Введение к работе
з
Актуальность темы
Одно из важнейших направлений геофизических исследований скважин (ГИС) - акустический каротаж (АК). В период становления и развития акустического каротажа во второй половине XX века существовала некоторая недооценка его важности, например, в сравнении с сейсмическими исследованиями, имеющими ту же физическую основу. Сейсмическим исследованиям в силу их глобальной значимости обеспечен государственный приоритет в развитии и оснащении средствами регистрации и обработки сейсмических сигналов. Скважинные же акустические исследования оказались в тени, хотя некоторые задачи, решаемые с помощью только продольных волн, например, такие как акустический контроль цементирования (АКЦ) нефтяных и газовых скважин, представляют исключительную важность. Надлежащее их решение является не только условием успешной добычи нефти и газа, но и условием обеспечения экологической безопасности территорий разрабатываемых нефтяных и газовых месторождений
В 60-80 гг ХХ-го века в ряде районов страны (Афгано-Таджикская, Прикарпатская, Соликамская впадина, Восточное Предкавказье и т.д.) открыты ряд месторождений нефти, приуроченных к низкопористым пластам. Их продуктивность определялась наличием сложнопостроенных коллекторов и развитых трещинных систем. Стандартный комплекс ГИС не эффективен для их выявления Перспективны для их выделения в 1-ю очередь акустические методы, обладающие в сравнении с методами ГИС более широким спектром возможностей, например, скважинное телевидение, акустический широкополосный каротаж, глубинное акустическое зондирование и др.
На этапе развития и становления (60-80 гг. ХХ-го века) акустические исследования отличала ограниченность возможностей Имевшиеся оборудование и технологии работ (исследования открытого ствола, контроль цементирования) позволяли регистрировать на фотоносители только параметры продольных волн. Дополнительно с помощью устройств типа регистратора «Штиль» при выполнении научных и опытно-методических исследований могли регистрироваться на фотоносители фазокорреляционные диаграммы и волновые сигналы. Эти данные обрабатывались вручную с целью построения параметров поперечных и гидравлических волн. Работы отличали низкая оперативность, недостаточные точность и качество получаемых данных. Тем не менее, результаты регистрации и обработки волновых сигналов и фазокорре-ляционных диаграмм, полученные соискателем при опытно-методических работах по опробованию аппаратуры АКН-1 (1982-1984 гг.) на территории Соликамской впадины, указали на перспективность применения широкополосного каротажа для выявления сложнопостроенных коллекторов.
Разработанные в конце 80-х годов рядом научных институтов (ВНИ-ИНПГ, г. Уфа; ВНИИЯГГ, г Москва) и геофизических предприятий (например, ОАО «Тюменьпромгеофизика») аппаратурно-программные комплексы регистрации и обработки волновых сигналов, построенные на устаревшей
4 элементной базе, не получили широкого распространения из-за ограниченности возможностей.
Таким образом, информационный потенциал акустических методов в целом по России на начало 90-х оставался нереализованным Это создавало проблемы с качеством и уровнем решения научно-исследовательских и производственных задач и, соответственно, с развитием новых направлений акустических исследований в России, и в том числе, в Пермском крае
Цель работы - создание и совершенствование высокоразрешающих средств акустических исследований, реализация с их помощью возможностей существующих и разработанных акустических методов для изучения свойств и строения околоскважинного пространства, контроля состояния обсаженных скважин и разработка на этой основе новых технических и технологических решений, способствующих научно-техническому прогрессу в промысловой геофизике
Задачи исследований
1. Разработка высокоразрешающих средств акустических исследований
для изучения строения и свойств околоскважинного пространства и контроля
состояния обсаженных скважин.
2 Создание комплекса методов исследований низкопористых карбонат
ных разрезов для выделения коллекторов, изучения их строения и выявления
закономерностей развития трещиноватости пород
Совершенствование методов определения состояния и свойств околоскважинного пространства для обеспечения надёжного контроля качества щелевой гидропескоструйной перфорации (ЩГПП)
Разработка новых методов и приемов оценки состояний пород и цементного камня за колоннами при различных конструкциях крепления ствола скважин в интервалах нефте-газонасыщенных и водорастворимых (соли, гипсы и др.) пород
Основные защищаемые положения
1 Комплекс акустических методов исследований, позволяющий посредством определения и сопоставления коэффициентов радиальной и осевой неоднородности околоскважинного пространства выделять низкопористые коллекторы и уточнять их строение
2. Закономерности развития трещиноватости, на основе которых трещин
ные зоны выявляются уже только по данным стандартного комплекса геофи
зических исследований скважин.
3 Технология обработки полных волновых сигналов, регистрируемых в
интервалах щелевой гидропескоструйной перфорации, позволяющая методом
мониторинга определить местоположение щелевых резов и установить их
глубину.
4. Методы обработки результатов акустических исследований, посредством которых определяются состояние цемента за колоннами при различных конструкциях крепления скважин и состояние водорастворимых пород (солей) за двумя колоннами
5 Научная новизна
Показано, что характер затухания средних амплитуд волнового сигнала позволяет выделять кавернозно-трещинные и трещинные зоны и давать оценку потенциальной продуктивности низкопористых нефтегазоносных толщ.
Доказано, что если в низкопористой карбонатной толще безглинистых пород при бурении скважины формируется зона интенсивных вертикальных набуренных желобов, то всегда существуют две зоны субвертикальной и наклонной макротрещиноватости, которые размещены соответственно над и под зоной вертикальных набуренных желобов.
Установлено, что метод радиального зондирования позволяет построить кривую коэффициента радиальной неоднородности околоскважинного пространства и выделить при комплексировании с акустическим каротажом по приточным зонам интенсивную субвертикальную и вертикальную трещи-новатость
4 Впервые показано, что каждый прибор скважинного акустического каротажа имеет свой формфактор, учитывающий рабочую частоту, диаметры прибора и скважины и позволяющий подбором прибора согласно его оптимальных значений существенно повысить качество регистрируемых в скважинах кинематических и динамических параметров.
5. Доказано, что сжатие волнового сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя посредством управления его амплитудой (уменьшение, увеличение) в N раз, позволяет расширить динамический диапазон регистрируемых волновых сигналов в 2v раз при сохранении разрядности цифровых отсчётов амплитуд.
Практическая ценность и реализация работы
На основе каротажных регистраторов «Триас» разработаны и изготовлены регистраторы волновых сигналов (РВС) на магнитную ленту (1991-1993 гг), позднее (1996 г.) модернизированных для регистрации цифровых массивов ВС непосредственно на персональный компьютер. Эти РВС использовались ОАО «Пермнефтегеофизика» (с 1991 по 2003 гг.) для решения широкого круга научных и производственных задач. С 1996 по 2004 гг. на основе современных промышленных АЦП серии ЛА-2, ЛА-2ТМ разработаны и применялись ОАО «Пермнефтегеофизика» и ЗАО ПИТЦ «Геофизика» для решения научно-исследовательских и опытно-производственных задач ряд всё более совершенных регистраторов волновых сигналов и снимков CAT [1,3,25].
В период 1991-2000 гг последовательно разработаны четыре версии программных средств обработки волновых сигналов и данных CAT «Экспресс», «WSPS», «ГИС-Акустика» и «ГИС-АКЦ». «ГИС-АКЦ» используется по настоящее время для решения как научных, так и производственных задач акустических исследований [1, 3-5,9,25-27].
Применением разработанных средств регистрации и обработки волновых сигналов сокращены временные и экономические затраты на производственные работы, многократно повышено качество акустического каротажа Опробованы новые виды акустических исследований, волновая шумометрия,
6 глубинное дальнее (до 100 м, 1998 г.) и ближнее (до 3 м, 2003 г.) АК-зонди-рование околоскважинного пространства, межскважинные исследования (2003,2006 гг.), реверберационный каротаж (2005 г.) и т д. [1]
В период с 1991-2004 гг. разработаны, отлажены и внедрены в ОАО «Пермнефтегеофизика» и ЗАО ПИТЦ «Геофизика» технологии 1) выделения в низкопористых карбонатных разрезах продуктивных зон; 2) контроля состояния цементного кольца за колоннами при строительстве и эксплуатации скважин; 3) контроля местоположения и глубины щелевой гидропескоструйной перфорации [1]
Апробация и реализация работы
Основные результаты исследований докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях и совещаниях «Изучение рифогенных структур геофизическими методами» (Пермь, 1981); «Применение геофизических методов при решении инженерно-геологических и экологических задач» (Пермь, 1994); «Новые сейсмоакустические технологии исследования нефтегазовых скважин» (Тверь, 1997); «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО» (Ханты-Мансийск, 2004), на Международных научно-практических конференциях* «Перспективы развития геофизических методов в XXI веке» (Пермь, 2004); «Передовые технологии строительства и ремонта скважин» (Пермь, 2005)
За совершенствование аппаратуры CAT и за участие в разработке РД «Методическое руководство по применению скважинного акустического телевизора и интерпретации получаемых данных» автор награжден медалью ВДНХ (Москва, 1979).
Автор участвовал в разработке РД «Технология проведения исследований и интерпретации данных акустической цементометрии в кондукторах, технических и эксплуатационных колоннах при двухколонных конструкциях скважин», разработанных ВНИИНПГ (Уфа, 1988)
Результаты, полученные соискателем при применении акустического телевизора САТ-2, использованы при составлении РД «Методические рекомендации по использованию пластовой наклонометрии и скважинного акустического телевизора САТ-2 для выделения трещинных коллекторов и определения элементов залегания пластов» (1989 г.)
Выполнены опытно-методические работы по 14 темам. Результаты при завершении каждой темы докладывались и обсуждались на Ученых советах ВНИИ нефтепромысловой геофизики (ВНИИНПГ, г.Уфа, 1979-1991 гг.), на научно-технических совещаниях ОАО «Пермнефтегеофизика» (1979-2002 гг.) Отчеты по ОМР хранятся в Росгеолфонде (г Москва), Уральском территориальном геологическом фонде (г Екатеринбург) [1].
Разработанные с участием автора программы «ГИС-Акустика», «ГИС-АКЦ» внедрены на геофизических предприятиях Западной Сибири (ОАО «Нефтеюганскгеофизика», трест «Сургутнефтегеофизика», ОАО «Когалым-нефтегеофизика», ЗАО «Тюменьпромгеофизика и др.) и восточноевропейской части России (ОАО «Пермнефтегеофизика», ООО ПИТЦ «Геофизика», ОАО
7 «Татнефтегеофизика», ОАО «Удмуртгеология», ООО «Оренбурггазгеофизи-ка»)идр [1,9,27]
Публикации По теме диссертации напечатана монография, опубликовано 29 печатных работ, в том числе 15 - в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК, получены три авторских свидетельства на программные продукты обработки волнового сигнала АК (№ 970037, № 980433, № 2000610746), один патент (№ 2174242)
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, включающего 249 наименований Объем работы -199 страниц, включая пять таблиц и 51 рисунок.
Исходные материалы и личный вклад автора Диссертация отражает результаты исследований, полученные автором в ходе опытно-методических и научно-исследовательских работ, выполненных в ОАО «Пермнефтегеофизи-ка» (1979-2001 гг.) и ЗАО ПИТЦ «Геофизика» (2002-2006 гг.).
Разработка средств цифровой регистрации и программных средств обработки данных акустических методов, а также разработка новых методов и технологий акустических исследований, теоретические и экспериментальные исследования выполнялись под руководством и с непосредственным участием автора Представленные в диссертации данные получены при непосредственном участии автора в полевых и интерпретационных работах
Автором совместно с программистами Б.И Зониным, Е.В Туляевым С В. Беловым и И.В. Ташкиновым последовательно разработаны четыре рабочих версии программных комплексов обработки волновых сигналов АК. «Экспресс», «WSP», «ГИС-Акустика» и «ГИС-АКЦ» [1,17,18,19].
Работа выполнена благодаря консультациям и поддержке доктора геолого-минералогических наук В.М. Новоселицкого. Автор выражает ему искреннюю признательность.
Благодарность за конструктивные советы при обсуждении результатов работ автор приносит доктору технических наук, профессору И А Санфиро-ву
Автор искренне признателен С В. Матяшову за поддержку в развитии традиционных и продвижении новых акустических методов исследований в Пермском крае
Автор благодарен кандидату геолого-минералогических наук В.К. Сидорову - за участие в оформлении результатов работ; П Н Гуляеву, Л Л Пету-ховой, М.А. Стариковой - за помощь в обработке и интерпретации полученных данных, Е.В. Савину, Ю Б Веснину, Е.Э Камереру, Н.С. Веснину - за участие в разработке регистраторов волновых сигналов АК трёх уровней, оригинальных скважинных акустических приборов и выполнение скважинных исследований.
