Введение к работе
Актуальность темы
Известно, что удельное электрическое сопротивление (УЭС) нефтенасыщенных пластов определяется по данным геофизических исследований скважин (ГИС), зависит от минерализации воды, степени насыщения нефтью, температуры и пористости изучаемых коллекторов. К тому же на УЭС пласта могут влиять токопроводяшие минералы, находящиеся в структуре твердой фазы породы. При определении характера насыщения пород-коллекторов, по данным ГИС, исследуемый пласт с низким УЭС (менее 5.5 Омм) интерпретируется как водонасыщенный. Хотя известно немало случаев, когда в низкоомных пластах получают притоки безводной нефти, и подобные несоответствия УЭС объясняются присутствием в породе, как проводников, так и полупроводниковых минералов (Ф.Я. Боркун, А.В. Ежова, О.Г. Заринов, В.П. Сонич). Наряду с этим на сопротивление пласта могут оказывать сильное влияние гидрослюдьг, находящиеся в деградированном состоянии и являющиеся поставщиком ионов калия (S.J. Pirson, Р.Э. Грим, К.И. Сокова, В.В. Семенов). Таким образом, при разведке и подсчете запасов углеводородов (УВ) учет влияния токопроводящих минералов на электрическую проводимость пласта становится актуальным.
При наличии образцов керна исследуемого интервала, определение минерального состава породы, либо его элементного состава, не представляет особых трудностей. Но далеко не всегда образцы керна отбираются с проблемных пластов, а низкие показания УЭС могут быть обусловлены влиянием минералов с повышенной электрической проводимостью. В таком случае возникает необходимость в дополнительных исследованиях геофизических данных.
Известен способ интерпретации результатов ГИС по определению содержания электропроводящих минералов по данным объемной плотности и пористости (А.В. Ежова, 2006). В силу того что плотность железосодержащих минералов более чем в два раза выше плотности вмещающих пород, предложенный способ состоит в том, что по данным плотностного гамма-гамма-каротажа (ГГК-П) определяют объемную плотность пласта, затем по нейтрон-нейтронному каротажу по тепловым нейтронам (НКТ) определяют коэффициент пористости и по заранее построенной номограмме взаимозависимости объемной плотности электропроводящих минералов и открытой пористости определяют массовое содержание электропроводящего минерала. Данный способ определения содержания электропроводящих минералов, соответственно их учет в удельной электрической проводимости пласта обладают существенным недостатком - низкой точностью определения содержания конкретного железосодержащего минерала. Это связано с неоднозначной зависимостью объемной плотности с содержанием данного минерала (могут присутствовать изоляторы с соответствующей плотностью), а присутствие других электропроводящих минералов - с плотностью, соответствующей вмещающей породе, что приводит к дополнительной ошибке.
Очевидно, что разработка новых методов интерпретации данных ГИС в решении проблемы низкоомных коллекторов, приобретает большую значимость.
Цели и задачи диссертационной работы
Основной целью диссертационной работы является разработка методики определения содержания железа и калия, на основе данных ГИС, в песчаниках-коллекторах и вычисление УЭС с учетом влияния данных элементДпя выполнения поставленной цели решались следующие задачи:
выбор методов ГИС, на основании которых в песчаниках будут определяться концентрации железа и калия;
разработка математического алгоритма и составление программы вычисления содержания калия и железа на основе выбранных методов ГИС;
определение полуэмпирического уравнения зависимости УЭС от концентрации данных химических элементов;
разработка процедуры вычисления концентраций железа и калия, сопоставления с электросопротивлением и, при наличии обратной корреляции, последующего вычисления их влияния на УЭС в низкоомных песчаниках.
Научная новизна
Обоснована возможность определения содержаний железа, бора и кремния по данным ГИС. Разработан математический алгоритм вычисления концентраций железа в разрезе скважины исследуемых пластов-песчаников.
Определена эмпирическая формула зависимости содержания калия от ГК и концентрации бора для песчаников.
Предложено полуэмпирическое уравнение определения удельного электрического сопротивления в зависимости от концентрации железа и калия в низкоомных коллекторах.
Разработан способ определения макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности.
Фактический материал и методы исследований
В основу работы положены данные геофизических исследований девяти скважин различных месторождений Западно-Сибирской провинции. С целью сопоставления результатов, полученных по предлагаемой методике, с аналитическими исследованиями были проведены пегрофизические и петрографические анализы 196 образцов керна в отделе петрофизических исследований ЗАО "Сибнефтепроект", г. Тюмень. На Томском ядерном реакторе ИРТ-Т методом многоэлементного нейтрокно-активационного анализа были изучены 35 образцов песчаника исследуемых низкоомных пластов Западно-Крапивннских, Вынгаяхинских, Шингинского, Вынгапуровского и Горстового месторождений. Результаты геофизических и петрофизических исследований
скважины № 128 Тайлаковского месторождения были предоставлены 000 "Славнефть - НПЦ". В лаборатории ЯПГ ТФ ФГУП "СНИИГГиМС" изучены 56 образцов песчаника на предмет лито-геохимических и петрографических исследований.
Практическая ценность
Разработанная технология определения, по данным ГИС, железа и калия позволяет давать оценку нефтегазоносное низкоомных коллекторов. Полученные результаты определяют причину понижения электросопротивления низкоомных продуктивных пластов в верхней и средней юре, выделяют зоны наложенного эпигенеза как в юрских, так и в меловых отложениях. В данном случае предлагаемую методику исследований можно использовать при поиске и подсчете запасов УВ сырья даже в отсутствие каменного материала.
Положения, выносимые на защиту:
Обоснованная возможность разработанной технологии определения концентрации железа по данным НКТ, гамма-каротажа (ГК), собственной поляризации (ПС), общей пористости и плотности песчаника, позволяет вычислять содержание таких элементов, как железо и бор в исследуемом коллекторе-песчанике.
Эмпирическая зависимость концентрации калия от ГК и содержания бора в коллекторе-песчанике, позволяющая адекватно оценивать концентрацию калия в исследуемом коллекторе.
В случае выявления обратной корреляции УЭС относительно концентраций химических элементов железа и калия, вклад перечисленных элементов в понижение УЭС пласта необходимо определять следующим образом:
Др= } B,(w>"8 exp(j/T) M"h(l-C| -f±awT>^ где q _ К0НцентрацИЯ химического
элемента, влияющего на проводимость пласта; (w) - средняя пористость пласта [д. ед.]; М - минерализация плата [г/л]; Т - температура [С], w - общая пористость, a h„ g, h, j, a, b- эмпирические коэффициенты.
4. Разработанный алгоритм вычисления как относительного, так и
абсолютного макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов
твердой фазы породы по всему разрезу скважины на основе данных НКТ,
общей пористости и плотности позволяет выделять области как с
повышенным, так и пониженным содержанием совокупности таких
химических элементов, как В, Gd, Fe, Мп, К, Ті.
Апробация работы
Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях: "Научно-практическая конференция ОЕАГО", 2001 г., Тюмень; "IX Научно-практическая конференция", 2006 г., Ханты-Мансийск; VIII Международная конференция "Новые идеи в науках о Земле", 2007 г., Москва; XI Международный симпозиум студентов и молодых ученых им. М. А. Усова, "Проблемы геологии и освоения недр", 2007 г., Томск; Международная конференция геофизиков и геологов "Тюмень-2007", 4-7 декабря 2007 г., Тюмень.
По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Вклад автора в исследуемую тему состоит в обосновании возможности определения содержания железа, калия и бора, разработке алгоритмов, составлении программ и формул, проведении расчетов и апробации полученных результатов в реальных условиях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 107 страницы, включая 44 рисунка, 22 таблицы и список литературы из 56 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заведующему кафедрой геофизики ТПУ Леониду Яковлевичу Ерофееву за внимание и поддержку.
В свою очередь, автор выражает признательность к. г.-м. н. Вячеславу Викторовичу Семенову (ЗАО "Сибнефтепроект", г. Тюмень) за предоставленную возможность в реализации данной работы и к. г.-м. н. Галине Ивановне Тищенко (ТФ ФГУП "СНИИГГиМС") за помощь по внедрению предлагаемого метода.
