Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Нейтронные методы исследования горизонтальных скважин в составе автономной аппаратуры

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Нейтронные методы исследования горизонтальных скважин в составе автономной аппаратуры"

научно-производственное государственное предприятие по геофизическим работам в сквйшинйх "герс"

Г Б ОД снпгп терс")

О ИЮН 1334

На правах рукописи

султанов алмаз музавирович ■

нейтронные методы исследования горизонтальных сква1ин в составе автономной аппаратуры.

,04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки местороядений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

тверь - 1994

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических.исследований геологоразведочных скважин С ВНИИГИС с ОЗГА)

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Лухминский Б.Е. кандидат технических.наук Леготин Л.Г,

Официальные оппоненты: доктор технических наук Лукьянов Э.Е.

кандидат физико-математических наук Цейтлин В.Г.

Ведщая организация: 'Трест "Татнефтегеофизика"

Защита состоится А^-Ш?^-___1994г. в ___на заседании

диссертационного совета Д'071.18.01 в НПГП "ГЕРС" по'адресу:" 170034, г.Тверь, пр. Чайковского. 28/2 .

С диссертацией мовно ознакомиться в библиотеке ВНИГИК НПГП "ГЕРС' Автореферат разослан _____1994г.

Зченый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических

. наук

-1-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При уменьшении объемов бурения в мире в' ва раза с 198? по 1992 годы доля скважин наклонного и горизон-ального бурения выросла в три раза. По некоторым прогнозам к 2000 оду доля скважин с наклонными и горизонтальными участками соста-ит от 1/3 до 2/3 всего объема бурения.

Большие проблемы возникают при исследовании горизонтальных частков скваяин. Каротаж традиционным способом, когда приборы пускают на кабеле под собственным весом, невозможен. Доставка риборов в специальных контейнерах с помощью бурильных труб, при-эторых кабель находится за колонной бурильных труб, проталкивание эиборов на забой скважины с использованием закачиваемого наконеч--¡ка, и другими способами, приводит к техническим и технологи-гским сложностям.

Наиболее эффективными и заслуживающими дальнейиего развития ¡ляются приборы для исследования в процессе бурения (ННБ- и (П-системы) и комплексная автономная аппаратура, спускаемые на (рильных трубах.

Кроме очевидных экономических преимуществ за счет сокращения :удоемких и аварийноопасных спуско- подъемных операций, времени следования скважин, реализуется возможность метрологического еспечения зондовых устройств, их стандартизация, в том числе йтронных методов, что приводит к возможности определения дсчетных параметров. Поэтому разработка аппаратуры и методики мерений методов ГИС (автономной аппаратуры) в горизонтальных вашинах является актуальной, имеющей важное народохозяйственное ачение.

Цель работы: повышение эффективности применения нейтронных медов в составе комплексных автономных приборов, спускаемых на бд-

рильных трубах. на основе оптимизации зондавого устройства и соз дания расчетно-экспериментального' палеточного обеспечения и ието дик определения количественных подсчетных параметров.

Основные задачи работы:

■ 1. создание программы для расчетов ядерных полей методом Мон те-Карло в принципиально новых геометрических условия* горизон тальных скважин на базе персональных компьютеров;

2. "обоснование на основе тестовых расчетов выбранной модели;

3. расчеты по оптимизации нейтронного зонда автономного прибо

ра;

■ .4. расчет комплекта палеток, практическая интерпретация ре зультатов каротажа с помощью рассчитанных палеток;

Методы исследований

1. Математическое и физическое моделирование с целью оптимиза ции зондов и получения палеток.

2. Проведение измерений с помощью автономной аппаратуры в го ризонтальных скважинах.

Научная новизна '

1. Предложена новая технология математического моделировани зондов нейтронного каротажа на основе методов Монте-Карло, позво лящая учитывать особенности зонда автономного прибора и ег пространственное положение относительно плоско-параллельных грани пласта в горизонтальных скважинах с использованием расширенно многогрупповой библиотеки ядерных констант.

2. Получены зависимости показаний зонда нейтронного каротаж автономного прибора от свойств породы и геолого-технических уело вий измерений для горизонтальных скважин, на этой основе проведен оптимизация зонма, подготовлено палеточное обеспечение

Основные занижаемые положения

1. Технология математического моделирования ядерных полей

(словиях проведения каротажа. автономной аппаратурой- горизонтальных :кважин.

2. Расчетно-экспериментальный комплект паяеток для ннтерпрета-1ии данных нейтронного каротажа автономной аппаратурой горизон-■альных скважин.

Практическая ценность работы заключается:

1) на основе проведения исследований создан зонд нейтронного ;арота'жа в составе автономной -аппаратуры;

2) предложенная технология расчетов на основе ; методов Мон-е-Карло может быть использовании моделировании зондов нейтрон-;ого каротажа в горизонтальных скважинах.

Реализация и внедрение результатов работы.. По результатам магматического моделирования разработаны и изготовлена зонды нейт-онного каротажа в составе комплексной автономной аппаратуры. С омоцьо рассчитанных палеток и разработанной методики обработки и нтерпретации данных АМН "Горизонт" проведены практическая геофи-ическая и геологическая интерпретация с выдачей подсчетных пара-етров более чем в 25 горизонтальных скважинах, пробуренных в Та-арстане, Баикортостане, Удмурской республике, Оренбургской и Саарской областях.

Автор выражает глубокую благодарность д.ф.-м.н., профессору' ухминскому Б.Е. и к.т.н. Леготину Л.Г. за научное руководство и омощь в работе, д.ф.-м.н. Кнеллеру Л.Е. за ценные советы и заме-ания в процессе выполнения и обсуждения диссертационной работы и сем товарищам отделения "Комплексных исследований горизонтальных кважин", принимавшим участие в проведении исследований.

Апробация и публикации работы. Основные положения работы докидывались на Всесоюзной научно-теоретической конференции "Методн знте-Карло в вычислительной математике и математической физике" -.Новосибирск, 1991 г.), Международной научной конфиренции "Гео-

'к-

физика и современный мир" (г. Москва, 1993 г.), научно-практической конференции "Нефтяная геофизика 9рало-Поволнья:ступени развития, достияения, проблемы, перспективы" (г.Бугульма, 1993 г.), на техническом совещании по бурению и исследованию горизонтальны) скваяин в Татарстане (г.Альметьевск, Татарстан, 1993 г.)

По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы. Основные полояения, рассмотренные в диссертации, изложены в 3 научноиссле-довательских отчетах, по которым направлены в печать две работы \ две заявки на авторские свидительства. .

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит и; введения, четырех глав, заключения. Содервит 51 страницу машинописного текста, 32 рисунка и 10 таблиц, библиография включает 82 наименования.

С0ДЕР8АНИЕ РАБОТЫ

•Во введении показана актуальность работы, сформированы е( цель, основные задачи исследований, защищаемые полояения, указан! научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе рассмотрено современное состояние и перспектив* методов, средств и особенностей исследования горизонтальных скваяин, обосновано необходимость расчетного сопровоядения процессе создания нейтронных зондов автономной аппаратуры.

Анализ публикаций, патентов, каталогов ведущих зарубежны) фирм 5сЫивЬегвег, Зреггу-Бип, НаШЬа^п и др. показал, что геолого-технические условия проведения горизонтальных сквааин ставя1 несколько проблем перед геофизическими исследованиями. Зти проблемы можно раздели.ь на следующие:

1) доставка каротаяных приборов на горизонтальный участок;

2) разработка новых или модификация стандартных методо!

сследований ,в условиях горизонтальнях скваяин;

3) интерпретация данных ГИС в условиях, асимметрии пласта.

Каротая горизонтальных .скважин традиционным способом, когда риборы опускают на кабеле под собственным весом, невозмояен. В вязи с этим для горизонтальных скважин разработаны и применяются-а практике четыре новых способа доставки каротажных приборов. на абеле:

1) Система спуска кабельных приборов на бурильных- трдбах. змерение параметров и передача информации производится- через ка-отаяный кабель, опущенный за колонной бурильных труб, а в нижней асти - через переводник - внутри бурильных труб. Разработанная-ранцузским институтом нефти CIER), эта система используется боль-инствоы фирм под различными промышленными названиями. В России ту систему использует НПФ "Геофизика" (система "Горизонталь"):

Система имеет следующие недостатки: ) частые случаи обрыва кабеля; б) не всегда удается поддерживать' цинаковую скорость перемещения бурильных труб и каротаяного кабе-j, что приводит к ошибкам регистрации глубины; в) прибор нахо-1тся в специальном контейнере, который искажает регистрируемые эраметры изучаемого поля (электрического, ядерного и др.).

2) каротажные исследования в процессе бурения приборами, :тановленными над бурильным инструментом СMWD и LUD системы);

MWD (measurements uhile drilling) - измерения в процессе бу-шия и LHD (logging while drilling) - каротая в процессе бурения, ютемы MWD в процесе бурения в реальном времени дают информацию ia контроля направления (зенитный угол и азимут) и эффективности |рения (нагрузка на долото и другие), а также отдельные виды канава (обычно КС, ГК). LUD системы прибавляют некоторые калибр-о-шные каротаяные измерения к измерениям MHD. В России такой ютемой является система "Забой" (ВНИИГИС).

-G- .

3) проталкивание приборов на забой скважины потоком промывочной жидкости: ' •

4) использование непрерывной колонны гибких труб, наматываемых на барабан, внутри которых размещается каротажный кабель, соединенный с прибором на конце буровой колонны.

Последние два способа нашли ограниченное применение (например, гибкие трубы эффективны в эксплуатационных скважинах),- а пер вые два широко применяются в мировой практике.

Для каротажа горизонтальных скважин во ВНИИГИС разработа: специальный автономный прибор; спускаемый на бурильных трубах СЙМ! "ГОРИЗОНТ"). Отличием от LND систем является то, что он не пред назначен для каротажа в процессе бурения (в реальном времени), чт упрощает и без того сложную аппаратуру, а также снижает требовани к виброустойчивости, что ведет к более низкой nQ сравнению с LW системами стоимости аппаратуры.

Новые проблемы (в дополнении к существующим) интерпретаци данных ГИС в горизонтальных скважинах в первую очередь заключайте в оценке местонахождения прибора относительно границ пласта (опре деление расстояния до границ) с целью внесения исправлений в форм и значения измеряемых кривых. Измерения параметра поля искажавтс влиянием свойств различных слоев пород. Искажения измерений за висят как от глубинности применяемых методов исследований, так от удаления прибора от границ пласта. Действующей методики опреде ления расстояния до границ пласта нет, делаются только первые по пытки решения этой задачи. Например, два разноглубинных зонда ИК принципе позволяют оценить расстояние до кровли пласта.

Для интерпретации пользуются существующими программами обра ботки данных ГИС в вертикальных скважинах. Например, интерпретаци результатов измерений апаратурой Schluiberger (Phasor Litho-DensIty/CNL) выполняется по программе ELAN. В России Кнелле

ом Л.Е., Гайфуллиным Я.С. отрабатывается технология интерпретации ,анных ГИС в горизонтальных скваяинах, полученных автономной аппа-атурой ЙМК "ГОРИЗОНТ" - на основе программы ОРТСОМ включенной в истему ГИНТЕЛ.

Нейтронный каротая является одним из основных методов опре-еления коэффициента пористости. К недостаткам применения нейтронах методов в MHD и LHD системах к настоящему времени нужно от-ести следующее. Практически не оценены влияние на показания нейт-онных зондов изменений геолого-технических условий исследований, онды не оптимизированы. И тем не менее эти зонды наиболее ерспективны для стандартизации и метрологического обеспечения.

К настоящему времени накоплен большой опыт в создании авто-омной аппаратуры для исследования скваяин в слонных геолого-тех-ических условиях. Б 1980- 1993 г.г. во ВНИИГИС под руководством еготина Л.Г., Молчанова A.A. были разработаны автономные приборы ГАТ-10, АМН АРИЕМ для исследования сверхглубоких скваяин, ГЕЙЗЕР пя исследования парогидротермальных скваяин, под руководством Ле-этина Л.Г.- АМН "ГОРИЗОНТ", для исследования горизонтальных сква-

ÎH.

Автономная аппаратура доставляется на горизонтальный участок (ваяины с помощью колонны буровых труб. Конструкция скваяинного )ибора предусматривает сквозную промывку скваяины, имеет длину 8 , диаметр 180 мм , вес 450 кг и позволяет исследовать скваяины 1аметром не менее 215 мм. Нейтронный зонд такого автономного при-ipa резко отличается от применяемых в нефтегазовой геофизике зон-)в нейтронного каротаяа.

Разработка и изготовление отдельно нейтронного зонда с воз-1Жностью широкого изменения ее параметров (особенно материалов и 1лщины копусов) требуют больших финансовых затрат и времен».

Используемые в нашей отрасли физические модели горных пород.

"Я"

пересеченные скважиной, предназначена для -исследования параметра нейтронных, зондов малогабаритной аппаратуры на кабеле. На разработку и изготовление физических моделей горных порок разной объемной пористости, позволяющих проведение работ с зондом автономной аппаратуры, необходимы большие затраты.

Поэтому было принято решение провести оптимизационные расчеты нейтронного зонда автономного прибора , а затем рассчитать палетки, 'позволяющие провести количественную интерпретацию нейтронного каротажа горизонтальных скважин.

Во второй главе рассмотрены вопросы прецизионных расчето! нейтронных параметров, обоснован формат 36-групповой библиотек! нейтронных констант, описан процесс адаптации алгоритмического аппарата методов Нанте-Карла ддя решения задач нейтронного каротаж« 'горизонтальных скважин.

Для расчета ядерно-петрофизическихпараметров (ЯПП) используются три основных подхода: приближенный расчет по аналитически) формулам, многогрупповой подход с использованием библиотек стандартных констант, прецезионный расчет на основе методов Монте-Карло,' в котором точно учитывается анизотропия упругого рассеяния неупругое рассеяние на несколько уровней и в континиум и т.п.-

1 Для проведения массовых расчетов ЯПП с использованием многогруппового метода Лухминским Б.Е. и Мельчуком Б.Ю. разработан; программа ИЕИРА, которую автор адаптировал для библиотек ядерны: констант разных форматов и использовал для сопоставительных расчетов (НЕ1*РА-92). Вопросы вычисления нейтронных параметров в многог-руповом приближении изучались Крефтом А. ■ и Чубеком Я.А. (Польша* последний разработал программу 51.01Ш2.

Алгоритмы третьего типа (Монте-Карло) используются для тестирования новых программ, сопоставительных анализов и оценки качества малогрупповых библиотек. Представляется целесообразным в Между

-з-

зродном сопоставительно« анализе программ Монте-Карло, предлоаен-ом журналом Nuclear Geophysics, тестировать такие и указанные рограммы расчета ЯПП однородных сред.

Используя идеи и часть алгоритмов программ на основе методов энте-Карло M0KALS (Лухминский Б.Е.) и GUSLI (!уравлев Б. и Енике-ва Ф.Х.) автор, под руководством Лухминского Б.Е., написал прог-эмму M0KALS-92.

Рассмотрим три примера применения программы M0KALS-92 на :нове прецизионных расчетов нейтронных параметров. : а) тестиро-ания спектра РоВе нейтронного источника; б) тестирования программ ачисления ЯПП с помощью многогруппового приближения; в) оценка, зчества малогрупповых библиотек.

а) Известно, что значения возраста индиевых нейтронов в воде пя РоВе источника нейтронов, полученных разными эксперементатора-А находятся в пределах 55-5? см? Расчетные значения возраста с пользованием библиотеки NLG-35 и спектра источника нейтронов со эедней энергией 4.34 (Кожевников Д.А.) равны 50 см*

Нейтронные сечения известны с высокой точностью. А вот средня энергия спектра РоВе источника у разных исследователей имеет учения 4;3 МэВ. 4.34 МэВ. 4.84 МэВ. 5.0 МэВ (Бекурц К., Виртц ., Крефт п., Чубек Я.А., Бак М.А., Кожевников Д.А.). Видимо, сле-;ет согласиться с мнением Бака М.А.: "...по-видимому, форма энер-гтического спектра в какой-то мере зависит от способа приготовле-1Я источника и его конфигурации".

Лухминским Б.Е. была выявлена следующая закономерность. За-(симость возраста от средней энергии, являясь нелинейной в диапо-)не энергий 1-14 мэВ, в диапозоне 1-7 мэВ апроксимируется линей-1м соотношением Ts=a*E+b, где E-средние энергии спектров источни-)в. Коэффициенты а,Ь зависят от состава породы, коэффициента по-!стости (влажности) и других факторов.

-ю-

Используя зависимость возраста индиевых нейтронов в воде от средней энергии источников нейтронов, определяем, что значенш возраста 57.0 см5соответствует средняя энергия 4,9 МэВ. Расчет! возраста с средней энергией источника нейтронов 4,89 МэВ дали результат 55.91 см2.

•; Поэтому использование значения возраста нейтронов с РоВе источником для сопоставления результатов эксперимента и расчета авторо» не рекомендуется.

б) Тестирование других программ. Для вычисления нейтронных параметров замедления разработаны множество программ. Для сопоставления результатов вычислений выберем три программы: использующий метод Монте-Карло МОКЙЬБ-ЗЙ. . использующие многогрупповой подхо? гьонизг и НЕКРА-Эг. Программы МОКЙЬБ—92 и НЕ1*РА-92 используют библиотеку N1.6-35. Программа 5ЮШ2 использует библиотеку БНАБ. Есл1 при вычислении длины замедления за основу брать результаты М0КЙЬ5, то относительная разница между ним и программами ИЕ1*РА-92 V 5ЮНИ32 достигает 5-102, возрастая с ростом энергии, т.е. имение когда растут доля неупругих взаимодействий и анизотропия упругой рассеяния нейтронов в породе.

Известно, что время замедления сильно зависит от конечной энергии замедления. И если результаты расчетов разными программами совпадают (в пределах 10-20Х для конечной энергии до 1.5 эВ,- тс при дальнейшем уменьшении конечной энергии замедления результат! расчетов в гематите начинают резко различаться. Это можно объяснить тем, что в программах НЕ1?РА-92 и 5ЮНН32 модели расчетов 1£ сильно упрощенные.

: в) Ранее выполненные исследования, касающиеся форматов многогрупповых библиотек показали, • что формат группы (количество ^ расположение энергетических групп) существенным образом влияет Не точность расчетов ядерно-петрофизических параметров.

-н-

¡Выпуск библиотеки групповых констант Б-2 (Лухминский Б.Е., ельчук Б.В., Блюменцев A.M. и др .) которая опиралась на *еждуна-одный файл ядерных данных ILL, позволил- стандартизировать значи-ельнуи часть расчетов, в частности,- расчеты, выполняемые-методами онте-Карло. Был обоснован формат библиотеки, приспособленный для адач ядерной геофизики и существенно отличавшийся от форматов иблиотек ядерной физики, приспособленных для задач физики рвакто-ов и защиты СБНАБ).

:3атем были созданы новые файлы стандартных сечений ENDF/B-IU, B-U, на основе которых разработана ядерно-геофизическая библиоте-а NLG-35 (Стариков В.Н., Блименцев A.M., Мельчук Б.Ю.). В этой, иблиотеке число групп было доведено до 35. Необходимость именно акого числа групп изучено не было, исходили из того чтет24-х рупповая библиотека не обеспечивала необходимой точности-внчисле-ий.

Для выяснения необходимого числа групп автором были проведе-а сопоставительные расчеты нейтронных параметров с. помощью прог-эммы M0KALS-92 с использованием библиотек равных форматов. Были компилированы библиотеки форматов: 13, 24, 35, 43, 46 групповые.

Анализ зависимостей длины (Ls) и времени (ts) замедления зйтронов в S102 от пороговой энергии, показывает, что на значение з больше всего влияет энергетический интервал 1-14 МэВ, а на зна-эние ts - 0.1 - 1000 эВ. В соответствии с этим интересно просле-1ть влияние числа групп в разных энергетических интервалах на вычленил Ls и ts.

В результате расчетов выяснилось, что на величину Is не вли-эт число групп в энергетическом интервале 0.1 - 1000 эВ, а на Бенину ts - в интервале 1-14 М'эВ. В соответствии с этим построены 1Висимости Ls от N1 -числа групп в интервале 1-14 МэВ и ts от i-числа групп в интервале 0.1 - 1000 эВ. Из них следует, что для

_ -11-

достижения относительных изменений значений Ьг и- менее 1 достаточны N1=14 и N3=7. Формат библиотеки N16-35 соответствие этим параметрам. Но, при необходимости вести расчеты с замедление нейтронов до.энергий менее 0.6 эВ, значения сильно искажаются.

Поскольку многие исследователи изучают процесс замедлени нейтронов до энергий 0.215 эВ СКрефт А., Чубек Я.А.), то форма библиотеки N1^-35 необходимо изменить. Расчеты показали , что эт библиотеку достаточно расширить одной группой 0.2-0.6 эВ.

Задачи ядерной геофизики теоретически решаются посредство аналитических, приближенных и численных методов.

Широкое развитие получили численные методы: методы Монте-Кар ло. (Гулин 10.А., Дядькин И.Г., Стариков В.Н., Еникеева Ф.Х., ВураЕ лев Б.К., Велижанин В.А., Хаматдинов Р.Т.) и конечно-- разностнь (Поляченко А.Л.).

К настоящему времени с их помощью решены большое число заде ядерного каротажа, изучены основные закономерности, оптимизироваь зонды НИ и ГГК и созданы палеточные обеспечения существующей аппг ратуры ядерного каротажа.

Для решения задач нейтронного каротажа методом Монте-Кар; разработаны несколько эффективных программ, одной из которых йвл5 ется программа НГМ-7? Вуравлева Б.К. и Еникеевой Ф.Х. В этой прог ранме использованы эффективные алгоритмы ускорения расчет обеспечившие получение за приемлемое время на ЭВМ БЭСМ-6 результе товс достаточной погрешностью ( 2X по значению пористости пород: Из методов, снижающих дисперсию результата моделировани$ использованы аппарат статистических весов и оценок, фиктивнс размножение- расщепление траекторий, метод" русской рулетки' средства корреляции с помощью управляемых датчиков случайнь чисел.

' Эта программа была адаптирована для математического моделирс

вания нейтронного каротажа автономной аппаратурой горизонтальных скваяин . Адаптация была проведена: а) заменой библиотеки ядерных констант Б-2 на N16-35, дополненной автором ( в библиотеке N12-35 отсутствуют данные угловых распределений рассеянных нейтронов в виде таблиц интегральных вероятностей для косинуса угла рассеяния в лабораторной системе): б) написан геометрический блока "пробега", который позволил решать новые задачи нейтронного каротажа горизонтальных скважин, а именно: учета геометрических особенностей зонда автономного прибора; влияние плоскопараллельных границ пластов на показания нейтронных зондов. Программа получила название НК-Г0РИ30НТ.

В третьей главе рассмотрены вопросы выбора корпусов нейтронного зонда, изучены возможности различных модификаций нейтронного каротажа, рассчитаны поправочные зависимости на изменение геологсг-тех-нических условий проведения нейтронного каротажа, затронуты вопросы влияния на показания нейтронных методов соседних' пластов г горизонтальных скважинах.

После изучения геолого-технических условий бурения и исследования горизонтальных скважин был сделан вывод о необходимости сквозной промывки скважины буровым раствором.

Наиболее простой для технической реализации конструкция' сква-жинного прибора, обеспечивающая сквозную промывку, явля-етчся система "труба в трубе": внутри внешнего негерметичного корпуса закреплен герметичный корпус с детекторами излучений, электронными схемами и. др.

Выбор типа источника нейтронов определяется использованием геофизическими предприятиями РиВе источников нейтронов: Экраны, защищающие детекттр от прямого фона источника также отработан и состоит из свинца и стали при зонде НГК и из полиэтилена или парафина для ННИ (Гулин В.А.)

Нефтегазовые скважины (в ток числе-горизонтальные) бурятся диаметром 216 мм, зазор между прибором и стенкой скважины долже] быть не менее 15 мм,- канал для -промывки -10 мм (для прохождени; обломков породы), корпуса должены быть прочными на изгиб. (н< участках искривления ствола скважины), иметь достаточную баростой-кость. Эти жесткие условия не позволяют варьировать вышеперечисленными параметрами.

При изготовлении аппаратуры в качестве материала для корпус« приборов обычно используются сталь и алюминий, .очень редко - титан. Поэтому в работе исследовались стальной и алюминиевый корпуса.

Наибольшая дифференциация показаний зонда при изменении пористости достигается при использовании стальных корпусов. Этот результат можно объяснить следующим образом. За счет неупругиз рассеяний быстрых нейтронов на-ядрах железа происходит уменьшение их энергий, что равнозначно смещению энергетического спектра нейтронного источника в область меньжих энергий. Как известно замене источника нейтронов с большей средней энергией на меньшую (например, РоВе на СГ-252) приводит к увеличению дифференциации показаний нейтронных методов.

. Таким образом,выбрав в качестве материала внутреннего охранного и внешнего негерметичного корпусов сталь, получим наибольшук дифференциацию показаний нейтронных зондов, а тйкже, что очень важно, прочный на изгиб и давление зонд.

Изучение возможностей различных модификаций НК оценивались через следующие парциальные погрешности: а) при изменении диаметра скважины на 1 см; б) при отклонении прибора от стенки скважины на 1 см. Эти параметры определялись для диапазонов изменения Кп : 7-142 - наивероятнейшие значения Кп в карбонатных коллекторах и 20 - 302 -часто встречающиеся значения Кп в песчаниках.

С цельш получения опорных точек для математического моделиро-ания и тестирования расчетов били проведены экспериментальные ра-оты. Для этого была изготовлена модель зонда НК автономной аппа-атуры и.проведены замеры в моделях пористых пластов, которыми лужили ГСО-НК г.Октябрьского (Ханипов 3.31. Результаты теорети-еских расчетов и экспериментальных рабът дали хороиее совпадение, то-дает уверенность в корректности математических моделей и полу-еных результатов.

1 Изучены зависимости показаний ННК-Н, ННК-Т и НГК автономного рибора от пористости известняков. Дифференциация показаний НК-Т-50 примерно в 2 раза ниже, чем для метода ННК-Т - 50 стан-артной аппаратуры ДРСТ-3-90. Для метода ННК-Н-40 дифференциапия оказаний также в 2 раза ниже, чем у ННК-Н-45 аппаратурой РК-140 Гулин), Дифференциация метода НГК для автономного щигёора и. аптта-этуры ДРСТ-3 практически совпадавт.

Изучены основные зависимости показаний двухзондовых установок зйтронного каротажа. Длины зондов у обоих методов следящие: ма-ай зонд. 20^30 см, больной зонд 40-50 см, база равна 20 см.

■■ Чувствительность методов 2ННК-Н и 2ННК-Т ненамного-хуяе, чем у шаратуры СРК и РКС-2.

! Нменьшение длины обоих зондов на 5-6 см (по рекомендации- Поля-гнко Й.Л.; реализовано в СРК) должно привести к выпрямлении за-{симостей и к некоторому увеличении чувствительности и также за-■тному уменьшению статистической погрешности. • Анализ результатов расчетов показывает, -что изменение диаметра шажины на 1 см приводит в 2-3 раза большему изменении Кп в одно-¡ндовых методах автономной аппаратуры, чем стандартной. И дости-1вт Кп=1-2/£ дл ННК-Н и ННК-Т и Кп=1Л-1.3 для НГК. То есть, ■ 1Лько за счет неконтролируемых изменений диаметра скважины на 1 (погрешность оценки Кп достигает 1.5-2% при Кп=25%. Намного луч-

• -16'

те результаты для двцхзондовых методов, где этот параметр равен 0.5-0.9%. Хотя и этот результат уступает данным стандартной аппаратуры. Эти факты можно объяснить следующим образом: а) для стандартной аппаратуры НИ эти результаты ухудшаются при уменьшении диаметра скважины, т.е. при сближении значений диаметров прибора и скважины; б) при соизмеримости диаметров прибора и скважины увеличение последнего приводит к более резкому изменению показаний НК, поскольку резко увеличивается относительное объемное содержание водосодержания вокруг прибора.

Аналогично можно объяснить и следующий результат. Влияние отклонения прибора от стенки скважины на 1 см для автономной аппаратуры примерно в 2 раза ниже, чем стандартной. В случае автономно? аппаратуры разность диаметров скважины и прибора составляет 216-180=36 мм. И при отклонении прибора от стенки скважины зазо[ между прибором и стенкой скважины с этой стороны увеличивается ш 1 см, но ведь с другой стороны уменьшается с 3.6 см до 2.6 см,'чт( приводит к некоторой компенсации изменения показаний. Необходим! отметить, что и здесь показания двухзондовых модификаций ыеньш подвержены влиянию отклонения от условий измерения.

Исторически сложилось так, что в процессе разработки комплексной автономной аппаратуры основные усилия были затрачены н, разработку и изготовление зонда НГК, а- также его палеточно обеспечение. Проблемы возникли с метрологическим обеспечением. ^ В России разработаны и аттестованы в качестве государственны стандартные образцы объемного влагосодержания карбонатных поро (комплект ГСО-НК) (Гулин Ю.А., Блюменцев A.M., Лобанков В.М., Ци рюльников В.П., Ханипов 3.3.).

К сожалению, ГСО-НК предназначены для метрологического обеспе чения малогабаритной аппаратуры. Автономная же аппаратура имее большой вес и габариты (вес 450 кг и длина 8 м). Поэтому, в насто

- т-

5ее время-, применяется-градуировка зонда НК автономной аппаратуры гтодом двух опорных пластов (впервые предложена и внедрено Гулким Ю.й.).

При наличии двух пластов с известными и различными' параметрами Ы используется двойной разностной параметр Д3=(3-31 )/(32-31 ), 1е 31,32- показания против двух пластов с различной пористостью т1 и Кп2 соответственно. Показания, выраженные в виде параметра I; .практически не зависят от колебаний дифференцирующей способ-эсти приборов одного типа.

Также изучены показания НГК автономного прибора в породах раз-)го минерального состава, получены поправочные 'зависимости на лияние минерального состава.

■ В горизонтальных скважинах ствол скважины моявт-идти по центру ласта, вблизи границы пластов, а также пересекать границу и пере-здить в соседний пласт. При исследовании таких скважин возникают )вые условия каротажа, а именно: ось прибора параллельна границам тастов и монет переходить из.пласта в пласт под разными углами. В гих случаях возникают новые задачи при интерпретации данных раз-IX методов исследований. В основном это проблемы учета влиянии зседних пластов на показания методов исследований. Г опубликован-IX работах основное внимание уделяется электрическим методам, ви-1мо потому, что они обладают наибольшей глубинностью ■ и-сследова-!Й.

' В данной работе изучены показания НИ при переходе зонда с од->го пласта в другой разного минерального сос.ава или пористости.

Показания всех методов. 'НК начинают меняться на расстоянии 1-30 см от границы.пластов. Но вот характер показаний при перехо-! в разных вар;.знтах разный. Изучены теоретические кривые НГК при (р'еходе из глины в известняк и наоборот.

Наблюдается асимметрия кривых нейтронных методов при переходах

через границы с резко' отличающимися нейтронными ..параметрами пластов.

В некоторых случаях, когда траектория ствола скважинн пересекает границу пластов дващды, по данным инклинометрии возможно оп~ ределение расстояния от любой точки местонахоадения прибора в скважине до границы этих пластов.

Переход через границу пластов при разных углах оси прибора и ствола скважины по результатам каротава скв.3056 Бавлинская показала, что чем меньше угол, тем больше влияние соседнего пласта. Этот факт объясняется следующим образом. При вертикальном пересечении влияние границы определяется длиной зонда НГК равной 60 см, а при горизонтальном - глубинностью исследований ( примерно 35 и 25 см для пористого известняка с Кп=102 и глин соответственно - по данным Ларионова В.В.).- Известно, что глубинность исследования нейтронного каротажа определяется радиусом цилиндрического объема пароды, соосного со скважиной. В рассматриваемом случае необходимо отметить, что влияние соседнего пласта определяется той частью цилиндра, которая отсекается поверхностью раздела пластов. Полученные зависимсти можно использовать для введения поправок на показания НГК при известном расстоянии 11 до границы пласта. К сожалению, отсутствие действующей методики определения расстояния до границ пласта не позволяет вносить поправки на показания НГК: И только в редких случаях, когда ствол скважины пересекает границу пласта возможно введение поправки. ;

• • В четвертой главе приведены краткое описание и принцип работы автономной аппаратуры АМН "ГОРИЗОНТ", результаты сравнительного каротажа с кабельной аппаратурой, примеры исследования горизонтальных сквавин и обсуждены проблемы при оценке коэффициента пористости пород в горизонтальных скважинах.

Аппаратура АМН "ГОРИЗОНТ" состоит из скважинного прибора.

пускаемого на бурильных трубах, наземного пульта управления, уст-ойств для измерения перемещений скважинного прибора в процессе аротажа ( глубиномер и датчик натяжения талевого каната) и компъ-тера IBM PC/AT для первичной обработки и последующей интерпрета-ии данных измерений.

Нормальное функционирование скважинного прибора осуществляла под управлением процессора, выполненного на базе однок-истальной микро-ЭВМ К1810ВЕ35. Измерение и опрос всех параметров роизводится периодически через 2 сек; Информация записывается в одуль проволокопротяжного механизма, где в течение 2-2,5 часов егистрируется на магнитную проволоку проволокопротяжного механиз-а; Питание электронных схем осуществляется от батареи химических

сточников тока (элементы 373, НКГЦ-3 и др.).

\

Автономный скважинный прибор наворачивается на буровой нструмент и с его помощью доставляется на горизонтальный участок сследуемой скважины. По истечении заданного времени включается змерительная схема скважинного прибора.

С помощью электронных хронометров синхронно са скважинкам рибором включается схема измерения- и регистрации глубишг в наземом пульте. Информация о перемещении прибора в сйва-ине, получае-зя с глубиномера и датчика натяжения талевого каната буровой ле-эдки, регистрируется в запоминающем устройстве пульта, " а затем зодится в ЭВМ.'

После окончания исследования скважинный прибор доставляется з поверхность, 'стыкуется с наземным пультом, после чего с блока занения информации данные .измерений ч скважине через культ зво-1тся в ЭВМ, обрабатываются, выводятся для контроля на дисплей и эчатающим- устройством на бумагу в виде каротажной диаграммы.

Для получения качественных- материалов измерения в скважине ¡обходимо проводить на 2-3 скорости аварийного привода буровой

. ' -20-

лебедки С180-360 м/ч). В редких случаях отказа аварийного привод приходится переходить на основной привод, который позволяет оса цествлять подъем инструмента со скоростью 800 м/ч - 1400 м/ч;

В этом случае информация уплотненяется в два раза с использо ванием интерполяции с помощью полиномов Лежандра, при этом полу ченная форма кривой, немного ближе к форме кривой на малой ско рости. •

• В скв. 1416 Михайловская (Башкортостан) проведены три каротаж автономным прибором АПК "ГОРИЗОНТ". Каротаж выполнен одним и те же. зондом, одним и тем же набором модулей электроники и одним тем же источником нейтронов. А так же в одних и тех же скважинны условиях (диаметр скважины, промывочная жидкость). Каротажи выпол нялись разными отрядами. Все три кривые нейтронного каротаж практически совпадают... Только в нескольких местах пиковые значени одного из кривых отличаются от двух других.

Этот результат очень важен, поскольку подтверждает перспектив ные возможности метрологического обеспечения сложного зондового устройства нейтронного каротажа автономного прибора-.

С целью . изучения возможностей АМК "Горизонт" для оценки коэф фициента пористости был проведен сопоставительный каротаж эксплуатационной вертикально-наклонной ( угол не более 30 град, скважине 12573 Красногорской площади (Татарстан). Скважина пересе кает известняки тульского,, глины и песчаники угленосного горизон тов и известняки турнейского яруса. ;

Данные каротажа автономной аппаратурой обработаны по методи не двух опорных пластов. В результаты вычислений Кп в песчаника внесены поправки за литологию по данным расчетов. Результаты оцен ки Кп по двум каротажам удовлетворительно совпадают, расхождени составляют 1-2 7. значения пористости.

Приведены .результаты исследований скв.35811 Куакбашской залеж

машкинского месторождения (Татарстан). Ствол скважины проведен в ридоре глубины б м и длиной 300 ы в башкирском ярусе.

Результаты оценки Кп показали, что пласт неоднороден как в убину. так и по простиранию. На глубине 1280 м (по стволу) сква-на пересекла тонкую (буквально несколько сантиметров) глинистую нзу.

Сотрудниками ВНИИГИС Кнеллером Л.Е., Гайфуллиным 9.С., Манна-вой Д.Г. при участии автора опробована технология обработки и терпретации данных исследований горизонтальных скважин аппарату-й АМН "ГОРИЗОНТ" на базе программы 0РТС0М в системе ГИНТЕЛ.

Рассмотрены примеры оценки коэффициента пористости коллекторов горизонтальных скважинах на разных месторождениях Татарстана, блюдается хорошее совпадение (в пределах 1-27. по Кп) вычисленных' еднестатистических значений в горизонтальных и соседних верти-лъных скважинах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы и результаты, полученные в диссертационной pare следующие.

1. Для расчета прямых задач нейтронного каротажа в геометрии гономной аппаратуры автором был выбран метод Монте-Карла. Извес-лй и хорошо отработанный набор алгоритмов 'этого метода, создан-i во 8НИИГИК, был расширен и адаптирован автором для решения за-4 нейтронного каротажа в горизонтальных сквазинах С 11 геометри-1 :ких зон и горизонтальная граница пластов). Для реализации мето-Монте-Карло автором была создана 36 групповая библиотека', нейт--шых констант. В качестве вспомогательного расчетного средства гором были написаны IBM совместимые версии програм NERPA и (ALS, которые . позволяют рассчитывать нейтронные параметры на

' -п-

современном уровне точности. Указанная библиотека позволяет пев! сить точность расчетов нейтронных полей методом Монте-Карло.

2., На основе оптимизационных расчетов нейтронных зондов авт! номного прибора найдено следующее:

1) наилучжую чувствительность к пористости обеспечива! стальной корпус прибора:

2) неконтролируемые изменения диаметра влияют на показан! автономного прибора в 2 раза сильнее чем стандартного (ДРСТ.СРК а неконтролируемое отклонение прибора от стенки скважины влияют 1 показания автономного прибора примерно в 2 раза меньше, чем ста) дартного; ■

3) расчитаны литологические палетки для метода НГК:

4) расчитаны переходные кривые на границе двух пластов, кот! рые могут быть использованы для количественной интерпретации. В) явлены случаи несимметричной формы кривых, усложняющие правила о бивки границы пластов.

3. Во ВНИИГИСе созданы несколько комплектов зонда АМН "ГОР] ЗОНТ", в которых реализованы результаты выполненных работ. С эГ1

аппаратурой проведены каротажи более чем в 25 скважинах.

/

Сопоставление измерений, выполненных многократно одним приб! ром, с измерениями стандартными приборами показали, что автономн! ми приборами можно оценить коэффициент пористости с .приемлемой д. практики точностью

Намечены дальнейшие направления работ. ,

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ра1

тах:

1. Расчетное сопровождение процесса проектирования аппарату] ГГК рудноугольных скважин. Тезисы докладов 'Методы Монте-Карло вычислительной математике и математической физике. 4,2, с. 13! Новосибирск. 19-21 февраля 1991г. (совместно с Каменщиковым Й.Ф

:минским Б.Е., Даниленко 8.Н.)

2. Оптимизация приборов нейтронного каротажа для работы в ¡рхглубоких скважинах. Международная научная конференция 'Геофи-:а и современный мир', 9-13 августа 1993г., Москва,1993, стр.

. (совместно с Леготиннм Л,Г., Лухминским Б.Е.)

3. Алгоритмы расчета ядерно-петрофизических параметров. Меаду-юдная научная конференция 'Геофизика и современный мир', 9-13 •уста 1993г., Москва, 1993, стр. 371 (совместно с Мельчуком 1., Лухминским Б.Е.)>