Диаграммы высокочастотных электромагнитных каротажных зондирований и способы их интерпретации при сильном контрасте электрических сопротивлений в среде

Игнатов, Владимир Сергеевич

Автореферат диссертации по теме "Диаграммы высокочастотных электромагнитных каротажных зондирований и способы их интерпретации при сильном контрасте электрических сопротивлений в среде"

На правах рукописи

ИГНАТОВ Владимир Сергеевич

ДИАГРАММЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КАРОТАЖНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ И СПОСОБЫ ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В СРЕДЕ

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК 2010

004605075

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН

Научный руководитель:

доктор технических наук, академик РАН Эпов Михаил Иванович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, доцент Каринский Александр Дмитриевич

Защита состоится 29 апреля 2010 г. в 9 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 при Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН, в конференц-зале.

Адрес: пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск-90, 630090

Факс: (383)333-25-13

E-mail: NevedrovaNN@ipgg.nsc.ru

Автореферат разослан 25 марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, i ' * '

кандидат технических наук Ульянов Владимир Николаевич

Ведущая организация:

Институт геологии и геоинформатики Тюменского государственного нефтегазового университета, г. Тюмень

к.г.-м.н.

H.H. Неведрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объект исследования - диаграммы высокочастотных индукционных каротажных изопараметрических зондирований (ВИКИЗ) и способы их интерпретации при сильном контрасте удельных электрических сопротивлений (УЭС) в среде.

Актуальность. В настоящее время метод ВИКИЗ все больше применяется для исследований в контрастных средах (в скважинах, заполненных буровыми растворами с высокой электропроводностью, и в разрезах с контрастными по УЭС горными породами). Использование традиционных методик качественной и количественной интерпретации в этих случаях может приводить к недостоверным результатам. Сравнительно небольшие объекты (скважина или пласт малой мощности), контрастные по УЭС с вмещающей средой, оказывают существенное влияние на измеряемые сигналы. Кроме того, значительное влияние на диаграммы в контрастных средах оказывают поверхностные заряды на геоэлектрических границах и взаимодействие индуцированных вихревых токов. В частности, эти факторы приводят к тому, что кажущиеся УЭС, определенные по модели однородной среды, могут выходить за диапазон истинных УЭС в среде, а измеренные сигналы (разности фаз) могут принимать отрицательные значения, для которых не существует трансформации в кажущиеся УЭС по однородной среде. Влияние поверхностных зарядов, возникающих на стенке скважины при смещении зонда с её оси и на границах пластов при наклонном пересечении их скважиной, не учитывается при интерпретации данных в рамках моделей с зондом на оси скважины и со скважиной перпендикулярной к плоскости напластования. В связи с этим, актуальным является выявление особенностей диаграмм ВИКИЗ (форма кривых зондирования и кривых профилирования, уровень сигналов) и разработка новых способов их достоверной интерпретации при сильных контрастах УЭС в среде.

Цель исследований - повышение достоверности и информативности интерпретации данных ВИКИЗ, полученных при сильных контрастах УЭС в среде, путем выявления особенностей диаграмм на основе анализа результатов трёхмерного численного моделирования и разработки новых способов интерпретации, учитывающих влияние бурового раствора и смещение зонда с оси скважины.

Научные задачи исследования

1.На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования выявить особенности диаграмм ВИКИЗ при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Разработать способы качественной и

количественной интерпретации, учитывающие влияние бурового раствора и смещения зонда с оси скважины.

2. На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования выявить особенности диаграмм ВИКИЗ при сильном контрасте УЭС между пластами и при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.

Фактический материал и методы исследования. Теоретической основой решения поставленных задач является теория метода высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ). При проведении численного моделирования сигналов ВИКИЗ использовались: программа для расчета в трехмерных моделях с учетом корпуса прибора и программа для расчета в горизонтально-слоистых моделях при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования. Для инверсии кривых зондирования ВИКИЗ в рамках цилиндрически-слоистых осесимметричных моделей использовались системы интерпретации МФС ВИКИЗ и EMF Pro. Перечисленная выше программно-алгоритмическая база разработана в ИНГГ СО РАН (Эпов М.И., Ельцов И.Н., Власов A.A., Нечаев О.В., Никитенко М.Н., Соболев А.Ю. и др.). Для опробования разработанных способов интерпретации использовались промышленные данные ВИКИЗ, полученные в нефтегазовых скважинах Северного Кавказа, Западной и Восточной Сибири (в частности, данные из параметрической скважины на Чайкин-ской площади в рамках договора № 409-16, 2009 г.). Выполнен сравнительный анализ полученных результатов с результатами интерпретации традиционными способами (качественной интерпретации по диаграммам кажущихся УЭС, рассчитанным по модели однородной среды; количественной интерпретации в рамках осесимметричных цилиндрически-слоистых моделей без подавления влияния эксцентриситета).

Защищаемые научные результаты:

1. Анализ результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ показал, что при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород сигналы могут существенно отличаться от сигналов в однородной среде с УЭС горных пород. Причем сигналы зондов, расположенных на оси скважины, ниже сигналов в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот - выше.

Для повышения достоверности и информативности интерпретации данных ВИКИЗ:

- разработан способ расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и смещения зонда с оси скважины на основе использования двухслойных палеток;

- разработан способ количественной интерпретации, основанный на подавлении влияния смещения зонда с оси скважины на сигналы с применением двухслойных палеток перед инверсией кривых зондирования в рамках одномерной цилиндрически-слоистой осесимметричной модели.

2. Анализ результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ показал, что при сильном контрасте УЭС между пластами и наклонном пересечении скважиной плоскости напластования значения кажущихся УЭС в экстремумах на границах пластов могут значительно выходить за диапазон УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения.

Новизна работы. Личный вклад. В рамках работы установлены особенности диаграмм ВИКИЗ в сильно контрастных по УЭС средах и разработаны оригинальные способы их интерпретации.

1.На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ в условиях сильного контраста УЭС бурового раствора и горных пород установлены следующие особенности диаграмм:

- Сигналы при наличии бурового раствора могут существенно отличаться от сигналов в однородной среде с УЭС горных пород. Так, сигналы зондов, расположенных на оси скважины, ниже сигналов в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот -выше.

- На интервалах непроницаемых пород влияние бурового раствора и смещения зонда с оси скважины приводит к расхождению кривых разноглубинных зондов и, как следствие, к определению «ложных» понижающих зон проникновения при интерпретации. На интервалах коллекторов УЭС зоны проникновения при интерпретации занижается, а УЭС неизмененной части пласта завышается.

- Для зондов, расположенных на оси скважины, сигналы могут принимать отрицательные значения.

- Кривая зондирования для прибора, расположенного на стенке скважины, может быть немонотонной даже при отсутствии зоны проникновения в пласте.

2. Для учета влияния контрастного по УЭС бурового раствора и смещения зонда с оси скважины (эксцентриситета) разработаны два способа интерпретации данных ВИКИЗ:

- расчет кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда по двухслойным палеткам - применяется при качественной интерпретации;

- подавление влияния эксцентриситета на сигналы по двухслойным палеткам - применяется при количественной интерпретации в рамках одномерной осесимметричной цилиндрически-слоистой модели.

Созданы алгоритмы и программы для расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда, а также для подавления влияния эксцентриситета на сигналы.

3. Проанализированы синтетические диаграммы ВИКИЗ, полученные в моделях пласта, контрастного по УЭС с вмещающими породами, при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.

- Установлено, что в случае перпендикулярного пересечения пласта скважиной, при любом контрасте УЭС пласта и вмещающих пород, отрицательных разностей фаз не возникает, а кажущиеся УЭС могут лишь незначительно выходить за диапазон истинных УЭС среды. Следовательно, отрицательные разности фаз, регистрируемые в вертикальных скважинах, вызваны либо влиянием самой скважины, либо каверн и трещин, заполненных высокопроводящим буровым раствором.

- В случае наклонного пересечения пласта наличие поверхностных зарядов приводит к тому, что в экстремумах на границах пластов кажущиеся УЭС могут значительно выходить за диапазон истинных УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения. Амплитуда таких экстремумов возрастает при увеличении контраста УЭС пласта и вмещающих пород. При увеличении угла наклона скважины амплитуда экстремумов увеличивается до углов 60 - 80°, а при больших углах падает. Границы пласта соответствуют минимальным показаниям разностей фаз, за исключением подошвы низкоомного пласта, которая при мощности пласта, меньшей длины зонда, соответствует максимальным показаниям.

Практическая значимость результатов. Результаты выполненной работы являются, прежде всего, вкладом в развитие методики интерпретации данных ВИКИЗ. Учет выявленных особенностей диаграмм позволяет повысить достоверность результатов качественной интерпретации в контрастных по УЭС средах (расстановка границ пластов, оценки УЭС на качественном уровне, определение характера проникновения по виду диаграмм). Использование разработанных способов качественной и количественной интерпретации повышает достоверность результатов при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Повышение достоверности результатов интерпретации данных ВИКИЗ, в свою очередь, увеличивает надежность выделения коллекторов и определения их фильтрационно-ёмкостных характеристик. На основе разработанных способов интерпретации созданы соответствующие алгоритмы и программы для новой системы интерпретации данных электрических и электромаг-

нитных зондирований EMF Pro, которая в настоящее время внедряется в производственных организациях.

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на различных российских и международных конференциях: XLII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2004), Восьмой уральской научной школе по геофизике (Пермь, 2007), VI Международной научно-практической конференции «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, 2007), Научных конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов «Трофи-муковские чтения 2006, 2007, 2008» (Новосибирск, 2006, 2007, 2008), 19th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth (Beijing, 2008), Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь-2006,2009» (Новосибирск, 2006, 2009), Международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем» (Киев, 2009).

По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них: 1 статья в рецензируемом журнале НТВ «Каротажник» из перечня ВАК, 4 - материалы конференций.

Благодарности. Автор выражает благодарность руководителям своих дипломных работ, выполненных за время обучения в НГУ, к.т.н. К.В. Сухоруковой и к.т.н. В.Н. Ульянову за полученный от них богатый опыт в области обработки и интерпретации данных ГИС. При выполнении работы автор неизменно пользовался советами и рекомендациями, помощью и поддержкой своих коллег - сотрудников Лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН и благодарит д.т.н. Ю.Н. Антонова, д.т.н. И.Н. Ельцова, к.т.н. К.В. Сухорукову, к.ф.-м.н. В.Н. Глинских, к.т.н. М.Н. Никитенко, к.т.н. А.Ю. Соболева, к.г.-м.н. М.А. Павлову. Автор благодарен к.т.н. В.Н. Ерёмину, ведущему специалисту научно-производственного предприятия геофизической аппаратуры «Луч», за полезное обсуждение вопросов по аппаратуре ВИКИЗ и к.ф.-м.н. О.В. Нечаеву за проведение необходимого для работы численного моделирования сигналов ВИКИЗ. Автор глубоко благодарен д.т.н. академику РАН М.И. Эпову за научное руководство, постоянное внимание и поддержку, без которых работа не была бы выполнена.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 85 страниц машинописного текста, 41 рисунок и 1 таблицу. Библиография включает 77 наименований.

Порядок изложения материалов обусловлен их логической связью с этапами исследования:

В первой главе рассматриваются особенности сигналов ВИКИЗ характерные для сильно контрастных по УЭС сред в целом;

Во второй главе рассмотрено влияние бурового раствора и эксцентриситета зонда на диаграммы ВИКИЗ, предложены способы качественной и количественной интерпретации диаграмм при сильных контрастах УЭС бурового раствора и горных пород.

В третьей главе рассматриваются особенности диаграмм в контрастных по УЭС пластах при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. СИГНАЛЫ ВИКИЗ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ УЭС В СРЕДЕ

В разделе 1.1 рассматриваются особенности сигналов ВИКИЗ характерные для однородных сред и неоднородных сред с сильным контрастом УЭС. Приводятся основы теории метода ВИКИЗ, дается теоретическое обоснование исследования. Сильный контраст УЭС может возникать между горными породами и скважиной, заполненной буровыми раствором с высокой электропроводностью, либо между отдельными пластами горных пород (например, карбонатными и глинистыми). Известно, что сильный контраст УЭС является неблагоприятным фактором при интерпретации данных электрического и электромагнитного каротажа. Так, сравнительно небольшие объекты (скважина или пласт малой мощности), контрастные по УЭС с вмещающей средой, оказывают существенное влияние на сигналы ВИКИЗ. Кроме того, при измерениях ВИКИЗ эффекты, обусловленные взаимодействием вихревых токов, индуцированных в различных областях среды, усиливаются при увеличении контраста УЭС между этими областями. Также, при увеличении контраста УЭС возрастает величина поверхностных зарядов, возникающих при пересечении геоэлектрических границ силовыми линиями электрического поля. Взаимодействие индуцированных токов и поверхностные заряды оказывают существенное влияние на сигналы. В частности, эти факторы приводят к тому, что кажущиеся УЭС, определенные по модели однородной среды, могут выходить за диапазон истинных УЭС в среде, а измеренные сигналы (разности фаз э.д.с. между приёмными катушками) могут принимать отрицательные значения, для которых не существует трансформации в кажущиеся УЭС по однородной среде. Из изложенного следует, что в случае сильных контрастов УЭС: при качественной интерпретации диаграмм необходимо вводить кажущиеся УЭС не по однородной среде, а по более сложным моделям; количественную интерпретацию диаграмм необходимо проводить в рамках

моделей, учитывающих влияние зарядов на границах, либо корректировать значения сигналов с подавлением этого влияния; для выявления особенностей диаграмм ВИКИЗ в различных неоднородных контрастных средах необходимо проведение расчетов сигналов в соответствующих моделях.

Кроме того, в высокопроводягцих и высококонтрастных по УЭС средах необходимо учитывать неоднозначность определения разности фаз при её измерениях и расчетах (раздел 1.2). Анализ принципа работы измерительной схемы ВИКИЗ, показал, что она обеспечивает измерения разности фаз только с точностью до цикла колебаний и в диапазоне от -180° до +180°, т.е. значения разности фаз равные 360°-п + х, где п-целое, а хе(-180°;+180°), при измерениях определяются как х. Отсюда следует, что значения, превышающие +180°, при измерениях могут определяться как отрицательные (значение +180° достигается при УЭС однородной среды 0.056 Омм, см. рис. 1).

Рис 1. Зависимость измеренной разности фаз от УЭС однородной среды.

При расчетах значений фаз <р и разностей фаз Дер по значениям амплитуд реальных Re£ и мнимых Im£ составляющих э.д.с. в приёмных катушках они также определяются лишь с точностью до цикла колебаний:

Ф = atan2(Re£; Im£) + 360°-k = у + 360°-k, Дф = ф! - ф2 = V)/] - + 360°-(к! - к2) = Д\|/ + 360°-т. где к, т - целые, функция atan2(x;y) вычисляет значение arctg(y/x) в диапазоне (0°; 360°], используя знаки х и у для определения квадранта, к

которому принадлежит результат, и соответственно \|/е(0°; 360°]. Отсюда следует, что корректно определить значение Дер таким способом возможно, только если заранее известен цикл (диапазон шириной 360°), которому принадлежит искомое значение. В этом случае, при расчете необходимо выбирать такое т, чтобы значение Лср попало в известный диапазон. Например, в однородной среде с УЭС от 0.014 Ом-м до <ю значения Д<р находятся в диапазоне (0°; 360°]. В случае если такой диапазон неизвестен (например, в высокопроводящих и высококонтрастных средах, в которых значения Дер могут быть отрицательными или превышать 360°), необходимо отслеживать смену циклов, проводя множество расчетов, изменяя при этом модель от той, для которой цикл известен, до требуемой. А в случае, если необходимо рассчитывать не истинные значения Дер, а значения, которые определяются при измерениях, то диапазон необходимо принять таким же, как у аппаратуры ВИКИЗ, т.е. (-180°; +180°).

Глава 2. ДИАГРАММЫ ВИКИЗ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ УЭС БУРОВОГО РАСТВОРА И ГОРНЫХ ПОРОД

В разделе 2.1 рассматривается влияние бурового раствора и эксцентриситета зонда на сигналы ВИКИЗ. Численный анализ влияния этих факторов ранее проводился Ю.Н. Антоновым и B.C. Кривопуцким (1981 г.) и др. В 2008 г. была разработана программа вычисления сигналов ВИКИЗ с учетом корпуса прибора в трёхмерных моделях при высоких контрастах УЭС (М.И. Эпов, Э.П. Шурина, О.В. Нечаев, ИНГГ СО РАН). Расчеты по этой программе позволили соискателю провести подробный анализ и сделать новые выводы о влиянии бурового раствора и эксцентриситета зонда при сильных контрастах УЭС бурового раствора и горных пород. Были вычислены сигналы в двухслойных моделях «скважина-пласт» для зонда на оси и на стенке скважины при УЭС пласта рп от 1 до 2000 Ом-м, УЭС скважины рс от 0.01 до 1000 Ом-м, радиусе скважины гс - 0.108 м. Сделан вывод, что при наличии высокопроводящей скважины (0.05 - 0.5 Ом-м) сигналы могут существенно отличатся от сигналов в однородной среде с УЭС пласта. Так, сигналы зондов, расположенных на оси скважины, занижены по сравнению с сигналами в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот - завышены. Кроме того, для зондов, расположенных на оси скважины, сигналы могут принимать отрицательные значения, для которых не существует трансформации в кажущиеся УЭС по однородной среде. Кривая зондирования для прибора,

расположенного на стенке скважины, может быть немонотонной даже при отсутствии зоны проникновения в пласте.

Так как любая скважина имеет хотя бы небольшой наклон, при измерениях зонд располагается на её стенке. Следовательно, измеренные сигналы будут завышены по сравнению с сигналами в однородной среде, а кажущиеся УЭС рк - занижены по сравнению с истинными УЭС пород. В связи с этим при качественной интерпретации предлагается определять рк с учетом влияния скважины и эксцентриситета зонда, т.е. по двухслойной модели «скважина-пласт» при положении зонда на стенке скважины (раздел 2.2). Поскольку соответствующая прямая задача является трехмерной, то для расчета значений рк будем использовать палетки рп(Лф) при фиксированных значениях гс и рс. Диаграммы рк, вычисленные таким образом, избавлены от влияний скважины и эксцентриситета и зависят только от распределения УЭС вне скважины. С использованием такой трансформации на качественном уровне точнее оценивается характер проникновения бурового раствора в пласт.

На рис. 2 приведены диаграммы традиционных кажущихся УЭС и кажущихся УЭС с учетом скважины в терригенном разрезе. В водонасыщенном коллекторе с повышающим проникновением (интервал 2979 - 2980 м) традиционные рк на коротких зондах занижены. На интервалах глин (например, 2991 - 2995.5 м) диаграммы практически не изменяются, что связано со слабым влиянием скважины в породах с низким УЭС. В высокоомных пластах без проникновения (например, 2986 — 2989 м) рк с учетом влияния скважины уменьшается от короткого зонда к длинному. Это объясняется более сильным влиянием вмещающих пород с низким УЭС на показания длинных зондов. На диаграммах традиционного рк такого порядка зондов не наблюдается: показания коротких зондов ниже, чем средних. Это может быть неверно истолковано наличием понижающей зоны проникновения в пласте.

1 -

»70 2975 2980 2985 2990 2995 3000 3005 Глубина, м

Рис. 2. Диаграммы традиционных рк (сверху) и рк с учетом влияния скважины (снизу) в терригенном разрезе (рс = 0.5 Омм, красный - зонд 0.5 м, зеленый - 0.7 м, коричневый - 1.0 м, синий - 1.4 м, черный - 2.0 м).

Количественная интерпретация диаграмм ВИКИЗ по стандартной методике заключается в инверсии кривой зондирования в рамках цилиндрически-слоистой осесимметричной модели (предполагается, что зонд находится на оси скважины). Эта методика реализована в системе МФС ВИКИЗ (ЭповМ.И., Ельцов И.Н., Соболев А.Ю. и др., ИНГГ СО РАН, 1997 г.). Как уже было отмечено, при измерениях зонд расположен на стенке скважины. Так как при значительном контрасте рп и рс сигналы при осевом и смещенном положении зонда могут существенно различаться, применение при инверсии прямого моделирования с несмещенным зондом может приводить к недостоверным результатам. В этих ситуациях необходимо использовать трехмерные модели со смещенным зондом. Но интерпретация в рамках трехмерных моделей становится практически невозможной из-за сильного увеличения времени решения прямых задач. Поэтому для интерпретации данных ВИКИЗ предлагается проводить инверсию в рамках осесимметричной модели, но перед этим подавлять

влияние эксцентриситета на сигналы (раздел 2.3). Для подавления влияния эксцентриситета разработан следующий алгоритм:

• На основе трехмерного численного моделирования создаются двухслойные палетки сигналов при положениях зонда на оси Дср0 и на стенке Дфс скважины от рп при заданных рс и гс (рис. 3).

• По измеренному значению Дфс и известным величинам рс и гс по палетке Дфс(рп) определяется УЭС пласта рп. Для пластов с проникновением определенное значение рп будет кажущимся УЭС по двухслойной среде «скважина-пласт» (т.е. некоторым эффективным УЭС среды вне скважины).

• Затем значение рп по палетке Дф0(рп) пересчитывается в значение

Дфо-

Отметим, что для пластов с проникновением этот алгоритм является приближенным.

Рис. 3. Двухслойные палетки для подавления влияния эксцентриситета.

На рис. 4 приведен пример интерпретации практических данных в газонасыщенном коллекторе (рс = 0.2 Ом-м). Результатом инверсии исходных данных является модель с широкой понижающей зоной проникновения. УЭС пласта по сравнению с полученным при интерпретации данных с подавленным влиянием эксцентриситета, завышено в 5.6 раз. Ширина зоны проникновения по результатам интерпретации исходных данных значительно больше истинной.

Таким образом, на интервалах непроницаемых пород влияние скважины приводит к расхождению диаграмм разноглубинных зондов и к определению «ложных» понижающих зон проникновения при интерпретации. На интервалах коллекторов УЭС зоны проникновения занижается, а УЭС пласта завышается.

Рис. 4. Пример интерпретации в газонасыщенном коллекторе (рс = 0.2 Ом-м). Слева - интерпретация исходных данных, справа - интерпретация данных с подавленным влиянием эксцентриситета.

Применение предложенных способов качественной и количественной интерпретации диаграмм ВИКИЗ в условиях сильного контраста рп и рс позволяет повысить точность результатов интерпретации, что, в свою очередь, увеличивает достоверность выделения коллекторов и определения их фильтрационно-ёмкостных характеристик. На основе предложенных способов созданы соответствующие алгоритмы и программы для новой системы интерпретации данных электрических и электромагнитных зондирований EMF Pro (И.Н. Ельцов, А.А. Власов, А.Ю. Соболев и др., ИНГГ СО РАН, 2008 г.).

Глава 3. ДИАГРАММЫ ВИКИЗ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ УЭС МЕЖДУ ПЛАСТАМИ ГОРНЫХ ПОРОД

В разделе 3.1 рассматриваются особенности диаграмм ВИКИЗ при перпендикулярном пересечении пласта скважиной. Анализ синтетических диаграмм для пластов слабоконтрастных по УЭС с вмещающими породами проводился Ю.Н. Антоновым, 1979 г. и др. Для детального анализа в случае более высоких контрастов соискателем проведены расчеты диаграмм в широкой области параметров моделей (контраст УЭС - от 1/1 до 1/10000, мощность пласта - от 0.01 до 3 м). Расчет диаграмм выполнен в программе для горизонтально-слоистых моделей без учета влияния скважины (B.C. Могилатов, М.И. Эпов, М.Н. Никитенко, ИНГГ СО РАН). Установлено, что, как и в случае слабых контрастов, выше кровли высоко-омного пласта образуется экстремум, в котором рк становятся незначительно ниже УЭС вмещающих пород (т.е. выходит за диапазон УЭС среды) (рис. 5). Аналогичный экстремум наблюдается и выше подошвы низкоомного пласта. Амплитуды этих экстремумов увеличиваются с

ростом контраста УЭС, но даже при высоких контрастах рк снижается незначительно. Кроме того, анализ всего массива синтетических диаграмм при перпендикулярном пересечении пласта скважиной показал, что сигналы не могут принимать отрицательных значений. В то же время на практических диаграммах в вертикальных скважинах встречаются интервалы с отрицательными значениями. Значит, к появлению отрицательных сигналов приводит наличие других объектов, например, высокопроводя-щей скважины, каверн или трещин, заполненных высокопроводящим буровым раствором.

Рис. 5. Диаграммы при перпендикулярном пересечении пласта скважиной.

В разделе 3.2 рассмотрены диаграммы при наклонном пересечении пласта скважиной. Причина качественного отличия полей в моделях при перпендикулярном и наклонном пересечении пласта скважиной заключается в наборе источников, определяющих вторичное поле. При перпендикулярном пересечении сигналы определяются только вихревыми токами в среде. При наклонном - сигналы определяются ещё и поверхностными зарядами на кровле и подошве пласта, которые образуются при их пересечении электрическим полем. Кроме того, влияние пласта может быть существенным даже при большом удалении зонда от места пересечения скважины с пластом, так как расстояние от скважины до пласта по нормали на протяженном интервале остается незначительным. Особенности поведения синтетических диаграмм ВИКИЗ при наклонном пересечении пласта скважиной ранее были рассмотрены в работах М.И. Эпова, К.В. Сухоруковой , М.Н. Никитенко и др. Было показано, что диаграммы отличаются от диаграмм при перпендикулярном пересечении дополнительными экстремумами в области границ пластов, которые обусловлены взаимовлиянием полей вихревых токов и зарядов на границах. Кроме того, утверждалось, что сигналы обладают достаточной чувстви-

тельностью к углу между скважиной и плоскостью напластования, что позволяет определять эти углы при инверсии диаграмм.

Соискателем проведен анализ результатов численного моделирования для моделей сильно контрастных пластов в широкой области параметров (контраст УЭС - от 1/1 до 1/10000, мощность пласта - от 0.01 до 3 м, зенитный угол - от 30° до 88°). В результате анализа показано, что в случае высокого контраста рк могут значительно выходить за диапазон истинных УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения в экстремумах на границах пластов (рис. 6). Амплитуда таких экстремумов возрастает при увеличении контраста УЭС пласта и вмещающих пород. При увеличении угла наклона скважины амплитуда экстремумов увеличивается до углов 60 - 80°, а при больших углах падает. Границы пласта соответствуют минимальным показаниям разностей фаз, за исключением подошвы низкоомного пласта, которая при мощности пласта меньшей длины зонда соответствует максимальным показаниям.

(зенитный угол - 60°).

В разделе 3.3 проводится анализ результатов численного моделирования тонкослоистых и макроанизотропных пластов при наклонном пересечении их скважиной. М.И. Эповым, К.В. Сухоруковой, соискателем и др. установлено, что при высоких значениях макроанизотропии и при высоком контрасте УЭС пропластков в тонкослоистом пласте разности фаз также могут принимать отрицательные значения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами работы являются установленные особенности диаграмм ВИКИЗ и разработанные способы их интерпретации при сильном контрасте УЭС в среде.

Диаграммы ВИКИЗ в сильно контрастных средах имеют качественные отличия от диаграмм при меньших контрастах. Поэтому учет выявленных, в рамках работы, особенностей диаграмм характерных для сильно контрастных сред позволяет проводить более достоверную качественную интерпретацию (расстановка границ пластов, оценки УЭС на качественном уровне, определение характера проникновения бурового раствора по виду диаграмм).

В работе было установлено, что при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород буровой раствор и эксцентриситет зонда оказывают существенное влияние на сигналы ВИКИЗ. Для качественной интерпретации в этих случаях разработан способ расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда. Диаграммы, вычисленные таким образом, в отличие от диаграмм кажущихся УЭС по модели однородной среды, избавлены от влияний раствора и эксцентриситета и зависят только от распределения УЭС вне скважины. С использованием такой трансформации на качественном уровне точнее оценивается характер проникновения бурового раствора в пласт. Для повышения достоверности количественной интерпретации разработан способ подавления влияния эксцентриситета на сигналы перед инверсией кривой зондирования по стандартной методике в рамках одномерной осесиммет-ричной цилиндрически-слоистой модели.

Эти способы основаны на использовании автоматизированного расчета по двухслойным палеткам, что позволяет избежать решения затратных по времени обратных трехмерных задач. Вместе с этим, такой подход является приближенным для количественной интерпретации в пластах с проникновением бурового раствора.

Анализ особенностей диаграмм ВИКИЗ и разработка новых способов и методик их интерпретации в условиях сильного контраста УЭС, несомненно, должны быть продолжены. Во-первых, в данной работе рассмотрены только некоторые из моделей с высоким контрастом УЭС: цилиндрически-слоистые при различном положении зонда относительно оси скважины и горизонтально-слоистые при различных углах пересечения границ скважиной. Необходим анализ особенностей диаграмм и разработка методик их интерпретации в более сложных, трехмерных, моделях при одновременном наличии радиальной и вертикальной неоднородности среды, а также при наличии каверн и трещин на стенке скважины. Во-вторых, очень важным является развитие более быстрых и точных трехмерных алгоритмов, так как именно при сильных контрастах УЭС в среде «трехмерность» (наклонные границы, смещение зонда с оси скважины) оказывает наибольшее влияние на сигналы. Их развитие позволит прово-

дить более точную количественную интерпретацию на основе решения обратных трехмерных задач.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Игнатов, В. С. Влияние сопротивления бурового раствора на разности фаз и относительные разности амплитуд ВИКИЗ [Текст] / В. С. Игнатов // ГЕО-Сибирь-

2006. Т. 5. Недропользование. Новые направления технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых : сб. материалов междунар. на-учн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2006». - Новосибирск : СГГА, 2006. - С. 189 - 193.

2. Игнатов, В. С. Синтетические сигналы ВИКИЗ в тонкослоистых коллекторах, вскрытых скважинами на сильно проводящем буровом растворе [Текст] / В. С. Игнатов // «Трофимуковские чтения 2006». Научная конференция молодых ученых, аспирантов, студентов, посвященная 95-летию со дня рождения академика Андрея Алексеевича Трофимука : Материалы. - Новосибирск : ИНГГ СО РАН,

2007.-С. 138- 139.

3. Игнатов, В. С. Влияние эксцентриситета зонда на сигналы высокочастотного электромагнитного каротажа [Текст] / В. С. Игнатов, К. В. Сухорукова // НТВ «Каротажник». - Тверь : Изд. АИС, 2009. - Вып. 182. - С. 101-110.

4. Игнатов, В. С. Учет влияния скважины и эксцентриситета на показания ВИКИЗ [Текст] / В. С. Игнатов, К. В. Сухорукова // ГЕО-Сибирь-2009. Т. 2. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технология поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых: сб. матер. V Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2009». - Новосибирск : СГГА, 2009. - С. 189 - 193.

5. Игнатов, В. С. Интерпретация данных ВИКИЗ с учетом эксцентриситета [Текст] / В. С. Игнатов // Тезисы докладов Первой международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем». - Киев : Институт геофизики им. С.И. Субботина HAH Украины, 2009. - С. 7 - 8.

Технический редактор Т.Л.Халина

Подписано к печати 11.03.2010 Формат 60x84/16. Бумага офсет № 1. Гарнитура Тайме. Офсетная печать

_Печ. л. 0,9. Тираж 120. Заказ № 38_

ИНГГ СО РАН, ОИТ. 630090, Новосибирск, пр-п. Ак. Коптюга, 3

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Игнатов, Владимир Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СИГНАЛЫ ВИКИЗ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ

УЭС В СРЕДЕ.

1.1. Сигналы ВИКИЗ в однородных и неоднородных контрастных средах.

1.2. Неоднозначность определения значений сигналов при измерениях и расчетах.

Глава 2. ДИАГРАММЫ ВИКИЗ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ

УЭС БУРОВОГО РАСТВОРА И ГОРНЫХ ПОРОД.

2.1. Влияние бурового раствора и эксцентриситета зонда на сигналы ВИКИЗ.

2.2. Определение кажущегося УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда.

2.3. Подавление влияния эксцентриситета зонда на сигналы.

Глава 3. ДИАГРАММЫ ВИКИЗ ПРИ СИЛЬНОМ КОНТРАСТЕ

УЭС МЕЖДУ ПЛАСТАМИ ГОРНЫХ ПОРОД.

3.1. Диаграммы в контрастных пластах при перпендикулярном пересечении их скважиной.

3.2. Диаграммы в контрастных пластах при наклонном пересечении их скважиной.

3.3. Диаграммы в тонкослоистых и макроанизотропных пластах

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Диаграммы высокочастотных электромагнитных каротажных зондирований и способы их интерпретации при сильном контрасте электрических сопротивлений в среде"

Объектом исследования работы являются диаграммы высокочастотных индукционных каротажных изопараметрических зондирований (ВИКИЗ) и способы их интерпретации при сильном контрасте удельных электрических сопротивлений (УЭС) в среде.

Актуальность. В настоящее время метод ВИКИЗ все больше применяется для исследований в контрастных средах (в скважинах, заполненных буровыми растворами с высокой электропроводностью, и в разрезах с контрастными по УЭС горными породами). Использование традиционных методик качественной и количественной интерпретации в этих случаях может приводить к недостоверным результатам. Сравнительно небольшие объекты (скважина или пласт малой мощности), контрастные по УЭС с вмещающей средой, оказывают существенное влияние на измеряемые сигналы. Кроме того, значительное влияние на диаграммы в контрастных средах оказывают поверхностные заряды на геоэлектрических границах и взаимодействие индуцированных вихревых токов. В частности, эти факторы приводят к тому, что кажущиеся УЭС, определенные по модели однородной среды, могут выходить за диапазон истинных УЭС в среде, а измеренные сигналы (разности фаз) могут принимать отрицательные значения, для которых не существует трансформации в кажущиеся УЭС по однородной среде. Влияние поверхностных зарядов, возникающих на стенке скважины при смещении зонда с её оси и на границах пластов при наклонном пересечении их скважиной, не учитывается при интерпретации данных в рамках моделей с зондом на оси скважины и со скважиной перпендикулярной к плоскости напластования. В связи с этим, актуальным является выявление особенностей диаграмм ВИКИЗ (форма кривых зондирования и кривых профилирования, уровень сигналов) и разработка новых способов их достоверной интерпретации при сильных контрастах УЭС в среде.

Цель исследований - повышение достоверности и информативности интерпретации данных ВИКИЗ, полученных при сильных контрастах УЭС в среде, путем выявления особенностей диаграмм на основе анализа результатов трёхмерного численного моделирования и разработки новых способов интерпретации, учитывающих влияние бурового раствора и смещение зонда с оси скважины.

Научные задачи исследования

1. На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования выявить особенности диаграмм ВИКИЗ при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Разработать способы качественной и количественной интерпретации, учитывающие влияние бурового раствора и смещения зонда с оси скважины.

2. На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования выявить особенности диаграмм ВИКИЗ при сильном контрасте УЭС между пластами и при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.

Фактический материал и методы исследования. Теоретической основой решения поставленных задач является теория метода высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ). При проведении численного моделирования сигналов ВИКИЗ использовались: программа для расчета в трехмерных моделях с учетом корпуса прибора и программа для расчета в горизонтально-слоистых моделях при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования. Для инверсии кривых зондирования ВИКИЗ в рамках цилиндрически-слоистых осесимметричных моделей использовались системы интерпретации МФС ВИКИЗ и EMF Pro.

Перечисленная выше программно-алгоритмическая база разработана в ИНГГ СО РАН (Эпов М.И., Ельцов И.Н., Власов А.А., Нечаев О.В., Никитенко М.Н., Соболев А.Ю. и др.). Для опробования разработанных способов интерпретации использовались промышленные данные ВИКИЗ, полученные в нефтегазовых скважинах Северного Кавказа, Западной и Восточной Сибири (в частности, данные из параметрической скважины на Чайкинской площади в рамках договора № 409-16, 2009 г.). Выполнен сравнительный анализ полученных результатов с результатами интерпретации традиционными способами (качественной интерпретации по диаграммам кажущихся УЭС, рассчитанным по модели однородной среды; количественной интерпретации в рамках осесимметричных цилиндрически-слоистых моделей без подавления влияния эксцентриситета).

Защищаемые научные результаты:

1. Анализ результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ показал, что при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород сигналы могут существенно отличаться от сигналов в однородной среде с УЭС горных пород. Причем сигналы зондов, расположенных на оси скважины, ниже сигналов в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот — выше.

Для повышения достоверности и информативности интерпретации данных ВИКИЗ:

- разработан способ расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и смещения зонда с оси скважины на основе использования двухслойных палеток;

- разработан способ количественной интерпретации, основанный на подавлении влияния смещения зонда с оси скважины на сигналы с применением двухслойных палеток перед инверсией кривых зондирования в рамках одномерной цилиндрически-слоистой осесимметричной модели.

2. Анализ результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ показал, что при сильном контрасте УЭС между пластами и наклонном пересечении скважиной плоскости напластования значения кажущихся УЭС в экстремумах на границах пластов могут значительно выходить за диапазон УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения.

Новизна работы. Личный вклад. В рамках работы установлены особенности диаграмм ВИКИЗ в сильно контрастных по УЭС средах и разработаны оригинальные способы их интерпретации.

1. На основе анализа результатов трехмерного численного моделирования сигналов ВИКИЗ в условиях сильного контраста УЭС бурового раствора и горных пород установлены следующие особенности диаграмм:

Сигналы при наличии бурового раствора могут существенно отличаться от сигналов в однородной среде с УЭС горных пород. Так, сигналы зондов, расположенных на оси скважины, ниже сигналов в однородной среде, а сигналы зондов, расположенных на стенке скважины, наоборот — выше.

На интервалах непроницаемых пород влияние бурового раствора и смещения зонда с оси скважины приводит к расхождению кривых разноглубинных зондов и, как следствие, к определению «ложных» понижающих зон проникновения при интерпретации. На интервалах коллекторов УЭС зоны проникновения при интерпретации занижается, а УЭС неизмененной части пласта завышается.

Для зондов, расположенных на оси скважины, сигналы могут принимать отрицательные значения.

- Кривая зондирования для прибора, расположенного на стенке скважины, может быть немонотонной даже при отсутствии зоны проникновения в пласте.

2. Для учета влияния контрастного по УЭС бурового раствора и смещения зонда с оси скважины (эксцентриситета) разработаны два способа интерпретации данных ВИКИЗ:

- расчет кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда по двухслойным палеткам - применяется при качественной интерпретации;

- подавление влияния эксцентриситета на сигналы по двухслойным палеткам — применяется при количественной интерпретации в рамках одномерной осесимметричной цилиндрически-слоистой модели.

Созданы алгоритмы и программы для расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда, а также для подавления влияния эксцентриситета на сигналы.

3. Проанализированы синтетические диаграммы ВИКИЗ, полученные в моделях пласта, контрастного по УЭС с вмещающими породами, при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.

- Установлено, что в случае перпендикулярного пересечения пласта скважиной, при любом контрасте УЭС пласта и вмещающих пород, отрицательных разностей фаз не возникает, а кажущиеся УЭС могут лишь незначительно выходить за диапазон истинных УЭС среды. Следовательно, отрицательные разности фаз, регистрируемые в вертикальных скважинах, вызваны либо влиянием самой скважины, либо каверн и трещин, заполненных высокопроводящим буровым раствором.

- В случае наклонного пересечения пласта наличие поверхностных зарядов приводит к тому, что в экстремумах на границах пластов кажущиеся УЭС могут значительно выходить за диапазон истинных УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения. Амплитуда таких экстремумов возрастает при увеличении контраста УЭС пласта и вмещающих пород. При увеличении угла наклона скважины амплитуда экстремумов увеличивается до углов 60 - 80°, а при больших углах падает. Границы пласта соответствуют минимальным показаниям разностей фаз, за исключением подошвы низкоомного пласта, которая при мощности пласта, меньшей длины зонда, соответствует максимальным показаниям.

Практическая значимость результатов. Результаты выполненной работы являются, прежде всего, вкладом в развитие методики интерпретации данных ВИКИЗ. Учет выявленных особенностей диаграмм позволяет повысить достоверность результатов качественной интерпретации в контрастных по УЭС средах (расстановка границ пластов, оценки УЭС на качественном уровне, определение характера проникновения по виду диаграмм). Использование разработанных способов качественной и количественной интерпретации повышает достоверность результатов при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород. Повышение достоверности результатов интерпретации данных ВИКИЗ, в свою очередь, увеличивает надежность выделения коллекторов и определения их фильтрационно-ёмкостных характеристик. На основе разработанных способов интерпретации созданы соответствующие алгоритмы и программы для новой системы интерпретации данных электрических и электромагнитных зондирований EMF Pro, которая в настоящее время внедряется в производственных организациях.

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на различных российских и международных конференциях: XLII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2004), Восьмой уральской научной школе по геофизике (Пермь, 2007), VI Международной научно-практической конференции «Геофизика-2007» (Санкт-Петербург, 2007), Научных конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов «Трофимуковские чтения 2006, 2007, 2008» (Новосибирск, 2006, 2007,

2008), 19th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth (Beijing, 2008), Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь-2006,2009» (Новосибирск, 2006, 2009), Международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем» (Киев,

2009).

По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них: 1 статья в рецензируемом журнале НТВ «Каротажник» из перечня ВАК, 4 — материалы конференций.

Благодарности. Автор выражает благодарность руководителям своих дипломных работ, выполненных за время обучения в НГУ, к.т.н. К.В. Сухоруковой и к.т.н. В.Н. Ульянову за полученный от них богатый опыт в области обработки и интерпретации данных ГИС. При выполнении работы автор неизменно пользовался советами и рекомендациями, помощью и поддержкой своих коллег — сотрудников Лаборатории электромагнитных полей ИНГТ СО РАН и благодарит д.т.н. Ю.Н. Антонова, д.т.н. И.Н. Ельцова, к.т.н. К.В. Сухорукову, к.ф.-м.н. В.Н. Глинских, к.т.н. М.Н. Никитенко, к.т.н. А.Ю. Соболева, к.г.-м.н. М.А. Павлову. Автор благодарен к.т.н. В.Н. Ерёмину, ведущему специалисту научно-производственного предприятия геофизической аппаратуры «Луч», за полезное обсуждение вопросов по аппаратуре ВИКИЗ и к.ф.-м.н. О.В. Нечаеву за проведение необходимого для работы численного моделирования сигналов ВИКИЗ. Автор глубоко благодарен д.т.н. академику РАН М.И. Эпову за научное руководство, постоянное внимание и поддержку, без которых работа не была бы выполнена.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 85 страниц машинописного текста, 41 рисунок и 1 таблицу. Библиография включает 77 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Игнатов, Владимир Сергеевич

Выводы

Проанализированы синтетические диаграммы ВИКИЗ, полученные в моделях пласта, контрастного по УЭС с вмещающими породами, при различных углах встречи скважины с плоскостью напластования.

Установлено, что в случае перпендикулярного пересечения пласта скважиной, при любом контрасте УЭС пласта и вмещающих пород, отрицательных разностей фаз не возникает, а кажущиеся УЭС могут лишь незначительно выходить за диапазон истинных УЭС среды. Следовательно, отрицательные разности фаз, регистрируемые в вертикальных скважинах, вызваны либо влиянием самой скважины, либо каверн и трещин, заполненных высокопроводящим буровым раствором.

В случае наклонного пересечения пласта наличие поверхностных зарядов приводит к тому, что в экстремумах на границах пластов кажущиеся УЭС могут значительно выходить за диапазон истинных УЭС среды, а разности фаз могут принимать отрицательные значения. Амплитуда таких экстремумов возрастает при увеличении контраста УЭС пласта и вмещающих пород. При увеличении угла наклона скважины амплитуда экстремумов увеличивается до углов 60 - 80°, а при больших углах падает. Границы пласта соответствуют минимальным показаниям разностей фаз, за исключением подошвы низкоомного пласта, которая при мощности пласта, меньшей длины зонда, соответствует максимальным показаниям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами работы являются установленные особенности диаграмм ВИКИЗ и разработанные способы их интерпретации при сильном контрасте УЭС в среде.

Диаграммы ВИКИЗ в сильно контрастных средах имеют качественные отличия от диаграмм при меньших контрастах. Поэтому учет выявленных, в рамках работы, особенностей диаграмм характерных для сильно контрастных сред позволяет проводить более достоверную качественную интерпретацию (расстановка границ пластов, оценки УЭС на качественном уровне, определение характера проникновения бурового раствора по виду диаграмм).

В работе было установлено, что при сильном контрасте УЭС бурового раствора и горных пород буровой раствор и эксцентриситет зонда оказывают существенное влияние на сигналы ВИКИЗ. Для качественной интерпретации в этих случаях разработан способ расчета кажущихся УЭС с учетом влияния бурового раствора и эксцентриситета зонда. Диаграммы, вычисленные таким образом, в отличие от диаграмм кажущихся УЭС по модели однородной среды, избавлены от влияний раствора и эксцентриситета и зависят только от распределения УЭС вне скважины. С использованием такой трансформации на качественном уровне точнее оценивается характер проникновения бурового раствора в пласт. Для повышения достоверности количественной интерпретации разработан способ подавления влияния эксцентриситета на сигналы перед инверсией кривой зондирования по стандартной методике в рамках одномерной осесимметричной цилиндрически-слоистой модели.

Эти способы основаны на использовании автоматизированного расчета по двухслойным палеткам, что позволяет избежать решения затратных по времени обратных трехмерных задач. Вместе с этим, такой подход является приближенным для количественной интерпретации в пластах с проникновением бурового раствора.

Анализ особенностей диаграмм ВИКИЗ и разработка новых способов и методик их интерпретации в условиях сильного контраста УЭС, несомненно, должны быть продолжены. Во-первых, в данной работе рассмотрены только некоторые из моделей с высоким контрастом УЭС: цилиндрически-слоистые при различном положении зонда относительно оси скважины и горизонтально-слоистые при различных углах пересечения границ скважиной. Необходим анализ особенностей диаграмм и разработка методик их интерпретации в более сложных, трехмерных, моделях при одновременном наличии радиальной и вертикальной неоднородности среды, а также при наличии каверн и трещин на стенке скважины. Во-вторых, очень важным является развитие более быстрых и точных трехмерных алгоритмов, так как именно при сильных контрастах УЭС в среде «трехмерность» (наклонные границы, смещение зонда с оси скважины) оказывает наибольшее влияние на сигналы. Их развитие позволит проводить более точную количественную интерпретацию на основе решения обратных трехмерных задач.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Игнатов, Владимир Сергеевич, Новосибирск

1. Антонов, Ю. Н. ВИКИЗ - обоснование и интерпретация Текст. / Ю. Н. Антонов, М. И. Эпов // Состояние и пути развития высокочастотного электромагнитного каротажа. — Новосибирск, НИЦ ОИГГМ СО РАН : Изд-во СО РАН, 1998. - С. 6 - 14.

2. Антонов, Ю. Н. Высокочастотные индукционные методы электрометрии нефтяных и газовых скважин Текст. / Ю. Н. Антонов // Геология и геофизика. 1987. - №4. - С. 86 - 95.

3. Антонов, Ю. Н. Высокочастотный индукционный каротаж Текст. / Ю.Н.Антонов, Б. И. Приворотский. Новосибирск: Наука, 1975. -260 с.

4. Антонов, Ю. Н. К обоснованию высокочастотного индукционного каротажа для изучения неоднородных пластов-коллекторов Текст. / Ю. Н. Антонов // Электромагнитные методы исследования скважин. -Новосибирск : Наука, 1979. С. 5 - 6.

5. Антонов, Ю. Н. Моделирование зондов изопараметрического каротажного зондирования Текст. / Ю. Н. Антонов, В. С. Кривопуцкий // Геология и геофизика. 1981. - № 10. - С. 127 -131.

6. Антонов, Ю. Н. Состояние и перспективы развития метода и аппаратуры высокочастотного индукционного зондирования нефтегазовых скважин Текст. / Ю. Н. Антонов // НТВ «Каротажник». Тверь, 1995. - № 16. - С. 86 - 95.

7. Антонов, Ю. Н. Устройство для электромагнитного каротажа скважин Текст. : пат. 2063053, страна 643 / Ю. Н. Антонов. № 94035510/25 ; заявл. 22.09.94 ; опубл. 27.06.96.

8. Аппаратура высокочастотного индукционного каротажного иёзопараметрического зондирования — проблемы надежности и качества Текст. / С. С. Жмаев, В. В. Киселёв, А. Н. Петров,

9. B. П. Снопков, В. Н. Ульянов // НТВ «Каротажник». Тверь, 1997. -Вып. 34. - С. 64 - 70.

10. Устройство для каротажного электромагнитного зондирования Текст. : А.с. 1004940 (СССР) / Ю. Н. Антонов, Жмаев С. С. [и др.]. Б.И. -1983.-№ 10.

11. Басарыгин, Ю. М. Бурение нефтяных и газовых скважин Текст. : Учеб. пособие для вузов / Ю. М. Басарыгин, А. И. Булатов, Ю. М. Проселков М. : ООО "Недра-Бизнесцентр", 2002. - 632 с.

12. Вержбицкий, В. В. Влияние анизотропии на показания индукционных зондов смещенных с оси скважины Текст. / В. В. Вержбицкий, О. Б. Кузьмичев, Т. Г. Юматова // Изв. вузов. Геол. И разведка. 1991. - № 6. - С. 97-101.

13. Вержбицкий, В. В. Прямые задачи электрокаротажа горизонтальных скважин Текст. / В. В. Вержбицкий // Физика Земли. 1997. - №3.1. C. 71-74.

14. Вержбицкий, В. В., Решение прямых задач каротажа сопротивлений и индукционного каротажа в средах с нарушением осевой симметрии Текст. : афтореф. дис. . к-та тех. наук / В. В. Вержбицкий. Москва, 1989.- 19с.

15. Материалы Международной научной конференции 6-7 июня 2006 г.- Усть-Каменогорск, 2006. С. 18 - 20.

16. Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование Текст. : Методические рекомендации / Сост.: Ю. Н. Антонов, С. С. Жмаев. Институт геологии и геофизики СО АН СССР, Новосибирск, 1979. - 104 с.

17. Даев, Д. С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин Текст. / Д. С. Даев. М. : Недра, 1974. - 192 с.

18. Дахнов, В. Н. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин Текст. / В. Н. Дахнов. М. : Недра, 1972. - 365 с.

19. Дахнов, В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин Текст. / В. Н. Дахнов. М. : Недра, 1981. - 344 с.

20. Дебранд, Р. Теория и интерпретация геофизических методов исследования скважин Текст. / Р. Дебранд. М. : Недра, 1972. - 289 с.

21. Добрынин, В. М. Геофизические исследования скважин Текст. / В. М. Добрынин, Б. Ю. Вендельштейн, Р. А. Резванов, А. Н. Африкян.- М. : Изд. «Нефть и газ», 2004. 397 с.

22. Долль, Г. Г. Теория индукционного метода исследований разрезов скважин и его применение в скважинах, пробуренных с глинистым раствором на нефти Текст. / Г. Г. Долль // Вопросы промысловой геофизики. — М. : Гостоптехиздат, 1957. С. 252 - 275.

23. Дьяконов, Д. И. Общий курс геофизических исследований скважин Текст. / Д. И. Дьяконов, Е. И. Леонтьев, С. Г. Кузнецов. М. : Недра, 1977.-381 с.

24. Ельцов, И. Н. Анализ и инверсия каротажных диаграмм в системе МФС ВИКИЗ-98 Текст. / И. Н. Ельцов, М. И. Эпов, В. Н. Ульянов,

25. М. Н. Никитенко, А. Ю. Соболев, А. М. Пестерев // Каротажник. -2000. № 74. с. 70 - 84.

26. Ельцов, И. Н. Новый системный подход к интерпретации данных ГИС и ГТИ на основе комплексных геофизических и гидродинамических моделей Текст. / И. Н. Ельцов, М. И. Эпов, А. А. Кашеваров // Технологии ТЭК. 2008. - №5. С. 12-18.

27. Жмаев, С. С. Аппаратура электромагнитного каротажного зондирования для исследования нефтяных скважин Текст. : дис. . канд. техн. наук / С. С. Жмаев. Новосибирск, 1985. - 170 с.

28. Игнатов, В. С. Влияние эксцентриситета зонда на сигналы высокочастотного электромагнитного каротажа Текст. / В. С. Игнатов, К. В. Сухорукова // НТВ «Каротажник». — Тверь : Изд. АИС, 2009. Вып. 182. — С. 101-110.

29. Игнатов, В. С. Синтетические сигналы ВИКИЗ в тонкослоистых коллекторах, вскрытых скважинами на сильно проводящем буровом растворе Текст. / В. С. Игнатов // «Трофимуковские чтения 2006».

30. Научная конференция молодых ученых, аспирантов, студентов, посвященная 95-летию со дня рождения академика Андрея Алексеевича Трофимука. 3—4 октября 2006 г. : Материалы. Новосибирск : ИНГГ им А. А. Трофимука СО РАН, 2007. С. 138 -139.

31. Итенберг, С. С. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин Текст. / С. С. Итенберг. М. : Недра, 1987. -376 с.

32. Кауфман, А. А. Введение в теорию геофизических методов. Текст. / А. А. Кауфман Часть 2 : Электромагнитные поля : Пер. с англ. Ю. А. Дашевского М. : ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 483 с.

33. Кауфман, А. А. Радиальные характеристики индукционных зондов, смещенных относительно оси скважины Текст. / А. А. Кауфман, А. М. Каганский, В. С. Кривопуцкий // Геология и геофизика. 1974. -№7.-С. 102-116.

34. Кауфман, А. А. Теория индукционного каротажа Текст. /

35. A. А. Кауфман. Новосибирск : Наука, 1965. - 236 с.

36. Кривопуцкий, В. С. Влияние несимметричного расположения фокусирующих зондов на радиальные характеристики Текст. /

37. B. С. Кривопуцкий // О радиальных и вертикальных характеристикахнекоторых фокусирующих систем : Препринт ИГиГ СО АН СССР. -Новосибирск. 1974. - С. 34 - 47.

38. Леонтьев, Е. И. Влияние угла встречи оси скважины с плоскостью пласта на показания индукционного метода Текст. / Е. И. Леонтьев, И. Е. Леонтьева // Геофизические методы поисков и разведки месторождений нефти и газа. — Пермь, 1988. С. 10 — 17.

39. Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газа объёмным методом Текст. / Под редакцией В. И. Петерсилье, В. И. Пороскуна, Г. Г. Яценко. Москва-Тверь : ВНИГНИ, НПЦ «Тверьгеофизика», 2003. - 130 с.

40. Нестеров, И. И. Нефтяные и газовые месторождения Западной Сибири Текст. / И. И. Нестеров, Ф. К. Салманов, К. А. Шпильман. М. : Недра, 1971.-464 с.

41. Никитенко, М. Н. Новый подход к оценке удельного сопротивления пластов по данным ВИКИЗ Текст. / М. Н. Никитенко, А. В Шлык // НТВ "Каротажник". -Тверь : Изд. АИС, 2005. Вып. 135. - С. 93 - 99.

42. Плюснин, М. И. Индукционный каротаж Текст. / М. И. Плюсин. М : Недра, 1968.-142 с.

43. Рытов, С. М. Электромагнитные свойства мелкослоистой среды Текст. / С. М. Рытов // ЖЭТФ. 1955. - Т. 29, вып. 5. - С. 605 - 616.

44. Соболев, А. Ю. Автоматизированная оценка радиального распределения электропроводности в пластах-коллекторах по данным высокочастотных индукционных каротажных зондирований Текст. /

45. А. Ю. Соболев, И. Н. Ельцов // Состояние и пути развития высокочастотного электромагнитного каротажа. Новосибирск : НИЦ ОИГГМ СО РАН, Изд-во СО РАН, 1998. - С. 56 - 59.

46. Соболев, А. Ю. Компьютерная система для имитации и интерпретации данных высокочастотных электромагнитных каротажных зондирований Текст. : афтореф. дис. . к-та тех. наук / А. Ю. Соболев. Новосибирск, 2008. - 17 с.

47. Сухорукова, К. В. Развитие методики интерпретации данных высокочастотных электромагнитных зондирований в скважинах с горизонтальным завершением Текст. : афтореф. дис. . к-та тех. наук / К. В. Сухорукова. Новосибирск, 1998. - 19 с.

48. Технология исследования нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ Текст. : Методическое руководство / ред. М. И. Эпов, Ю. Н. Антонов.- Новосибирск : НИЦ ОИГГМ СО РАН, Издательство СО РАН, 2000.- 122 с.

49. Трофимук, А. А. Нефтегазоносность Сибирской платформы Текст. / А. А. Трофимук // Геология и геофизика. 1960. - № 7. - С. 3 - 11.

50. Щукин, А. А. Строительство скважин Текст. : Учебное пособие /

51. A. А. Щукин. Томск : Изд-во SST, 2005. - 588 с.

52. Эпов, М. И. Метрологическое обеспечение аппаратуры электромагнитного каротажа Текст. / М. И. Эпов, С. С. Жмаев,

53. B. Н. Ульянов // НТВ "Каротажник". Тверь : ГЕРС, 1997. - вып. 34.1. C. 101-112.

54. Эпов, М. И. Об инверсии диаграмм ВИКИЗ в контрастных тонкослоистых коллекторах, вскрытых пологими скважинами Текст. / М. И. Эпов, М. Н. Никитенко, К. В. Сухорукова // Каротажник. 2006. -№6(147).-С. 84- 100.

55. Эпов, М. И. Особенности высокочастотных индукционных зондирований в скважинах с горизонтальным завершением Текст. / М. И. Эпов, К. В. Сухорукова, М. Н. Никитенко, Ю. Н. Антонов // Геология и геофизика. 1998. - №5. - С. 649 - 656.

56. Эпов, М. И. Оценка параметров тонкослоистых коллекторов по данным ВИКИЗ в горизонтальных скважинах Текст. / М. И. Эпов, К. В. Сухорукова, М. Н. Никитенко // Геология и геофизика. — 1998. — №11.-С. 134-140.

57. Эпов, М. И. Оценка электрической анизотропии по диаграммам ВИКИЗ Текст. / М. И. Эпов, К. В. Сухорукова, М. Н. Никитенко // НТВ "Каротажник". Тверь : ГЕРС, 1999. - вып. 54. - С. 17 - 29.

58. Эпов, М. И. Прямое трёхмерное моделирование векторного поля для задач электромагнитного каротажа Текст. / М. И. Эпов, Э. П. Шурина, О. В. Нечаев // Геология и геофизика. 2007. -Т. 48. -№9.-С. 989-995.

59. Эпов, М. И. Система одномерной интерпретации данных высокочастотных индукционных каротажных зондирований Текст. / М. И. Эпов, Э. П. Шурина, О. В. Нечаев // Геология и геофизика. -1993.-№ 2.-С. 124-130.

60. Avdeev, D. В. Three-Dimensional Modeling of Electromagnetic Logs from Inclined-Horizontal Wells Текст. / D. В. Avdeev, A. V. Kuvshinov, K. A. Epova // Izvestiya, Physics of Solid Earth. Vol. 38, no. 11.- 2002. -P. 975-980.

61. Bittar, M. S. The Effects of Rock Anisotropy on MWD Electromagnetic Wave Resisivity Sensors Текст. / M. S. Bittar, P. F. Rodney // The Log Analist. 1996. - V. 37, no.l. - P. 20 - 30.

62. Cheryauka, A. B. High-Frequency Electromagnetic Soundings for Boreholes with Horizontal Completion Текст. / А. В. Cheryauka, M. I. Epov, M. N. Nikitenko / 58th Conf. of EAGE, Amsterdam. 1996. -Paper P. 170-172.

63. Cheryauka, A. B. Near-Borehole Studies by High-Frequency Induction Logging for Horizontal Wells Текст. / А. В. Cheryauka, M. I. Epov, A. V. Gribenko / Proc. 60th Conf. of EAGE, Leipzig. 1998. - P. 102.

64. Doll, H. G. Introduction to induction logging and application to logging of wells drilled with oil base mud Текст. / H. G. Doll // J. Petroleum Technology. 1946.-V. 11, no. 4.-P. 148-162.

65. Epov, M. I. Modeling of High-Frequency EM Tool Signals for Boreholes with horizontal completion Текст. / M. I. Epov, A. B. Cheryauka, К. V. Suhorukova / Proc. Of Work-shop on "EM Induction in the Earth", Onuma, Jupan. 1996. - P. 157 - 159.

66. Gianzero, S. Induction, Resistivity and MWD Tools in Horizontal Wells Текст. / S. Gianzaro, R. Chemali, S. M. Su // International meeting on

67. Petroleum engineering, proceedings, Society of Petroleum Engineers, United States. 1992. P. 191 - 199.

68. Gianzero, S. The response of an Induction Dipmeter and Standard Induction Tools to Dipping Beds Текст. / S. Gianzaro, S. M. Su // Geophysics. 1990. - V. 55, no. 9. - P. 1128 - 1140.

69. Graciet, S. Theory and Numerical Simulation of Induction and MWD Resisivity Tools in Anisotropic Dipping Beds Текст. / S. Graciet, L. C. Shen // The Log Analist. 1998. - V. 39, no. 1. - P. 33 - 39.

70. Hagiwara, T. A New Method to Determine Horizontal-Resistivity in Anisotropic Formations Without Prior Knowledge of Relative Dip Текст. / Т. Hagiwara // SPWLA 37th Annual Logging Symposium. 1996. - Paper Q.-8p.

71. Hagiwara, T. Anisotropic Shale and Induction Log Shoulder Bed Corrections for Deviated Boreholes Текст. / Т. Hagiwara // SPWLA 36th Annual Logging Symposium. 1995. - Paper P. - P. 1-25.

72. Hagiwara, T. Method for Analyzing Thinly Bedded Sand/Shale Formations Текст. Пат. док. 4739255, страна 840, МКИ 4 Е 21 В 49/00, НКИ 324/152; № 867, 976, заявл. 25.05.86., опубл. 19.04.88.

73. Hagiwara, Т. Shale Anisotropy Its Detection and Exploitation by Using a 2-MHz LWD Resistivity Device in High-Angle and Horizontal Wells Текст. / Т. Hagiwara С. E. Jackson // Canadian Well Logging Society Journal. - v. 20. - P. 50 - 59.

74. Hardman, R. H. Theory of Induction in Dipping Beds Текст. / R. H. Hardman, L. C. Shen // Geophysics. 1986. - V. 51. - P. 800 - 809.

75. Minerbo, G. An Adaptive Borehole Correction Scheme for Array Induction Tools Текст. / G. Minerbo, G. Grove // SPWLA 32nd Annual Logging Symposium. 1991. - Paper P. — 25 p.

76. Moran, J. H. Effects of Formation Anisotropy on Resistivity-Logging Measurements Текст. / J. H. Moran, S. Gianzero // Geophysics. 1979. -V. 44, no. 7.-P. 1266- 1286.

77. Nekut, A. G. Anisotropy Induction Logging Текст. / A. G. Nekut // Geophysics. 1994. - V. 59, iss. 3. - P. 345 - 350.

78. Sun, X. Analysis and correction of borehole effect on the responses of multicomponent induction logging tools Текст. / X. Sun, Z. Nie, A. Li, X. Luo // Progress in electromagnetic research, PIER 85. 2008. P. 211 -226.

79. Wu, P. Borehole effects and correction in OBM with dip and anisotropy for triaxial induction tools Текст. / P. Wu, H. Wang, G. Minerbo, D. Homan et al. // SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 11 14 November 2007. - EM 2.2. - 20 p.