Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Применение трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геологических и технических задач при разработке газовых и газоконденсатных месторождений

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Применение трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геологических и технических задач при разработке газовых и газоконденсатных месторождений"

На правах рукописи

ТАЛАНКИН Антон Константинович

ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ГЕОАКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЯНАО)

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 8 НОЯ 2013

005541340

ЕКАТЕРИНБУРГ 2013

005541340

Работа выполнена на кафедре геофизики ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» и в лаборатории промысловой геофизики Института геофизики им. Ю. П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель - доктор геолого- минералогических наук,

профессор Сковородников Игорь Григорьевич

Официальные оппоненты: Писецкий Владимир Борисович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой геоинформатики ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Стародубцев Алексей Алексеевич, кандидат геолого-минералогических наук, Департамент Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор по Уральскому федеральному округу), начальник отдела надзора на море

Ведущая организация - Общество с ограниченной ответственностью

«ТюменНИИгипрогаз»

оллм^Л 2013 г. в /У часов на заседании дис-Д 212.280.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государ-

Защита состоится « /2-» сертационного совета ственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. Корпус, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан « » 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук профессор

'А.Б. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Характерной особенностью развития отечественной энергетики является неуклонное повышение использования углеводородного сырья газоконденсатных залежей месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Газовая промышленность имеет большие потенциальные возможности дальнейшего роста, что обусловлено особенностями экономики нашей страны. По ресурсам и добыче указанного сырья Россия занимает лидирующее место в мире. У нас накоплен уникальный опыт разработки газо-конденсатных месторождений в сложных геологических и климатических условиях Ямала.

Объектом исследований являются скважины, вскрывшие различные по генезису, петрофизическим и физико-химическим свойствам залежи углеводородов месторождений Надым-Пур-Тазовского региона: Уренгойского НГКМ, Ямбургского НГКМ, Заполярного НГКМ, Медвежьего НГКМ, ЮжноРусского ГКМ, Юбилейного ГКМ, Ямсовейского ГКМ и др.

В настоящее время промыслово-геофизические исследования скважин являются важнейшим, зачастую единственным источником информации о характере поведения залежи углеводородов, технологических режимах работы скважин, петрофизических и иных свойствах как пласта в частности, так и системы «пласт - скважина - газовый промысел» в целом. В первом случае -речь идет об исследовании геологических особенностей углеводородной системы на различных стадиях эксплуатации объекта, во втором - об исследовании технологии процесса добычи углеводородного сырья.

Вступление эксплуатационных объектов известных месторождений в позднюю стадию разработки (прим.: сеноманские залежи Уренгойского, Ямбургского, Медвежьего НГКМ; неокомские эксплуатационные объекты Уренгойского НГКМ и др.), когда уровень нефтегазодобычи снижается, обуславливает необходимость переоценки промышленно-извлекаемых запасов, и пересмотра технологии и техники разработки месторождений, что требует, в свою очередь, более совершенных промыслово-геофизических и газогидродинамических исследований углеводородных объектов. Только комплексное использование существующих ныне и разрабатываемых новых методов промыслово - геофизического и геологического контроля способно обеспечить геологов и разработчиков необходимой информацией о свойствах пластовых углеводородных систем. На основании вышеизложенного, актуальность исследований определяется необходимостью вовлечения инновационных подходов и методов, в частности - трехкомпонентного геоакустического каротажа, в комплекс промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой на газовых и газоконденсатных месторождениях.

Цель работы - обоснование применения трехкомпонентного геоакустического каротажа с целью повышения геолого-технологической информативности комплекса промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой на газовых и газоконденсатных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа.

Задачи исследований

1. Оценка возможности разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью существующей аппаратуры трехкомпо-нентного геоакустического каротажа. Выделение и изучение заколонных, межпластовых, и внутрипластовых перетоков различного состава и происхождения.

2. Проверка границ частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Рассмотрение возможности определения текущей насыщенности коллекторов данным методом. Предложение способа определения газожидкостного контакта в пластах-коллекторах, а также газожидкостного раздела - в скважинах.

3. Разработка технологии выделения границ фазовых переходов флюидов в стволе эксплуатационных скважин на газоконденсатные залежи. Оценка зависимости сейсмоакустической эмиссии от газоконденсатной характеристики смеси углеводородов.

Фактический материал, методы исследования и аппаратура

Теоретической основой решения поставленных задач являются методики, разработанные лабораторией промысловой геофизики и лабораторией скважинной геофизики Института геофизики Уральского Отделения Российской Академии Наук в направлении исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа на месторождениях Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, а также промысловые данные, полученные на указанном объекте исследований и проанализированные автором совместно с с.н.с. лаборатории промысловой геофизики к.т.н. Трояновым А. К.

Лабораторные данные по исследованию сейсмоакустической эмиссии на образцах горных пород, насыщенных флюидами, при различных градиентах давлений выполнены в лаборатории промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН.

Аппаратурный и программный комплекс трехкомпонентного геоакустического каротажа (ВЫ-4008), разработанный лабораторией скважинной геофизики под руководством заведующего лабораторией, д.т.н. Астраханцева Ю. Г., применен автором данной работы при решении поставленных задач на газовых и газоконденсатных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа.

Практические исследования газовых и газоконденсатных скважин были выполнены автором в составе промыслово-геофизической экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика» под руководством начальника экспедиции Сметанина А. А., где автор работал в должности начальника промыслово-геофизической партии.

Интерпретация и анализ результатов исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа выполнены автором совместно с сотрудниками лаборатории промысловой геофизики Института геофизики Уральского Отделения РАН с.н.с., к.т.н. Троянова А. К.

Защищаемые научные положения

1. Доказана эффективность трехкомпонентного геоакустического каротажа при разделении вертикальных и латеральных движений флюидов, что позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые и внутрипласто-вые перетоки различного состава и происхождения на газовых и газокон-денсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона.

2. Установлены границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии, возникающей при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа, позволяющие определять их текущую насыщенность, что также дает возможность определить положение и мощность газожидкостного контакта в пластах-коллекторах, а также раздела - в скважинах.

3. Разработана технология выделения границ фазовых превращений (переходов) флюидов в стволах эксплуатационных скважин, основанная на результатах трехкомпонентного геоакустического каротажа по зависимости сигнала регистрируемой сейсмоакустической эмиссии от газоконденсат-ной характеристики исследуемого объекта.

Новизна работы и личный вклад автора

1. На основании выполненных автором промыслово-геофизических исследований скважин оценена возможность разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа. Данная возможность позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые, и внутрипластовые перетоки различного состава и происхождения.

2. Обоснована необходимость обнаружения и изучения отмеченных перетоков флюидов, так как они представляют серьезные проблемы для технологии процесса добычи углеводородного сырья: как следствие, могут возникать избыточные давления и флюидопроявления на межколонных пространствах скважин, грифонообразования на устье скважин, негерметичности обсадных колонн, компоновок подземного оборудования скважин (лифтовых труб, пакеров различных конструкций, клапанов- отсекателей), требующие проведения оперативных технологических мероприятий по их ликвидации.

3. Верифицированы границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мега-бассейна. Установленные границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии позволяют определить текущую насыщенность коллекторов, что является важнейшей промыслово-геологической задачей, в том числе необходимой для подсчета и оценки балансовых запасов; не всегда классические методы промыслово-геофизических исследований, например, такие, как стационарные нейтронные методы, позволяют корректно определить текущее насыщение объекта исследований, вследствие низкой минерализации пластовых вод. В связи с этим, привлечение иных методов

геофизических исследований скважин, позволяющих определить текущее насыщение объекта является обоснованным.

4. На основании выявленной амплитудно-частотной дифференциации сигнала сейсмоакустической эмиссии разработан способ выделения положения и мощности газожидкостных контактов в пластах-коллекторах, а также разделов - в скважинах на месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа, что аналогично п.З, также является важнейшей промыслово-геологической задачей.

5. Разработана технология выделения границ фазовых превращений флюида в стволе эксплуатационных скважин методом трехкомпонентного геоакустического каротажа и изучена зависимость сейсмоакустической эмиссии газоконденсатной смеси от ее газоконденсатной характеристики. Обычно указанная промысловая задача решается расчетным путем, по имеющимся лабораторным исследованиям флюида (хроматография, PVT - исследования), с определением критических параметров, либо расчетом псевдокритических параметров и корреляцией этих значений с зарегистрированными профилями давлений и температур. Примененный метод трехкомпонентного геоакустического каротажа позволяет практически зафиксировать область фазового перехода, что является уточнением расчетных промысловых данных (либо опровержением, ввиду обстоятельств анизотропии профилей давлений/температур в эксплуатационных скважинах).

Практическая значимость

Предложенная технология применения метода трехкомпонентного геоакустического каротажа на новых для него объектах исследования (газовые и газоконденсатные месторождения) значительно расширяет границы и возможности данного метода. Выявленные и обоснованные в работе возможности метода вносят значительный вклад в развитие комплекса промыс-лово-геофизических исследований, повышая их информативность на газовых и газоконденсатных объектах.

Полученные результаты и выявленные закономерности обоснованы особенностями физики процесса сейсмоакустической эмиссии горных пород и пластовых флюидов; полученные корреляции и закономерности подтверждаются стандартными методами промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой газовых и газоконденсатных месторождений, а также гидродинамическими исследованиями и исследованиями газоконденсатных характеристик объектов.

На основании комплексного подхода к промыслово-геофизическим исследованиям и их анализу разработчики и геологи-промысловики получают достаточный набор информации, необходимой для подбора и проведения геолого-технологических мероприятий на газовых и газоконденсатных месторождениях с целью более эффективной их эксплуатации.

Оценена также и экономическая эффективность предложенной технологии. При значительно меньшей стоимости, например, по сравнению с методами радиоактивного каротажа, трехкомпонентный reo акустический каротаж обладает рядом преимуществ:

• отсутствие необходимости использования источников ионизирующих излучений;

• большая скорость проведения измерений;

• отсутствие влияния минерализации пластовых вод.

Полученные в работе практические результаты открывают новые перспективы для широкого применения рассматриваемого метода с целью исследования газовых и газоконденсатных скважин Надым-Пур-Тазовского региона при контроле за разработкой месторождений.

Апробация работы и публикации

Основные результаты исследований докладывались автором на 6 семинарах, симпозиумах и конференциях: «Тюмень - 2009: Нефть и газ - Западная Сибирь» EAGE (Тюмень, 2009); «Десятая уральская молодежная школа по геофизике» (Пермь, 2009); «Пятые научные чтения Ю.П. Булашевича» (Екатеринбург, 2009); 11th international Congress of the Brazilian Geophysical Society (Salvador, Brazil, 2009); «Международная конференция - Уральская горнопромышленная декада» (Екатеринбург, 2010 и 2011); «VI научно -практическая конференция молодых ученых и специалистов ОАО «Газпром» (Надым, 2011); Всероссийская конференция «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2012).

Научные результаты диссертации изложены в 10 публикациях, из них 2 в ведущих рецензируемых журналах и изданиях по перечню ВАК РФ.

Научные результаты получены в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», лаборатории промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН, экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика». Основой для написания работы послужили материалы, полученные лично автором или при его непосредственном участии в процессе исследований по направлениям, рассматриваемым в данной диссертации.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 214 наименований. Полный объем диссертации составляет 162 страницы, включая 38 рисунков, 8 таблиц.

Во введении показана актуальность исследований, сформулированы цели и задачи, определены новизна и личный вклад, научная и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены общие сведения о сейсмоакустической эмиссии, механизмы и источники ее возникновения в горных породах и пластовых флюидах, принципы регистрации, физические основы и аппаратурные особенности метода трехкомпонентного геоакустического каротажа.

Во второй главе представлена методика выполненных скважинных исследований по рассматриваемой технологии в комплексе промыслово-геофизического контроля за разработкой месторождений углеводородов.

Третья глава посвящена особенностям геологического строения объектов исследований, применяемым методам геофизических исследований скважин, а также петрофизическим свойствам коллекторов и физико-химическим свойствам насыщающих их флюидов.

В четвертой главе рассмотрены основные возможности решения геологических задач с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа в условиях газовых и газоконденсатных месторождений Ямало-Ненецкого Автономного Округа.

В пятой главе представлены возможности решения технологических задач рассматриваемым методом трехкомпонентного геоакустического каротажа при промыслово-геофизическом контроле за разработкой газовых и газоконденсатных месторождений.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.

Благодарности. Результаты получены при исследованиях лабораторий промысловой геофизики и скважинной геофизики Института геофизики Уральского Отделения Российской Академии Наук; экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика»; кафедры геофизики ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Автор признателен руководителям и сотрудникам отмеченных организаций и подразделений за поддержку исследовательских работ: с.н.с. лаборатории промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН, к.т.н. А. К. Троянову; заведующему лабораторией скважинной геофизики Института геофизики УрО РАН, д.т.н. Ю.Г. Астраханцеву; заведующей лабораторией промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН, д.г-м.н. Г.В. Иголкиной - за методические рекомендации и важные замечания на этапе подготовки данной диссертационной работы; начальнику экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика» A.A. Сметанину - за «привитый» интерес к промыслово-геофизическим исследованиям скважин, а также за возможность выполнения научно-исследовательской работы на производстве; главному геологу Уренгойского газопромыслового управления ООО «Газпром Добыча Уренгой» А. А. Торощину - за консультации в области промысловой геологии. Особо признателен автор своему научному руководителю - профессору кафедры геофизики ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», д.г-м.н. И.Г. Сковородникову - за разносторонние советы и консультации в процессе обсуждения и написания всей диссертации.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Доказана эффективность трехкомпонентного геоакустического каротажа при разделении вертикальных и латеральных движений флюидов, что позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые и внутрипластовые перетоки различного состава и происхождения на газовых и газокоиденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона.

Интерпретация результатов исследований сейсмоакустической эмиссии (САЭ) основана на анализе величин информативных измеренных и расчетных параметров. Измеряемыми параметрами являются амплитудные уровни сейсмоакустической эмиссии, регистрируемые тремя датчиками в разных полосах частот. Датчиком, используемым в аппаратуре, является пьезоэлектрический акселерометр, представляющий собой электромеханический преобразователь, создающий электрический выходной сигнал под действием на него вибрации (рис.1.). При этом уровень электрического выходного сигнала прямо пропорционален колебательному ускорению датчика в ограниченном диапазоне частот и динамическом диапазоне. Датчик-акселерометр обладает продольной чувствительностью, которая определяется его максимальной чувствительностью к колебаниям в направлении перпендикулярном его главной оси, то есть параллельным поверхности, на которой он установлен. Три датчика-акселерометра, установленные ортогонально друг к другу в скважинном приборе, регистрируют амплитуду акустической эмиссии геосреды (выраженную через колебательное ускорение акселе- рИС1 1. Устройство применяемого датчика-рометра) В нескольких ча- акселерометра: 1-основание; 2-пьеюэлемент стотных диапазонах. В при- ЭП4К-1-3; З-винт; 4-крышка; 5-масса инерщгон-роде указанной акустической „ая; 6-втулка; 7-контакт; 8-втулка; 9-кольцо; эмиссии геосреды лежат раз- 10-направление осевой чувствительности датчика личные сложные процессы, в типа«ДН-3-М1»

том числе фильтрация (движение) различных флюидов в гетерогенных средах. Информативные параметры трехкомпонентного геоакустического каротажа можно разделить на регистрируемые и расчетные (табл. 1). Для детальной интерпретации полученных данных необходимо изучение как измеренных, так и целого комплекса рассчитанных параметров, с учетом геологических и технологических факторов, Выбор количества каналов и их частотного диапазона осуществляется в результате тщательного изучения в лабораторных условиях спектрального (амплитудно-частотного) состава сейсмоакустической эмиссии. В результате производится оценка информативности САЭ о процессах в газовых скважинах.

Таблица 1

Перечень и описание применяемых информативных параметров метода трехкомпо-__нентного геоакустического каротажа_

Измеренные параметры

Параметр Описание

х„ Сигнал первого горизонтального датчика-акселерометра (мм/'с2 или мВ); выражает амплитуду САЭ среды в п-ом частотном диапазоне;

Уп Сигнал второго горизонтального датчика-акселерометра под углом 90° к первому (мм/с2 или мВ);

Сигнал третьего вертикального датчика-акселерометра под углом 90° к первому и второму соответственно (мм/с2 или мВ);

т Регистрируемая температура геосреды (°С);

ОБ1 Регистрируемая естественная радиоактивность геосреды (имп/сек, мкр/час);

Расчетные параметры

нп Горизонтальная составляющая геоакустических сигналов = +V "п = Л** ■ + (Уп ■ со*<ру

0„ Расчетный параметр - отношение сигнала с вертикального датчика к горизонтальной составляющей сигналов: в = г / Н

м„ Отношение сигнала с первого горизонтального датчика к сигналу со второго горизонтального датчика М = X / У

Отношение параметров Н между собой в различных частотных диапазонах п/п

№„/п Отношение параметров 2. между собой в различных частотных диапазонах п/п

^п/в Отношение расчетного параметра М в различных частотных диапазонах п/п

РН, ж Дисперсии сигналов Н и Ъ в различных частотных диапазонах п

Несмотря на сложность механизмов возникновения сейсмоакустической эмиссии в осадочных (терригенных) горных породах при фильтрации флюидов через них, очевидно, что в условно вертикальной скважине вертикальное движение флюида будет отражено в сигнале с вертикального датчика скважинного прибора (7,), тогда как латеральное движение флюидов найдет отражение в сигналах с горизонтальных датчиков (X, У). Применение расчетных параметров сигналов САЭ (Н, О, М) позволяет уточнять местоположение и направление выявленного Рис.2. Заколонный переток и движения (рис.2). В случае исследования характер регистрируемой САЭ

наклонно-направленных скважин следует учитывать инклинометрию для корректной интерпретации. Определение местоположения, характера и направления движения какого-либо флюида в скважине позволяет решать ряд важнейших промысловых задач: обнаруживать заколонные, межпластовые, внутрипластовые перетоки, изучать профили-притоков продуктивных эксплуатируемых (испытываемых) пластов-коллекторов. Для обнаружения заколонных перетоков флюидов используются параметры, которые характеризуют наличие или отсутствие вертикального движения флюида и газа: Ъ и в. В силу конструктивных особенностей (рис.3) положения датчика Ъ величина снимаемых с него сигналов в однородной изотропной среде составляет 60-70 % от амплитуд сигналов с горизонтальных датчиков. Увеличение данного соотношения в сторону сигналов с вертикального датчика свидетельствует о наличии процессов вертикального движения флюида и отмечается аномалиями 2, и в. Для выделения участков горизонтального движения флюида используются параметры: Н, М, Ь. Параметр М характеризует отношение сигналов с двух горизонтальных датчиков в разных полосах частот. Так как

С 1' V

* ■ 1 1 • • Направление оси скважинного прибора Направление оси чувствительности датчика Ъ

'Ьг • ^ Всршка.тьимй летчик -акччмсромсф

■ ■ ! х Направление оси - чувствительности датчика X

— ___• Пара горизонтальных датчиков-ЯКСелероме 1 рок 1 Отравление оси чувствительности датчика У

■ ■ • ■ ■ «

а ■

горизонтальные датчики об- Рис. 3. Конструктивные особенности прибора, ладают одинаковой чувстви- размещения датчиков и направления осей тельностью, то величина па- чувствительности

раметра М при отсутствии движения флюидов в горизонтальном направлении близка к единице (1±0,1). Отклонение значений параметров М от единицы на ±(0,4-0,б) и более свидетельствует о наличии субгоризонтального движения флюида по пласту и о его интенсивности.

Решение задачи определения негерметичности компоновки подземного оборудования эксплуатационной скважины на одном из месторождений ЯН А О методом трехкомпонентного геоакустического каротажа приведено на рис. 4. Предпосылкой для проведения исследований стало наличие достаточно высокого (4 МПа) избыточного давления на межколонном пространстве скважины по окончании ее строительства.

Рис. 4. Пример определения негерметичности компоновки подземного оборудования одной ш эксплуатационных скважин на нижиимеловые (апт-альбские) отложения Медвежьего НГКМ методом трехкомпонентного 1'еоакустического каротажа

Заколонный флюидопереток в межколонном пространстве данной скважины возникает в связи с неудовлетворительным качеством цементного камня в интервале перекрываемого компоновкой коллектора покурской свиты (ПК1-2), а также углеводородонасыщенного объекта березовской свиты. Исследования были выполнены в динамике при отработке скважины по межколонному пространству на диафрагму, а также в статике, после полного восстановления давления на межколонном пространстве. Действительно, по результатам исследований методом трехкомпонентного геоакустического каротажа отмечаются аномалии, характерные для горизонтального движения (притока) в интервале 1275 - 1300 м., а также аномалии вертикального движения по заколонному пространству. Исследование компонентного состава пробы флюида, отобранной с межколонного пространства, подтверждает вывод о природе изучаемого притока.

2. Установлены границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии, возникающей при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа, позволяющие определять их текущую насыщенность, что дает возможность определить положение и мощность газожндкостного контакта в пластах-коллекторах, а также раздела - в скважинах.

Истолкование трехкомпонентного геоакустического каротажа применительно к газовым и газоконденсатным скважинам потребовало некоторого изменения, в частности, в области физического смысла использования того или иного информативного параметра геоакустических сигналов в определенном частотном диапазоне, что, в конечном счете, легло в основу интерпретации материалов данного метода (рис.5). На основании проведенных лабораторных и промысловых исследований выделено пять частотных диапазонов сигнала САЭ, отражающих тот или иной механизм ее возникновения (например, фильтрация воды, газа, газового конденсата, фазовые переходы углеводородной смеси). Как известно, природные газоконденсатные системы делятся на насыщенные и недонасы-щенные, в основе чего лежат термобарические условия, определяющие границу раздела фаз системы и фазовых превращений, которые, в первую очередь зависят от химического состава пластового флюида. В связи с этим, проведены исследования поля акустической эмиссии, возникающей при дви-движении флюидов известного состава в пористых средах и стволах скважин при различных давлениях и температу-

Рис. 5. Схема определения текущей насыщенности методом трехкомпонентного геоакустического каротажа в зависимости от частотного диапазона САЭ

pax. Для определения типа движущегося (фильтрующегося) флюида и каких-либо его физико-химических свойств, необходимым условием является установление границ частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии, характерных для движения (фильтрации) того или иного флюида (или нескольких флюидов). Основываясь на теории акустических явлений в гетерогенных средах можно сделать вывод о том, что естественная акустическая эмиссия, возникающая в терригенной породе-коллекторе является следствием фильтрации флюида через нее, при этом частотный диапазон регистрируемой эмиссии отражает тип флюида, а также косвенно связан с ФЕС коллектора. Акустическая эмиссия возникает на границе раздела фаз (например, фаз «флюид - порода»), и связана с поверхностными силами на указанной границе (характер зависимости амплитуды смещения межфазных поверхностей и разница упругих напряжений). Для пород-коллекторов и насыщающих их флюидов залежей месторождений Надым-Пур-Тазовского региона установлены следующие частотные диапазоны (табл. 3):

Таблица 3

Зависимость частотного диапазона САЭ от типа флюидонасыщения

№ п/п Частотный диапазон САЭ Вид флюида

1 100 - 500 Гц Вода

2 500- 1500 Гц Конденсат газовый (насыщенные системы)

3 1500-2500 Гц Конденсат газовый (недонасывденные системы)

4 2500 - 5000 Гц Газ природный (СН4- 98 % мол. пласт, условия)

5 500 - 5000 Гц Суммарный углеводородный спектр САЭ

г*-------

■гГ

Суммарный регистрируемый частотный спектр САЭ Суммарный спектр САЭ флюидов _ Суммарный спектр САЭ углеводородов

- +• ->

Спектр г/к смеси насыщенной системы

Спектр г/к смеси недонасыщенной системы

Спектр САЭ газа

5000 f, Гц

Рис. 6. Характерные спектры регистрируемой САЭ по частотным диапазонам

По результатам исследований методом трехкомпонентного геоакустического каротажа в значительном количестве скважин месторождений ЯНАО установлено, что отражение динамической активности осадочной толщи горных пород проявляется сигналом САЭ (рис. 6) в условно низком частотном

диапазоне (до 100 Гц). Результатом указанной частотной разбивки сигнала САЭ может являться решение промысловых задач в рассматриваемом регионе исследований - оценка характера насыщенности породы-коллектора, анализ профиля и состава-притока интервала вскрытия пласта, а также определение типа флюида при выявлении заколонного (межпластового) перетока. Таким образом, рассматривая значения амплитуд регистрируемых и расчетных параметров сигнала САЭ, применительно к задачам исследований скважин при контроле за разработкой месторождений углеводородов ЯНАО, физический смысл использования того или иного информативного параметра САЭ и его последующая интерпретация на качественном уровне сводятся к следующему:

1. Наличие амплитудных аномалий на компонентах САЭ в диапазоне частот 100-500Гц указывает на наличие и движение флюида (воды) в вертикальном или горизонтальном направлениях.

2. Амплитудные аномалии высокочастотных акустических сигналов отражают наличие и движение газа или газового конденсата с газовым фактором, при этом увеличение сигнала компоненты Ъ по сравнению с ХнУ свидетельствует о вертикальном движении газа.

3. При слабом движении флюида по пласту, когда не наблюдаются интенсивные амплитудные аномалии САЭ с горизонтальных датчиков, применение параметра М1=Х1/У1 позволяет зафиксировать это движение. Этот параметр в области высоких частот М2=Х2/У2 используется при выявлении небольших нарушений герметичности колонн, исследовании профиля притока в интервалах перфорации и др.

4. Информативные параметры

1МУ, N2 используются для выделения газонасыщенных пластов, поскольку они характеризуют величину отношения высокочастотных сигналов, обусловленных газонасыщенностью среды, к сигналам низкочастотной части спектра САЭ. При интерпретации эти параметры позволяют выявлять ложные аномалии высокочастотных сигналов.

5. Движение воды, газового конденсата, газа сопровождается различными по величине отклонениями амплитуд сигналов от среднего за время измере-

ТТц

20 40 60 90 100 % _Спектральный состав САЭ_

Рис. 7. Распределение спектрального состава регистрируемой САЭ в диапазоне частот от 0 до 5 кГц

ния значения. Учет дисперсии амплитудных отклонений акустических сигналов позволяет использовать это параметр в комплексе с другими для характеристики особенностей движения флюида или газа. Амплитудные значения регистрируемых и расчетных параметров САЭ для верхнемеловых отложений (покурская свита сеноманского яруса) Уренгойского месторождения (Южный купол) при различных флюидонасыщени-ях представлены в табл. 4.

Таблица 4

Амплитудные значения сигнала САЭ при различном флюидоасыщеннн коллектора

Насыщение

Параметр

Амплитуда (мм/с )

1-2

гг

30 - 50

гг

5-7

Газ природный (СН4- 98 % мол. пласт, условия)

ТА

25-45

г5

1,5-2

Н1

1 -4

Н2

25-43

НЗ

3-6

Н4

24-54

Н5

0,7-1,2

45-56

тг

12-14

гз

2-5

ТА

¡-11

Вода пластовая М = 18,4 г/литр

25

0,3-1

Н1

38-44

Н2 НЗ Н4 Н5

4-10 1-2 7-12 0,4-0,8

Рассматривая амплитудно-частотные спектры регистрируемых и расчетных параметров сигнала САЭ (рис.7) в установленных частотных диапазонах, характерных для того или иного флюидонасыщения, действительно представляется возможным выделить положение и мощность газожидкостного контакта в пластах-коллекторах, а также раздела флюидов различной плотности в скважинах. Пример изучения профиля и состава притока методом трехкомпонентного геоакустического каротажа в комплексе промысло-во- геофизических исследований при контроле за разработкой представлен на рис. 8. Рассматриваемая эксплуатационная скважина вскрывает верхнемеловые сеноманские отложения покурской свиты Ямбургского НГКМ. Основная задача исследований - изучение профиля и состава притока, уточнение источника жидкости (воды) в продукции скважины, уточнение текущего положения газоводяного контакта, оценка технического состояния. В результате исследований стационарными нейтронными методами установлено текущее положение ГВК значительно ниже интервала перфорации, однако наличие жидкости в продукции скважины, соответствующей по общей минерализа-

ции а также физико- химическим свойствам пластовой воде эксплуатационного объекта, обуславливает необходимость поиска источника обводнения.

Изучение профиля и состава притока

Литологии

Рис. 8. Пример изучения профиля и состава притока рассматриваемы»! методом в комплексе 111И при контроле за разработкой сеноманской залежи Ямбургского НГКМ

В данном случае, исследования профиля и состава притока методом трех-компонентного геоакустического каротажа указывают на наличие водопри-тока из интервала перфорации (выделенные экстремумы аномалии параметра Н1 в интервале перфорации). Амплитуда высокочастотного параметра Н5 отражает характер профиля-притока газа в интервале перфорации, указывая наиболее продуктивные работающие пропластки. Касательно характера и источника водопритока - представляется возможным селективное обводнение по наиболее проницаемым пропласткам с контура контакта (ГВК), что является следствием литологических особенностей строения рассматриваемого коллектора. Вертикальные параметры движения флюида в различных частотных диапазонах (21, 25) описывают профиль восходящего

потока, который резко меняется в НКТ, что является следствием перераспределения его структуры относительно выносимой жидкости. 3. Разработана технология выделения границы фазовых превращений (переходов) флюидов в стволе эксплуатационных скважин, основанная на результатах трехкомпонентного геоакустического каротажа. Изучена зависимость сигнала сейсмоакустнческой эмиссии от газоконденсатной характеристики исследуемого объекта.

Переход природных углеводородных многокомпонентных систем из однофазного газообразного (однофазного жидкого) состояния в двухфазное парожидкостное состояние возможен при изотермическом снижении давления (ретроградная конденсация) или изобарическом уменьшении температуры (ретроградное испарение). В области ретроградной конденсации (ретроградного испарения) при изотермическом снижении давления от Р( до Рмк (изобарическом снижении температуры от Т; до Т„к) происходит увеличение количества образовавшейся жидкой фазы (газовой фазы) в системе до максимального значения. Дальнейшее снижение давления (температуры) приводит к уменьшению объёма жидкой (газовой) равновесной фазы, а при давлении Р2 (температуре Т2) жидкая (газовая) фаза исчезает и многокомпонентная система (МС) снова переходит в однофазное (точка С) газообразное (жидкое -точка СО состояние. Многие природные МС обладают одной ретроградной областью.

Например, у пластовых смесей газоконденсатных месторождений наблюдается в большинстве случаев только область ретроградной конденсации. Ретроградные явления проявляются у различных по составу углеводородных МС при разных значениях давлений и температур. Следует отметить, что термобарические условия, приводящие к ретроградным явлениям в пластовых смесях газоконденсатных и нефтяных месторождений, часто соответствуют давлениям и температурам, наблюдаемым в практике их разработки. Это вызывает выпадение жидких компонентов в газонасыщенных пластах, изменение состава добываемой продукции, а также продуктивности скважин, вследствие изменения фильтрационно-емкостных свойств (фазовых проницаемостей). Фазовое поведение пластовых углеводородных систем существенно влиляет на технику, технологию и методику разработки месторождений (Брусиловский, 2008).

Рис. 9. Фазовое состояние природных углеводородных систем

Установлено, что фазовые переходы флюидов сопровождаются акустической эмиссией, возникающей на границе раздела фаз и являющиейся следствием поверхностных сил (натяжений). Практически, на примере газоконденсатной залежи нижнемелового возраста Уренгойского НГКМ установлена зависимость фазового перехода смеси и регистрируемой сейсмоакуетической эмиссии в частотных диапазонах от 500 до 5000 Гц (рис. 10).

Рис. 10. Фазовая диаграмма природной углеводородной системы и характерные амплитудно-частотные зависимости регистрируемой САЭ

С увеличением количества жидкой фазы в смеси (конденсация) частотный спектр САЭ смещается по значениям амплитуд из области относительно высоких (2500-5000 Гц) в область более низких (500-1500 Гц) частот.

Установленная зако-

номерность позволяет выделять границы фазовых превращений (переходов) флюидов в стволе эксплуатационных скважин с помощью исследований методом трех-компонентного геоакустиче- Рис.11. Фазовый переход флюида

ского каротажа. На рис. 11

проиллюстрирована подобная возможность на примере исследования продуктивного интервала притока газоконденсатной скважины одного из месторождений ЯНАО. Напротив интервала притока наблюдается высокочастот-

ная аномалия САЭ (2500-5000 Гц), характерная для притока газоконденсат-ной смеси.

По мере подъема по стволу скважины, в соответствии с профилями давления и температуры, в смеси происходят процессы конденсации высококипящих углеводородов в жидкую фазу, в связи с чем амплитуда высокочастотной составляющей сигнала САЭ убывает, а в нижнем частотном диапазоне (5001500 Гц) возрастает, пропорционально увеличению количества жидкой фазы в смеси.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании выполненных автором промыслово-геофизических исследований скважин оценена возможность разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа.

2. Верифицированы границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мега-бассейна.

3. На основании выявленной амплитудно-частотной дифференциации сигнала сейсмоакустической эмиссии разработан способ выделения положения и мощности газожидкостных контактов в пластах-коллекторах, а также разделов - в скважинах на месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа, что аналогично п.2, также является важнейшей промыслово-геологической задачей.

4. Разработана технология выделения границы фазовых превращений флюида в стволе эксплуатационных скважин методом трехкомпонентного геоакустического каротажа. Изучена зависимость сейсмоакустической эмиссии газоконденсатной смеси от газоконденсатной характеристики в эксплуатационных скважинах.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1. Таланкин А.К. Применение трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геологических и технических задач при разработке газоконденсатных месторождений / Таланкин А.К. // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2013. №2. С.91-106.

2. Talankin А. The application of three-component geoacoustic logging in order to determme and solve geological and technical objectives in gas condensate fields / Talankin A. // Electronic scientific joumal «Oil and Gas Business», 2013. Issue 2. Pp. 107-122.

В других сборниках, журналах и материалах конференций;

3. Таланкин А.К. Сейсмоакустическая эмиссия и электромагнитное излучение, наблюдаемые в глубоких и сверхглубоких скважинах / Таланкин А.К., Троянов А.К. // Десятая уральская молодежная школа по геофизике: Сборник научных материалов. Пермь: Горный институт УрО РАН, 2009.

С. 213-217.

4. Таланкин А.К. Сейсмоакустическая эмиссия и электромагнитное излучение по наблюдениям в глубоких скважинах / Троянов А.К., Астраханцев Ю.Г., Начапкин Н.И., Таланкин А.К. // К 120-летию академика JI. Д. Шевякова, Уральское горное Обозрение, 2009. С. 160 - 167.

5. Таланкин А.К. Пространственно-временная изменчивость сигналов гео-акустаческой и электромагнитной эмиссии в скважинах / Троянов А.К., Астраханцев Ю.Г., Начапкин Н.И., Таланкин А.К., Баженова Е. А. // Геодинамика. Глубинное строение. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей. Пятые научные чтения Ю. П. Булашевича. Материалы. Екатеринбург: ИГФ УрО РАН, 2009, С. 477 - 481.

6. Таланкин А.К. Возможности оценки технического состояния эксплуатационных скважин методом трехкомпонентного геоакустического каротажа на месторождениях углеводородов / Таланкин А.К. // Материалы международной научно- практической конференции Уральской горнопромышенной декады - 2010. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГГУ, 2010. С. 63-65.

7. Таланкин А.К. Использование reo акустической эмиссии для контроля за эксплуатацией скважин на месторождениях углеводородов / Троянов А.К., Астраханцев Ю.Г., Начапкин Н.И., Таланкин А.К., Троянов B.C. // Работа при поддержке РФФИ, грант 08-05-01084, Российское Акустическое Общество, 2010.

8. Таланкин А.К. Опыт применения трехкомпонентного геоакустического каротажа при промыслово-геофизических исследованиях на газовых месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа / Таланкин А.К. // Материалы IV Всероссийской конференции «Нефтегазовое и горное дело». Пермь; ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», 2011. С. 21.

9. Talankin A. The problem of modem geological and geophysical prospecting / Talankin A. // Зарубежные инвестиции в Россию: экономические, правовые и институциональные проблемы. Материалы молодежной научно-практической конференции студентов и аспирантов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. С. 177-180.

10.Talankin Anton. Three-component geoacoustic logging in investigation of fluid-gas dynamic process in gas boreholes / Igolkina Galina, Troyanov Ale-ksander, Astrakhantsev Yuriy, Nachapkin Nikolay, Talankin Anton // 11th international Congress of the Brazilian Geophysical Society held in Salvador, Brazil, August 24-28, 2009. Pp. 1-4.

Подписано в печать 2013 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная.

Гарнитура Times New Roman. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ -?У

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Таланкин, Антон Константинович, Екатеринбург

На правах рукописи

0«ои52«5 Таланкин Антон Константинович

ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ГЕОАКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЯНАО)

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Научный руководитель - доктор геол. - мин. наук, профессор Сковородников И.Г.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург 2013 г.

/

РЕФЕРАТ

В кандидатской диссертации представлены результаты применения метода трехкомпонентного геоакустического каротажа на новых для него объектах исследования (Надым-Пур-Тазовский регион Западно-Сибирского осадочного мегабассейна). Выявлены и обоснованы возможности решения технических и геологических задач, сопутствующих разработке газоконденсатных месторождений, что вносит вклад в развитие комплекса промыслово-геофизических исследований, повышая их информативность на газовых и газоконденсатных объектах с помощью рассматриваемого метода.

Ключевые слова: трехкомпонентный геоакустический каротаж, сейсмоакустическая эмиссия, датчик-акселерометр, движение флюида, характер насыщения, профиль и состав притока.

ABSTRACT

The PhD scientific research presents the results of application of three-component geoacoustic well-logging via its new frontiers — hydrocarbon satured formations of the Northern part West Siberian sedimental megabasin (Nadym-Pur-Taz region). Its possibilities in order to determine and solve geological and technical objectives in natural gas condensate fields are verified and substantiated at the different stages of hydrocarbon recovery. This fact can realize a major valuable contribution of the considerable technique to the production logging geophysical methods of the formation evaluation in natural gas and gas condensate fields.

Keywords: three-component geoacoustic (noise) well-logging, seismoacoustic emission, accelerometer - gauge, fluid movement, formation saturation, structure and composition of the well inflows.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................5-12

1. Общие сведения о сейсмоакустической эмиссии и физические основы трехкомпонентного геоакустического каротажа..................13-38

1.1.История развития метода трехкомпонентного геоакустического каротажа...............................................................................14-15

1.2.Источники естественной сейсмоакустической эмиссии в Земной

коре.....................................................................................15-19

1.3.Модель акустически активной среды......................................19-25

1.4.Типы датчиков аппаратуры трехкомпонентного геоакустического каротажа..............................................................................26-30

1.5.Модификации аппаратуры и программного обеспечения трехкомпонентного геоакустического каротажа.............................31-38

2. Методика скважинных исследований...................................39-68

2.1.Подготовка скважин к исследованиям......................................41-44

2.2.Условия трехкомпонентных измерений сейсмоакустической эмиссии в скважинах............................................................................44-51

2.3.Технология проведения исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа для решения геолого-технических задач на газовых и газоконденсатных месторождениях...............................51-61

2.4.Методика трехкомпонентных геоакустических исследований для изучения геодинамики среды.....................................................61-68

3. Геолого-геофизические предпосылки исследований.................69-101

3.1.Геологическое строение объектов исследований........................69-81

3.2.Газоконденсатная характеристика и изучение профиля притока эксплуатируемых пластов-коллекторов комплексом промыслово-геофизических исследований....................................................81-101

4. Решение геологических задач с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа в условиях газовых и газоконденсатных месторождений.....................................................................102-112

4.1.Оценка текущего насыщения коллекторов............................105-106

4.2.Определение текущего положения газожидкостных контактов в

пластах и разделов в скважинах..............................................106-108

4.3.Изучение интервалов движения флюидов по латерали: заколонные, внутрипластовые перетоки флюидов в газовых и газоконденсатных скважинах.........................................................................108-112

5. Решение технологических задач в эксплуатационных газовых и газоконденсатных скважинах методом трехкомпонентного геоакустического каротажа....................................................................113-135

5.1.Конструкции эксплуатационных скважин газовых и газоконденсатных месторождений Ямало-Ненецкого автономного

округа..............................................................................................114-122

5.2.Обнаружение негерметичностей компоновок подземного оборудования

скважин............................................................................122-132

5.3.Выделение интервала фазовых превращений (перехода) флюида в

эксплуатационных газоконденсатных скважинах.........................133-135

Заключение...........................................................................136-138

Литература...............................................................................13 9-162

Введение

Характерной особенностью развития отечественной энергетики является неуклонное повышение использования углеводородного сырья газоконденсатных залежей месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Газовая промышленность имеет большие потенциальные возможности дальнейшего роста, что обусловлено особенностями экономики нашей страны. По ресурсам и добыче указанного сырья Россия занимает лидирующее место в мире [102]. У нас накоплен уникальный опыт разработки газоконденсатных месторождений в сложных геологических и климатических условиях Ямала [126].

Объектом исследований являются скважины, вскрывшие различные по генезису, петрофизическим и физико-химическим свойствам залежи углеводородов месторождений Надым-Пур-Тазовского региона: Уренгойского НГКМ, Ямбургского НГКМ, Заполярного НГКМ, Медвежьего НГКМ, Южно-Русского ГКМ, Юбилейного ГКМ, Ямсовейского ГКМ и др.

В настоящее время промыслово-геофизические исследования скважин являются важнейшим, зачастую единственным источником информации о характере поведения залежи углеводородов, технологических режимах работы скважин, петрофизических и иных свойствах как пласта в частности, так и системы «пласт - скважина — газовый промысел» в целом [45]. В первом случае - речь идет об исследовании геологических особенностей углеводородной системы на различных стадиях эксплуатации объекта, во втором - об исследовании технологии процесса добычи углеводородного сырья [60].

Вступление эксплуатационных объектов известных месторождений в позднюю стадию разработки (прим.: сеноманские залежи Уренгойского, Ямбургского, Медвежьего НГКМ; неокомские эксплуатационные объекты Уренгойского НГКМ и др.), когда уровень нефтегазодобычи снижается, обуславливает необходимость переоценки промышленно-извлекаемых

запасов, и пересмотра технологии и техники разработки месторождений, что требует, в свою очередь, более совершенных промыслово-геофизических и газогидродинамических исследований углеводородных объектов [11, 12, 157]. Только комплексное использование существующих ныне и разрабатываемых новых методов промыслово-геофизического и геологического контроля способно обеспечить геологов и разработчиков необходимой информацией о свойствах пластовых углеводородных систем [13, 155, 156]. На основании вышеизложенного, актуальность исследований определяется необходимостью вовлечения инновационных подходов и методов, в частности - трехкомпонентного геоакустического каротажа, в комплекс промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой на газовых и газоконденсатных месторождениях.

Цель работы - обоснование применения трехкомпонентного геоакустического каротажа с целью повышения геолого-технологической информативности комплекса промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой на газовых и газоконденсатных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа.

Задачи исследований:

1. Оценка возможности разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью существующей аппаратуры трехкомпонентного геоакустического каротажа. Выделение и изучение заколонных, межпластовых, и внутрипластовых перетоков различного состава и происхождения.

2. Проверка границ частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Рассмотрение возможности определения текущей насыщенности коллекторов данным методом. Предложение способа определения газожидкостного контакта в пластах-коллекторах, а также газожидкостного раздела - в скважинах.

3. Разработка технологии выделения границ фазовых переходов флюидов в стволе эксплуатационных скважин на газоконденсатные залежи. Оценка зависимости сейсмоакустической эмиссии от газоконденсатной характеристики смеси углеводородов.

Фактический материал, методы исследования и аппаратура. Теоретической основой решения поставленных задач являются методики, разработанные лабораторией промысловой геофизики и лабораторией скважинной геофизики Института геофизики Уральского Отделения Российской Академии Наук в направлении исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа на месторождениях Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, а также промысловые данные, полученные на указанном объекте исследований и проанализированные автором совместно со с.н.с. лаборатории промысловой геофизики, к.т.н. Трояновым А. К.

Лабораторные данные по исследованию сейсмоакустической эмиссии на образцах горных пород, насыщенных флюидами, при различных градиентах давлений выполнены в лаборатории промысловой геофизики Института геофизики УрО РАН.

Аппаратурный и программный комплекс трехкомпонентного геоакустического каротажа (ВТЧ-4008), разработанный лабораторией скважинной геофизики под руководством заведующего лабораторией, д.т.н. Астраханцева Ю. Г., применен автором данной работы при решении поставленных задач на газовых и газоконденсатных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа.

Практические исследования газовых и газоконденсатных скважин были выполнены автором в составе промыслово-геофизической экспедиции по контролю за разработкой месторождений ПФ «Севергазгеофизика» под руководством начальника экспедиции Сметанина А. А., где автор работал в должности начальника промыслово-геофизической партии.

Интерпретация и анализ результатов исследований трехкомпонентного геоакустического каротажа выполнены автором совместно с сотрудниками

лаборатории промысловой геофизики Института геофизики Уральского Отделения РАН с.н.с., к.т.н. Троянова А. К.

Защищаемые научные положения:

1. Доказана эффективность трехкомпонентного геоакустического каротажа при разделении вертикальных и латеральных движений флюидов, что позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые и внутрипластовые перетоки различного состава и происхождения на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона.

2. Установлены границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии, возникающей при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа, позволяющие определять их текущую насыщенность, что также дает возможность определить положение и мощность газожидкостного контакта в пластах—коллекторах, а также раздела - в скважинах.

3. Разработана технология выделения границ фазовых превращений (переходов) флюидов в стволах эксплуатационных скважин, основанная на результатах трехкомпонентного геоакустического каротажа по зависимости сигнала регистрируемой сейсмоакустической эмиссии от газоконденсатной характеристики исследуемого объекта.

Новизна работы и личный вклад автора:

1.На основании выполненных автором промыслово-геофизических исследований скважин оценена возможность разделения вертикальных и латеральных движений флюидов на газовых и газоконденсатных месторождениях Надым-Пур-Тазовского региона с помощью трехкомпонентного геоакустического каротажа. Данная возможность позволяет выделять и изучать заколонные, межпластовые, и внутрипластовые перетоки различного состава и происхождения.

2. Обоснована необходимость обнаружения и изучения отмеченных перетоков флюидов, так как они представляют серьезные проблемы для технологии процесса добычи углеводородного сырья: как следствие, могут

возникать избыточные давления и флюидопроявления на межколонных пространствах скважин, грифонообразования на устье скважин, негерметичности обсадных колонн, компоновок подземного оборудования скважин (лифтовых труб, пакеров различных конструкций, клапанов-отсекателей), требующие проведения оперативных технологических мероприятий по их ликвидации.

3. Верифицированы границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии при движении воды, газа, газового конденсата в условиях коллекторов месторождений Севера Западно-Сибирского осадочного мегабассейна. Установленные границы частотных диапазонов сейсмоакустической эмиссии позволяют определить текущую насыщенность коллекторов, что является важнейшей промыслово-геологической задачей, в том числе необходимой для подсчета и оценки балансовых запасов; не всегда классические методы промыслово-геофизических исследований, например, такие, как стационарные нейтронные методы, позволяют корректно определить текущее насыщение объекта исследований, вследствие низкой минерализации пластовых вод. В связи с этим, привлечение иных методов геофизических исследований скважин, позволяющих определить текущее насыщение объекта является обоснованным.

4. На основании выявленной амплитудно-частотной дифференциации сигнала сейсмоакустической эмиссии разработан способ выделения положения и мощности газожидкостных контактов в пластах-коллекторах, а также разделов - в скважинах на месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа, что аналогично п.З, также является важнейшей промыслово-геологической задачей.

5. Разработана технология выделения границ фазовых превращений флюида в стволе эксплуатационных скважин методом трехкомпонентного геоакустического каротажа и изучена зависимость сейсмоакустической эмиссии газоконденсатной смеси от ее газоконденсатной характеристики. Обычно указанная промысловая задача решается расчетным путем, по

имеющимся лабораторным исследованиям флюида (хроматография, РУТ-исследования), с определением критических параметров, либо расчетом псевдокритических параметров и корреляцией этих значений с зарегистрированными профилями давлений и температур. Примененный метод трехкомпонентного геоакустического каротажа позволяет практически зафиксировать область фазового перехода, что является уточнением расчетных промысловых данных (либо опровержением, ввиду обстоятельств анизотропии профилей давлений/температур в эксплуатационных скважинах).

Практическая значимость. Предложенная технология применения метода трехкомпонентного геоакустического каротажа на новых для него объектах исследования (газовые и газоконденсатные месторождения) значительно расширяет границы и возможности данного метода. Выявленные и обоснованные в работе возможности метода вносят значительный вклад в развитие комплекса промыслово-геофизических исследований, повышая их информативность на газовых и газоконденсатных объектах.

Полученные результаты и выявленные закономерности обоснованы особенностями физики процесса сейсмоакустической эмиссии горных пород и пластовых флюидов; полученные корреляции и закономерности подтверждаются стандартными методами промыслово-геофизических исследований при контроле за разработкой газовых и газоконденсатных месторождений, а также гидродинамическими исследованиями и исследованиями газоконденсатных характеристик объектов.

На основании комплексного подхода к промыслово-геофизическим исследованиям и их анализу разработчики и геологи-промысловики получают достаточный набор информации, необходимой для подбора и проведения геолого-технологических мероприятий на газовых и газоконденсатных месторождениях с целью более эффективной их эксплуатации.

Оценена также и экономическая эффективность предложенной технологии. При значительно меньшей стоимости, например, по сравнению с методами радиоактивного каротажа, трехкомпонентный геоакустический каротаж обладает рядом преимуществ:

•отсутствие необходимости использования источников ионизирующих излучений;

•большая скорость проведения измерений; •отсутствие влияния минерализации пластовых вод.

Полученные в работе практические результаты открывают новые перспективы для широкого применения рассматриваемого метода с целью исследования газовых и газоконденсатных скважин Надым-Пур-Тазовс�