Введение к работе
Актуальность работы. Геофизические исследования скважин (ГИС) обеспечивают получение основной информации для решения важнейших задач нефтегазовой геологии: изучения геологического строения месторождения, выделения пластов-коллекторов, определения характера их насыщения, оценки коэффициентов нефтегазонасыщенности и коллекторских свойств пород, подсчета запасов нефти и газа. Важнейшую роль для решения этих задач играет информация об электрических параметрах разреза получаемая методами электрического и индукционного каротажа (ЭК, ИК). Применяемый в настоящее время в России и странах СНГ комплекс электрических и электромагнитных методов ГИС в совокупности с разработанными методиками комплексной интерпретации данных каротажа в целом обеспечивает достоверное определение электрических параметров разреза. Однако в сложных геолого-технических условиях эффективность существующих модификаций аппаратуры ИК резко снижается. Поэтому в последние несколько лет происходит вытеснение одно- и двухзондовой аппаратуры индукционного каротажа более информативной многозондовой аппаратурой. Переход к аппаратуре с цифровой регистрацией и широкое внедрение в практику ГИС современной вычислительной техники позволяют не только значительно увеличить число одновременно регистрируемых каротажных кривых, но и существенно упростить конструкцию зондов, а, следовательно, и повысить их надежность. Использование современных методов математической обработки исходных каротажных данных, в частности цифровой фильтрации, приводит к возможности замены многокатушечных зондов с сильной степенью фокусировки простыми трехкатушеч-ными зондами.
Разнообразие геолого-технических условий проведения ГИС в различных регионах приводит к необходимости создания различных модификаций аппаратуры. Проведение исследований в условиях повышенных температур требует разработки термостойкой аппаратуры. Увеличение объемов кустового бурения с забуриванием новых стволов из старых вертикальных скважин, горизонтального бурения с проводкой приборов при каротаже через инструмент, а также потребности бурения в труднодоступных районах приводят к необходимости создания аппаратуры ИК малого диаметра. Для получе-
ния достоверной геофизической информации в горизонтальных стволах скважин по бескабельной технологии, где многозондовая аппаратура ИК является практически единственным средством количественной оценки удельного электрического сопротивления разреза, поскольку отсутствие информации о параметрах скважины не позволяет эффективно использовать методы постоянного тока, необходимы автономные приборы.
Учитывая это, а также постоянное увеличение числа поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин со сложными условиями проведения ГИС, разработка многозондовых комплексов аппаратуры ИК для различных геолого-технических условий является актуальной задачей.
Целью работы является разработка многозондовых комплексов цифровой аппаратуры ИК для различных геолого-технических условий, включая осложненные, горизонтальные и высокотемпературные скважины на нефть и газ.
Основные задачи исследований:
-
Анализ информативности известных модификаций аппаратуры ИК и обоснование возможностей применения многозондовых установок ИК для повышения эффективности комплекса электрических и электромагнитных методов ГИС.
-
Обоснование основных технических требований к многозон-довой цифровой аппаратуре ИК и выбор параметров зондовых установок;
-
Повышение точности и стабильности измерений зондами ИК и, как следствие, расширения диапазона измерений.
-
Разработка многозондовых комплексов ИК в модификациях:
серийной четырехзондовой аппаратуры ИКЗ-2 (Т=125С, Р=100МПа, 073мм);
термостойкой четырехзондовой аппаратуры ИКЗ-2Т (Т=175С, Р=120МПа, 090мм);
малогабаритной трехзондовой аппаратуры ЗИК-45 для работ в осложненных стволах скважин (Т=125С, Р=100МПа, 045мм);
автономной четырехзондовой аппаратуры 4ИК-73Г (Т=125С, Р=100МПа, 073мм);
автономной трехзондовой малогабаритной аппаратуры ЗИК-45А (Т=125С, Р=100МПа, 045мм).
5. Опробование и внедрение в производство разработанных аппаратурных комплексов.
Методы исследования. Работа выполнялась с применением методов математического моделирования показаний зондов ИК, физического моделирования зондовых установок и сред с реальными физическими свойствами, лабораторных и скважинных испытаний образцов аппаратуры и детального анализа данных, полученных в тестовых модельных разрезах и в реальных скважинах с помощью программы LOGTOOLS.
Научная новизна. Автором впервые:
-
Предложен и реализован способ повышения точности измерения зондов, основанный на том, что величины опорных сигналов каждого зонда выбираются независимо от остальных зондов комплекса и различными в активном и реактивном каналах.
-
Разработан и реализован способ повышения точности и стабильности регистрации активной и реактивной компонент сигналов зондов, основанный на конструктивных особенностях исполнения зондовых катушек.
-
Показано, что использование ферритовых сердечников в катушках аппаратуры ИК малого диаметра позволяет сохранить высокую чувствительность зондов.
-
Разработана малогабаритная многозондовая аппаратура ИК с регистрацией активной и реактивной компонент сигнала.
-
Разработаны автономные модули многозондовой аппаратуры ИК.
Практическая ценность работы заключается в разработке, изготовлении, и внедрении многозондовых аппаратурных комплексов ИК в различных модификациях для повышения эффективности электрических и электромагнитных методов ГИС в вертикальных, наклонных и горизонтальных стволах скважин.
Внедрение результатов работы:
В 1997 г. НПІД "Тверьгеофизика" была разработана и сдана на Киевский завод геофизического приборостроения конструкторская документация для серийного изготовления аппаратуры ИКЗ-2. В период с 1998г. по 2000г. на Киевском заводе геофизического приборостроения выпущено 26 комплектов многозондовой аппаратуры ИКЗ-2. В НПЦ "Тверьгеофизика" с 1995г. по 2000г. изготовлено:
16 комплектов многозондовой аппаратуры ИКЗ-2, 4 комплекта термостойкой многозондовой аппаратуры ИКЗ-2Т, 4 комплекта малогабаритной многозондовой аппаратуры ЗИК-45 и 2 комплекта автономной малогабаритной многозондовой аппаратуры ЗИК-45 А.
В период с 1995г. внедрено на производство около 40 комплектов многозондовой аппаратуры индукционного каротажа в различных модификациях.
Основные защищаемые положения
Разработанные модификации многозондовых комплексов индукционного каротажа позволяют проводить скважинные исследования в различных геолого-технических условиях, включая высокотемпературные скважины, сильнонаклонные и горизонтальные стволы и определять геоэлектрические параметры разреза.
Апробация и публикация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной геофизической конференции "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками" в г. Санкт-Петербурге (1996 г.), Научно-практической конференции "Компьютеризованные технологии обработки геолого-геофизической информации" в г. Твери (1997 г.), Семинаре - совещании "Пути повышения эффективности геологической интерпретации геофизических исследований скважин при разведке, эксплуатации и подсчете запасов месторождений нефти и газа Западной Сибири в г. Тюмени (1997 г.), Научно-практической конференции "Пути развития и повышения эффективности электрических и электромагнитных методов изучения нефтегазовых скважин" в г. Новосибирске (1999 г.), рабочих семинарах в г. Твери.
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, содержит 110 страниц текста, 13 таблиц, 58 рисунков, список литературы содержит 108 наименований.
Личный вклад автора. Работа включает материалы исследований, выполненных лично автором и при его непосредственном участии в 1993 - 2000 гг.
Автор выражает глубокую признательность научным руководителям работы доктору технических наук, профессору Е.В.Чаадаеву и кандидату физико-математических наук Б.В.Рудяку. Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность кандидату
физико-математических наук В.В.Вержбицкому, кандидатам технических наук О.М.Снежко и Ю.Л.Шеину за научные консультации, ценные замечания, сотрудничество и помощь в проведении исследований, и всем сотрудникам НПЦ "Тверьгеофизика", оказавшим помощь при проведении геофизических исследований на скважинах, проведении расчетов и обработке скважинных материалов. Особую благодарность автор выражает Г.Я.Каган и К.Л.Сан-то, сотрудничество с которыми оказало большое влияние на формирование его научных взглядов.