целесообразно создавать СО, воспроизводящие одновременно и коэффициент общей пористости, и объемную плотность горных пород. Однако вопросы метрологического обеспечения аппаратуры плотностного гамма-гамма-каротажа являются отдельным самостоятельным объектом исследований и в задачи настоящей диссертационной работы не входят.
Методы исследования. Метрологический анализ методов и средств измерений коэффициента общей пористости пластов горных пород геофизическими методами. Теоретическое обоснование и разработка методики создания эталонов общей пористости и плотности пластов горных пород, пересеченных скважиной. Экспериментальные метрологические исследования созданных СО и различных типов аппаратуры НК, статистические методы обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы:
1. Обоснована и разработана новая методика приготовления и метрологической аттестации стандартных образцов водонасыщенной (нефтенасыщенной) общей пористости и плотности пластов насыпного типа, обеспечивающая их высокую однородность и стабильность во времени за счет исключения образования пузырьков воздуха, более равномерного распределения и повышения плотности упаковки фракций.
2. Впервые выявлена существенная составляющая погрешности воспроизведения коэффициента пористости, обусловленная нецилиндричностью скважины СО и неоднозначностью прижатия зонда к стенке скважины СО. Обосновано требование к допускаемой непрямолинейности образующей стенки скважины СО по ее длине – искривление образующей не должно превышать 1 мм на 1 м ее длины, исходя из допускаемой основной абсолютной погрешности воспроизведения коэффициента пористости ±0,2%.
3. Впервые экспериментально построены градуировочные характеристики разнотипной аппаратуры НК для чистого газонасыщенного кварцитового пласта, имеющие отрицательный коэффициент преобразования (наклон ГХ к оси абсцисс более 90 градусов), что позволяет интерпретировать данные НК в газонасыщенных кварцитовых пластах.
4. Экспериментально получены новые градуировочные характеристики современной разнотипной аппаратуры НК для разного минералогического состава пластов горных пород, пересеченных скважинами разного диаметра и насыщенных нефтью и водой разной минерализации, позволяющие построить функции влияния для их использования при интерпретации НК в нефтегазовых скважинах.
Основные защищаемые положения
1. Методика приготовления высокооднородных и высокостабильных эталонов общей пористости и плотности горных пород насыпного типа, которая позволяет уменьшить пределы их допускаемой абсолютной погрешности воспроизведения коэффициента общей пористости до ±0,2% .
2. Семейство градуировочных характеристик разнотипной аппаратуры НК, построенных с использованием новых эталонных моделей пластов для разных геолого-технических условий, характеризующихся различным сочетанием химического состава скелета горных пород (чистые кварцитовые и чистые кальцитовые породы), разного заполнителя порового пространства (вода пресная и соленая, нефть, газ) и разного номинального диаметра скважины.
Практическая ценность и реализация работы
Ценность работы заключается в получении возможности: построения и применения градуировочных характеристик аппаратуры НК для разных геолого-технических условий при исследованиях нефтегазовых пластов (прежде строилась одна характеристика или использовалась «методика двух опорных пластов»); определения влияния (функций влияния) разных геолого-технических условий в случае использования одной характеристики (кальцит водонасыщенный).
В результате проведенных исследований разработан и внедрен в ГУП Центр Метрологических Исследований (ЦМИ) «Урал-Гео» научно-обоснованный комплекс Государственных стандартных образцов пористости и плотности горных пород, пересеченных скважиной, внесенных в Государственный реестр стандартных образцов России (№ ГСО 8784-2006) в 2006 г. В 2001 году ГУП ЦМИ «Урал-Гео» был аккредитован Госстандартом России, а в 2006 г. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии на техническую компетентность при выполнении калибровочных работ в области ГИС, включая нейтронный каротаж.
Вторичные рабочие эталоны пористости и плотности кварцитовых и кальцитовых горных пород (СО предприятий - СОП) изготовлены, аттестованы и применяются в ОАО «Алросса» (2001 г.), ОАО «Когалымнефтегеофизика» (2003 г.), ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегазгеофизика» (2003 г.), ОАО «Оренбурггазгеофизика» (2004 г.), ОАО «Башнефтегеофизика» (2005 г.), ОАО «Нижневартовскнефтегеофизика» (2006 г.), Тресте «Сургутнефтегеофизика» ОАО «Сургутнефтегаз» (2007 г.). Аналогичные СО пористости поставлены геофизикам Узбекистана (г. Ташкент, 2001 г.) и Белоруссии (г. Речица, 2005 г.).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на: научно-практической региональной конференции «Геолого-экономические перспективы расширения минерально-сырьевой базы Поволжского и Южного регионов Российской Федерации и пути их реализации в 2003-2010 гг.»(г. Саратов, 2002); научном симпозиуме «Высокие технологии в промысловой геофизике» (г. Уфа, 2004); научном симпозиуме «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом сервисе» (г. Уфа, 2005); научной конференции «Информационные технологии в нефтегазовом сервисе» (г. Уфа, 2006); научной конференции «Информационные технологии в нефтегазовом сервисе» (г. Уфа, 2007).
Публикации
Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе три опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.
В основу диссертации положены исследования и работы, выполненные лично автором в ГУП ЦМИ «Урал-Гео», начиная с 2000 г. Автор являлся заведующим отделом эталонов и ответственным исполнителем работ по изготовлению новых первичных ГСО пористости и плотности в г. Уфе и всех новых рабочих СОП на геофизических предприятиях России и СНГ. Экспериментальные исследования всех созданных СО и обработка результатов выполненных измерений проведены автором. Анализ результатов исследований проведен совместно с научным руководителем.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы, включая 20 рисунков, 30 таблиц и список литературы из 90 наименований, составляет 112 страниц. В приложениях приведены копии свидетельства на ГСО и аттестат на МВИ коэффициента пористости СО.
Автор признателен своему научному руководителю Лобанкову В.М. за научно-техническую помощь в проведении исследований и общее руководство работой, а также коллегам по работе: Ханнанову Р.К., Саитову Ш.Ф., Гарейшину З.Г., Гайнуллину Д.Р., Кильметову А.С. за участие в изготовлении СО.
