Повышение эффективности литоплотностного каротажа нефтегазовых скважин Лысенков, Александр Иванович

Введение к работе

Актуальность работы. Оценка емкостных свойств нефтегазонасы-щенных пластов, характеризующихся коэффициентом пористости (Кп), возможна по данным плотностного гамма-гамма каротажа (ГГК-П). Классический вариант ГГК-П обеспечивает удовлетворительное решение данной задачи только при известном литологическом составе, который определяет плотность скелета горных пород.

Информация о литологическом составе может быть получена на основе измерения эффективного атомного номера горных пород (2эф).

Модификация ГТК с сопряженным во времени и пространстве измерением плотности (о) и эффективного атомного номера Яэф получила название литоплотностного каротажа-ЛПК. Использование ЛПК принципиально позволяет повысить точность и достоверность оценки пористости пород, а в карбонатных разрезах количественно определить содержание доломитов и известняка.

Однако практическая реализация отмеченных потенциальных возможностей метода предполагает высокоточные определения плотности и эффективного атомного номера горных пород. Существующие приборы ЛПК интегрального типа обеспечивают достаточную точность только в отношении плотности. Среднеквадратическая погрешность определения эффективного атомного номера составляет порядка ± 0,75ед., что позволяет лишь качественно дифференцировать геологические разрезы. Исходя из отмеченного, представляется исключительно важным дальнейшее развитие технологии ЛПК как в плане разработки скважинной аппаратуры нового поколения, так и создание помехоустойчивых алгоритмов расчета эффективного атомного номера с учетом влияния основных мешающих физико-геометрических факторов (вариации плотности, изменение параметров промежуточной среды, нестабильность измерительной аппаратуры.

Основой диссертационной работы являются результаты теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ, начатых автором в 1979 году в НПП "ВНИИГИС". Все исследования выполнялись в соответствии с планами научно-исследовательских работ бывшего Министерства геологии СССР и Комитета РФ по геологии и использованию недр в рамках научно-технических программ на 1981-1985-1990г.г. и др. по заданию 10, 11-го раздела ОНТП "Разработать и внедрить аппаратурно-методические комплексы и технологии геофизических исследований скважин", по проблеме 0.5.03 "Разработать высокоэффективные геофизические методы и аппаратуру для поисков и разведки месторождений важнейших полезных ископаемых, включая нефть и газ (геофизические методы разведки месторождений)".

Цель работы. Совершенствование методики гамма-гамма каротажа для решения геологических задач нефтегазовых скважин на основе одновременной количественной оценки эффективного атомного номера, объемной плотности и разработки скважинной аппаратуры нового поколения, обеспечивающих повышение точности и достоверности геофизических исследований.

Основные аадачи исследований.

1. Изучение особенностей пространственно-энергетических рас
пределений рассеянного гамма-излучения в условиях природных сред
и скважин типовой конструкции и обоснование способов количе
ственной оценки физических параметров горных пород (плотности,
эффективного атомного номера).

1. Исследование влияния состава и толщины промежуточной среды (глинистой корки, каверн) и разработка методики ее компенсации при количественной оценке петрофизических параметров.

2. Обоснование помехоустойчивых алгоритмов определения эффективного атомного номера горных пород произвольного вещественного состава с учетом влияния мешающих физико-геометрических факторов.

4. Разработка новых способов стабилизации энергетической шкалы по форме спектра рассеянного гамма-излучения для скважин-ной многоканальной спектрометрической аппаратуры ЛПК.

5. Разработка опытного образца цифровой программно-управляемой аппаратуры литоплотностного каротажа (ЛПК-Ц), отвечающей требованиям решения задач нефтепромысловой геологии.

6. Разработка помехоустойчивой технологии интегрально-спектометрической модификации ЛПК для решения типовых задач и оценка ее геологической эффективности в условиях нефтегазовых скважин.

Методика исследования.

1. Анализ и обобщение зарубежного и отечественного опыта по опубликованным и фондовым материалам.

2. Математическое моделирование закономерностей пространт-венно-энергетического распределения рассеянного гамма-излучения на основе теории диффузионного переноса гамма-квантов и экспериментальных исследований на физических моделях пластов различного вещественного состава и плотности.

3. Статистическая обработка и анализ результатов экспериментальных исследований с применением персональных компьютеров.

4. Создание макетных и опытных образцов скважинной многозон-довой аппаратуры СГГК.

5. Опытно-производственная апробация, разработка методиче
ских рекомендаций и технических средств литоплотностного карота
жа, оценка их геологической эффективности и внедрение в практи
ку геофизических исследований.

Научная новизна работы состоит в следующем:

теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность детальной дифференциации основных литологических разновидностей нефтегазоносных (горных) пород по плотности и эффективному атомному номеру, определяемых на основе измерения амплитудных характеристик спектральных потоков рассеянного гамма-излучения от источника цезий-137;

для одновременного определения плотности и эффективного атомного номера предложена интегрально-спектрометрическая модификация литоплотностного каротажа, реализуемая с использованием двух коллимированных интегральных зондов и одного спектрометрического зонда диффузионного типа.

- предложен способ определения эффективного атомного номера,
основанный на коррекции спектрального отношения низкоэнергетиче-

ских и высокоэнергетических потоков рассеянного гамма-излучения, обеспечивающий удовлетворительную точность расчета гэф при временном неконтролируемом дрейфе энергетической шкалы до ± 10%;

- предложен и обоснован номографический способ количествен
ного определения йэф при наличии глинистой корки массовой толщи
ной до 3,0 г/см² (при <т»1,5 г/см³ );

Достоверность научных положений, выводов, технических решений и рекомендаций подтверждена результатами теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на государственных и отраслевых образцах пластов эффективного атомного номера, плотности и пористости. Достоверность подтверждается также удовлетворительной сходимостью расчетных значений петрофизических параметров с данными, определенными по образцам керна, и сопоставлением с другими альтернативными методами ГИС(по пористости) в скважинах различных регионов страны.

Основные защищаемые положения.

1. Технология литоплогностного гамма-гамма каротажа, осно
ванная на измерении двух интегральных потоков и полного энерге
тического спектра рассеянного гамма-излучения, обеспечивающая
одновременное определение плотности и эффективного атомного но
мера горных пород с точностью, удовлетворяющей решению приклад
ных задач нефтепромысловой геологии.

2. Новые помехоустойчивые способы расчета эффективного
атомного номера горных пород, базирующиеся на искусственном соз
дании в спектре ГГК максимума рассеянного излучения в области
энергий 120+130КэВ, вычислении разностного эффекта или двукратно
нормированного спектрального отношения, компенсирующие влияние

временного дрейфа энергетической шкалы спектрометра до ± 10%, обеспечивают с учетом плотности пород высокоточные определения эффективного атомного номера при наличии глинистой корки массовой толщиной до 3,0 г/см².

3. Одновременное измерение по ЛПК о и йэф, закономерно изме
няющихся соответственно от 2,71 до 2,8 6 г/см и от 15,1 до 13,1
ед. в ряду известняк-доломит, количественное определение степени
доломитизации карбонатных коллекторов.

Практическая значимость работы заключается:

в повышении достоверности определения емкостных свойств карбонатных коллекторов за счет оценки степени доломитизации известняков и количественного определения коэффициента пористости с погрешностью, не превышающей 1,5+2%;

в повышении информативности измерений разработанной аппаратуры литоплотностного каротажа и повышении чувствительности метода ГГК к гэф за счет регистрации полного спектра рассеянного гамма- излучения в диапазоне энергий от 30 до 500 КэВ;

снижении стоимости геофизических исследований скважин в сложных геоЛого-технических условиях за счет одновременного определения плотности и эффективного атомного номера с применением трехзондовой установки ГГК.

Реализация и внедрение результатов работы.

Для практической реализации предложенной трехзондовой интегрально-спектрометрической модификации ГТК разработана цифровая программно-управляемая аппаратура литоплотностного каротажа. Разработанная методика и 6 комплектов аппаратуры литоплотностного каротажа в промышленных масштабах используются для исследования нефтегазовых скважин месторождений Урало-Поволжья (АНК "Башнефть", АО "Куйбышевнефть", АО "Оренбургнефть"), коллектора которых сложены породами различного минерального состава ( известняки, доломиты, песчаники, смешанные разности).Начато промышленное опробование технологии ЛПК в ПГО" Енисейнефтегазгеоло-гия".

Отдельные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы для разработки малогабаритной аппаратуры угольно-рудного ряда.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзном совещании "Перспективы развития геологоразведочных и буровых работ с целью повышения интенсификации добычи нефти в Азербайджане"(Баку,1979г.), Всесоюзном совещании "Гамма-гамма спектрометрия на нефть и твердые полезные ископаемые" (Черноголовка,1986г.), региональной научно-технической конференции "Ядерно-физические методы опробования пород и руд. Метрологическое обеспечение геофизических исследовании." (Свердловск,1986г.), совещании "Основные направления совершенствования комплексных геофизических исследований при поисках месторождений полезный ископаемых в Сибири и на Дальнем Востоке" (Красноярск, 1986г.) Международной геофизической конференции "Геофизика и современный мир"(С-Петербург, 1995г.)

Личное участие автора состоит в постановке теоретических задач, проведении экспериментальных исследований, разработке новых способов расчета петрофизических параметров с компенсацией дрейфа энергетической шкалы, способов учета промежуточной среды, разработке макетных и опытных образцов скважинных приборов и зондов ЛПК-Ц, а также в проведении опытно-промышленных исследований и анализе результатов работ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, включая 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения, списка литературы, содержащего 83 наименования, и приложений.