Введение к работе
Актуальность габота. Геофизические исследования скважин (ІИС) еспечивают получение основной информации для решения таких важ-йших задач нефтегазовой геологии, как изучение геологического роения месторождений, выявление нефтяных и газовых пластов» оден-степени нефтегазонасыщения и коллекторских свойств пород» поД-вт запасов нефти и газа, оценка коэффициента их извлекаемости. скольку без наличия информации об электрических параметрах яссле-емых пород решение большинства из указанных вше задач невозможно, цущая роль пр исследовании нефтяных и газовых скважин прннадле-г электрическим и электромагнитным методам каротажа (ЭК и ЗМК).
В настоящее время стандартный комплекс ГИС включает: боковое ротажное зондирование пятью подошвенными градиент-зондами различ-й длины (ЕКЗ), одиночные кровельный градиент- и потенциал-зонда, новой каротаж (Ш) в различных модификациях (трех-, семи- и аятиэлектродный), индукционный каротаж (ИК), микрокаротаж (Ж) генциал- и градиент-микрозондами (ПМЗ и ШЗ), боковой микрокаро-s (ЕМК), метод измерения потенциалов самопроизвольной поляраза-1 скважины (ПС). Все методы обеспечены методиками интерпретации іалегнами. Однако, несмотря на столь широкий и разнообразный шлекс методов исследования, точность определения электрических яметров тонких, анизотропных и слоистых пластов с радиальнс-не-юродными зонами проникновения, особенно в случав неоднородных зщающих пород и при работе в скважинах, заполненных высокомине-шзованной промывочной жидкостью,оказывалась невисоко» , досто-зность оперативных заключений о характере насыщения таких плас-з низкой, количество испытаний, не подтверждающих оперативные (лючения, а следовательно и связанные с этим затраты, значительна.
Полная реализация информационных возможностей стандартного швкса электрических методов ГИС оказалась не достигнутой из-за юльзования в палеточных зависимостях интерпретационных моделей ід, не адекватных реальным ситуациям; отсутствия корректной мето-;и выявления и учета систематических погрешностей измерения;" 'чета реальной геометрии зондовых установок,' отсутствия эффектиз-: методик комплексной интерпретации, обеспечивающих в каждой ікротной ситуации наиболее полное использование всей получаемой ідами информации. Основной причиной этого являлась неполнота
-г-
комплеиса решенных прямых задач, прежде всего для двумерно-неоднородных сред, и, как следствие, недостаточно корректный учёт реальных условий измерения на результаты интерпретации.
Таким образом,развитие теории и методики интерпретации данных электрического и индукционного каротажа в многослойных и двумерно-неоднородных средах является актуальной крупной научной проблемой, имеющей" практически ванное народно-хозяйственное значение.
Цель работы. Повышение эффективности электрического и индукционного каротажа при решении задач нефтегазовой геологии путем совершенствования методики комплексной'интерпретации данных ЭК, ИК в сложных геолого-технических условиях измерения на основе дальнее шего развития теории этих методов.
Одновныд. задачи дс^суодовздид;,
- разработка математического аппарата для моделирования пока
заний зондов ЕКЗ, ЕК.'ИК, МК,- ЕМК в радиально- и вертикально-неод
нородных--средах, обеспечивающего изучение влияния на'показания ука'
занных зондов радиальной'неоднородности"зоны проникновения в плас
тах неограниченной и ограниченной мощности, анизотропии и наклона
пластов; ограниченной мощности и'вмещающих пород, слоистого строе
ния пласта и особенностей -конструкции зондовых" установок;
- выбор"и" обоснование радиально-неоднородной' интерпретационной модели зоны проникновения-и-ее-параметров'и разработка методики и палеток-для совместной интерпретации данных ЕКЗ, ЕК, ИК в пластах большой,-средней "и малой'мощности при одинаковых и различ-ных"удельных сопротивлепиях покрывающих И" подстилающих-вмещающих
пород'и -различных'шнерализацияхипромывочннх жидкостей; -
- выбор-и обоснование'интерпретационной.-модели пласта-коллек
тора слоистого строевия -и~разработка' методики и' комплекта палеток
для определения удельных сопротивлений непроницаемых и проницаемых
( в'промытой зоне и неизмененной части) прослоев в пласте слоисто
го строения по данным- ЕКЗ, ЕК,' ИК? ";
разработка методики "выявления -систематических- погрешностей измерений "зондов электрического а индукционного каротажа и учета их на этапе комплексной интерпретация; ;
опробование разработанных -методик и палеток на материалах электрических методов ШС различных регионов страны и внедрение в отрасли.
Защищаются следующие основнне научные результаты.
Решения прямых задач ЕКЗ, ЕК, ИК, ЕЖ, Ж, обеспзчикпие в совокупности математическое моделирование показаний зондов, с учетом их реальной геометрии, в средах с плоско-параллельными и коаксиаль-но-цилиндрическими границами, двумерно-неоднородных средах, полученные методам: аналитическими (с использованием рекуррентных формул), интегральных уравнений Фредгольма первого и второго рода и синтетическими (гибридными).
Изорозистивная методика комплексной интерпретации данных ШЗ, ЕК, ИК, БМК в' пластах ограниченной (более 1,6 м) мощности (с комплектом палеток), построенная на' основе радиально-неоднородной интерпретационной модели зоны проникновения с 'оптимизированными параметрами, включающая частные методики: выявления и учета систематических погрешностей измерения; приведения к условиям пласта неограниченной мопщости показаний всех зондов обязательного комплекса электрических методов ГИС с обоснованием границ применимости процедуры последовательного введения поправок и учетом, в необходимых случаях, зоны проникновения; построения интерполяционных комплексных кривых зондирования и 'определения по ним электрических параметров пластов-коллекторов с использованием явлений U- и А-эквивалентностой; определения электрических параметров разрезов, вскрытых на высокоминерализованных промывочных жидкостях.
Методика определения удельных сопротивлений непроницаемых и проницаемых (в промытой зоне и неизмененной части) прослоев по данным ЕКЗ, ЕК, Ж, ЕМК в пластах слоистого строения, включающая правила определения границ прослоев и снятия существенных значений назущихся сопротивлений электрических зондов против слоистых пластов, которые обеспечивают достоверное определение продольных удельных сопротивлений этих пластов в промытой зоне и неизмененной части.
Научная, новизна.
Разработан вычислительный аппарат для расчета показаний зондов ЭК и ИК в многослойных средах с каноническими границами и двумерно-неоднородных средах, включающий:
- метод рекуррентных соотношений для вычисления коэффициентов Фурье в выражениях для электрических и электромагнитных полей; созданных точечными источниками поля в средах с каноническими границами;
-4-~ метод решения прямых задач ЭК в многослойных средах с коак сиально-цилиндрааческими границам для зондов ЕКЗ и ЕК с протяженными электродами, основанный на замене боковых поверхностей элект родов зонда эквипотенциальными поверхностями линейных или поверхностных токов, плотность которых определяется из условия постоянс ва потенциала на поверхностях, совпадающих с боковыми поверхностя «и электродов;
" - метод расчета показаний зондов ШК и МК реальной геометрии в'многослойной среде с коаксиально-циляндрическими границами, оснований! на представлении потенциалов и их нормальных производных на-металлических (электродах) и изоляционных участках прішшного башмака соответственно в виде системы интегральных уравнений фрел гольма второго рода относительно плотностей простого и двойного электрических слоев;
метод решения прямой задачи ИК для осесимметричкой двумерн неоднородной среды на основе двумерного интегрального уравнения Фредгольма второго рода относительно вектор-потенциала электрического типа с интегрированием по объему, в котором среды, для коте рой ищется решение и для которой построена функция Ірина, являвда ся ядром интегрального уравнения, различны;
модификацию метода матричной прогонки коэффициентов Фурье для расчета показаний зондов ЕКЗ и ЕК (с точечными и объемными электродами) в пачке пластов, с непрерывным радиальным изменением удельного сопротивления в каждом из них, отличающуюся от известны использованием для вычисления указанных коэффициентов метода конечных элементов.
"Разработана комплексная изорезистивная методика интерпретаци данннх ЕКЗ, ЕК, ИКв одиночных пластах большой, средней и малой мощности с радиальнс—неоднородной по удельному сопротивлению зено проникновения. Б Процессе данной разработки впервые получены следующие частные результаты: .
показано, что не существует такой однородной по удельному сопротивлению модели зоны проникновения, которая была бы одновременно эквивалентна по-своему влиянию на зонды ЕКЗ, ЕК, КК влиянию радиально-неоднородной-зоны»; при использовании однородной модели зоны проникновения решение обратной задачи ЕКЗ, ЕК, ИК неоднознач но;
выбраны и обоснованы двухслоиная рвдиально-пеоднородная мо дель и ее параметры для описания нерегулярно-неоднородное зоны пр
никновения; обоснована целесообразность введения для описания ра-диально-нооднородной зоны проникновения равнойнтегральных диаметров ее по сопротивлению и проводимости;
разработана методика построения на палетках ЕКЗ для пластов с радиально-неоднородной зоной проникновения изорезистнвных линии одиночных зондов ЕК, ИК и потенциал-зонда, позволяющих включить эти зонды в стандартную методику ЕКЗ;
разработана методика выявления и учета в процессе интерпретации систематических погрешностей измерения зондов ЕКЗ, ЕК, ИК;
обоснована методика определение электрических параметров пластов с проникновением по незавершенной кривой зондирования (для скважин, заполненных высокоминерализованнои промывочной жидкостью); разработана номограмма для предварительной оценки шифра комплексной палетки для пластов с понижающим проникновением по данным зондов A0,4*,IN л ЕК-3;
- разработана методика интерполяции между пьлетками ЕКЗ-ЕК-1Ж для пластов с проникновением, основанная на использовании явлении U - и А-эквивалентностеи;
определены пределы применимости процедуры последовательного введения поправок для''зондов электрического и индукционного каротажа;
изучено влияние различия удельных сопротивлений покрывающих и подстилающих пород на оптимальные значения кажущегося сопротивления градиент-зондов и разработано палеточное обеспечение для учета этого эффекта;
показано, что при неглубоком (Щ/Ы * 4) проникновении неизмененная часть пласта оказывает существенное (более 30% іщм-C/U = = 2 и /пзРп~ С«125) влияние па показания зонда ЕМК, заметноо (до 20$ прил^Л/ = 2) на показания гіотенциал-микрозонда и незначительное (менее 2%) на показания градиент-микрозонда; показано,
что при отсутствии глинистой норки против анизотропного пласта монет иметь место "отрицательное приращение" на диаграммах микрезок-дов.
разработана методика определения удельных сопротивлений не
проницаемых и проницаемых (в неизмененной части и зоне проникнове
ния) прослоев в слоистых пластах-коллекторах по данным ЕКЗ, ЕК, ИК,
ЕМК.'В процессе гтои разработки впервые получены следующие частные
результаты:
- исследованы особенноста формы каротатшых кривых зондов ЕКЗ,
ЕК, ИК против слоистых пластов о зоной проникновения в проницаемые1
прослои;
сформулированы правила снятия отсчетов существенных значении кажущегося сопротивления градиент-зондов против слоистых плаї тов, обеспечивающие (при использовании изорезистивной методики) определение продольных удельных сопротивлении неизмененной части и зоны проникновения пласта, а также равноинтегрального диаметра по сопротивлению последней;
разработаны палеточные зависимости для определения удельні сопротивлений непроницаемых и проницаемых (в неизмененной части зоне проникновения) прослоев слоистых пластов при рзличных COOT шениях их мощностей и различной глубине зоны проникновения.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
разработан комплекс алгоритмов и программ расчета показані зондов ЕКЗ, Ш-3, Ж-5, ЕК-7, ЕК-9, ЕМК, МК ( с учетом реальной : метрии зондовых установок) и зондов микрокаротажа с плоским полеї в анизотропных средах с коаксиально-цилиндрическими границами: зі дов ЕКЗ и Ж в анизотропных средах с наклонными плоско-параллельными границаш, зондов ЕКЗ, БК, ИК в осесимметричных даумерно-неї нородных средах, который явился информационной основой для дальні шего развития аппаратуры (создания новых модификаций зондовых установок) и методики интерпретации данных электрического и электр* магнитного каротака в сложных геологических разрезах;
разработаны комплексная изорезистивная методика интерпреи ции данных ЕКЗ, ЕК, Ж в одиночных пластах большой, средней и ма> лой мощности с радиалыю-неоднороднои зоной проникновения, включі модификацию ее для скважин с высок'оминерализованной промывочной жидкостью, и методика определения удельных сопротивлении непрониі мых и проницаемых (в зоне проникновения и неизмененной части) прослоев в пластах-коллекторах слоистого строения, которые расшИ' рили информационные возможности стандартного комплекса электриче< ских методов и повысили качество геологической интерпретации дан ных гас.
Знедрение результатов работы. На основе результатов многоле них исследований, выполненных под руководством и при непосредств ном участии автора, составлены:
"ї.Іетодические указания по комплексної! интерпретации данных ЕК5, ЕК, І1К" (с комплектом палеток), утвержденные начальником Уп равления геофизических работ Мингео СССГ В.Ю.Зайченко.
- 7-"Методические рекомендации по определению электрических раметров пластов в скважинах с высокоминерализованной промывоч-й жидкостью" (с комплектом палеток), утвержденные Генеральным ректором НПО "Союзпромгеофизика" П.А.Бродским.
Указанные нормативно-технические документы изданы на Ленин-адской картографической фабрике ВСЕГЕИ в 1990 и 1991 гг. соот-тственно и разосланы в соответствии с заявкаш во все производст-нные организации Мингео СССР и Миннефтбгазпрома СССР.
Апробация и публикация работы. Основные положения диссертаци-ной работы докладывались на научно-практических конференциях в Тюмени (1980, IS82, 1987 гг.), г.Симферополе (1982 г.), г.Киеве 979 г.), Г.Калинине (1987 г.), совещании главных геологов Ассо-эции исследователе;! скважин в г.Калинине (1990 г.), XXX Между-родном геофизическом симпозиуме социалистических стран в г.ГЛоск-(1985 г.).
По томе диссертации опубликовано 70 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, глав и заключения, содержит 310 страниц текста, 39 таблиц, III сунков. Библиография содержит 304 наименования.