Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методы поверки аппаратуры и экспресс интерпретация данных высокочастотных электромагнитных зондирований в терригенных нефтегазовых коллекторах

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ульянов, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ МЕТРОЛОГИИ

1.1 современное состояние электрических методов ГИС.

1.2 физико-математические основы метрологической поверки.

Электрические свойства растворов электролитов.

1.3 Электромагнитное поле магнитного диполя.

В однородной среде.

В присутствии тонкой проводящей пластины.

В цилиндрически-слоистой среде.

В присутствии тонкого проводящего кольца.

ГЛАВА 2. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ПОВЕРКА.

2.1 Анализ моделей.

2.2 Методика поверки.

ГЛАВА 3. ЭКСПРЕСС-ИНВЕРСИЯ ДАННЫХ ВИКИЗ.

3.1 трансформации измеренных значений ВИКИЗ.

3.2 Кажущиеся сопротивления в двухслойной среде.

3.3 Вопросы попластовой разбивки.

3.4 Характеристики пространственного разрешения зондов ВИКИЗ.

Радиальные характеристики.

Вертикальные характеристики.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИ Е.

4.1 Характеристика объектов исследования - скважин различного типа.

4.2 Основные задачи.

4.3 Общий подход к интерпретации в наклонных скважинах.

Выделение геологических границ.

Одномерная интерпретация данных ВИКИЗ.

Выделение ВНК.

Подходы к двумерной интерпретации.

4.4 Исследование контрольных скважин.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы поверки аппаратуры и экспресс интерпретация данных высокочастотных электромагнитных зондирований в терригенных нефтегазовых коллекторах"

Объектом исследования в работе являются методы достоверной оценки пространственного распределения удельного электрического сопротивления (УЭС) в околоскважинной части терригенного разреза, включая разработку метрологического обеспечения аппаратуры, изучение характеристик пространственного разрешения зондов электромагнитного каротажа и связанных с этим особенностей поведения диаграмм в различных пластах.

Построение алгоритмов и эффективность быстрой автоматической инверсии напрямую связаны с правильным определением погрешностей измерения. Массовое применение аппаратуры высокочастотного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ) при проведении ГИС на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири привело к его включению в обязательный комплекс и использованию при подсчете запасов. В этой связи предъявляются повышенные требования к достоверности результатов, которые являются основным, а в некоторых случаях единственным источником информации для определения истинного распределения УЭС в околоскважинном пространстве, определения типа флюидонасыщения и коэффициентов нефтегазонасыщения. Поэтому весьма актуальной является разработка метрологического обеспечения аппаратуры электромагнитного каротажа.

Цель исследований - развитие метода высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования через разработку метрологического обеспечения и системы экспресс-инверсии, обусловивших повышение достоверности информации о количественных и качественных характеристиках пород, вскрытых скважиной.

Решаемые научные задачи. ■ разработка способа и устройства метрологической поверки аппаратуры электромагнитного каротажа; на основании информации о погрешностях измерений построение алгоритмов и компьютерной системы экспресс-оценки пространственного распределения УЭС в тонкослоистом терригенном разрезе.

Фактический материал и методы исследования.

Теоретической основой являются решения прямых задач для магнитного диполя в различных типах неоднородных сред, сформулированные в работах М. И. Эпова и М. Н. Никитенко. В процессе исследования проводился анализ синтетических диаграмм зондов электромагнитного каротажа в различных средах и сопоставления их с результатами измерений как на лабораторных и натурных моделях, так и в реальных скважинных условиях. Диаграммы физического моделирования представляют тестовые записи приборов ВИКИЗ в баке с электролитом и данные измерений на модельном кольце, применяемом при настройке.

В процессе опробования алгоритмов быстрой инверсии были проинтерпретированы десятки каротажных диаграмм аппаратуры ВИКИЗ и АЛМАЗ полученных в ходе методических работ, проведенных автором на нефтегазовых месторождениях Среднего Приобья, Центрального Казахстана, терригенных залежах Волго-Уральской нефтяной провинции, Северо- и Юго-Восточного Китая.

Защищаемые научные результаты.

1. Обоснована и разработана методика, создано устройство метрологической поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, которые успешно применяются для определения погрешности измерения.

2. Разработан алгоритм и создана компьютерная система для экспресс-оценки геоэлектрического разреза по данным ВИКИЗ, что повысило эффективность и достоверность интерпретации в тонкослоистых коллекторах с толщиной прослоев 1.0 - 1.5 м

Научная новизна работы. Личный вклад. • Используя известное устройство метрологической поверки - проводящее кольцо, был предложен способ поверки — профилирование электромагнитных зондов. При этом было предложено:

• для уточнения математической модели - заменить дискретные резисторы в установке на провод высокого сопротивления, из которого изготовлено кольцо;

• для прецизионного перемещения кольца - специальная резьбовая конструкция;

• в качестве точки отсчета - использовать точку перехода через ноль кривой профилирования зондом.

• Для определения класса и параметров одномерной геоэлектрической модели предложено учитывать особенности формы кривой зондирования, которая напрямую зависит от строения околоскважинного пространства, т.е. различным классам геоэлектрических моделей соответствуют свои типы кривых.

• Созданы быстрые алгоритмы и программы экспресс-оценки удельного электрического сопротивления пластов, а также сопротивления и радиуса зоны проникновения.

• При помощи созданных программ проинтерпретировано большое количество диаграмм из скважин различных терригенных месторождений и получены промышленные заключения.

Практическая значимость результатов.

Серийно выпускаемое устройство для метрологической поверки ИМ-1, представляющее собой набор из пяти колец, а также устройство для крепления и перемещения кольца на корпусе скважинного прибора сертифицировано Сибирским государственным институтом метрологии для проведения поверки аппаратуры. Все геофизические предприятия, где применяется метод ВИКИЗ, в настоящее время используют имитатор ИМ-1 для периодической поверки приборов, согласно предложенной методике.

Используя предложенный способ и устройство, удалось доказать, что в основном диапазоне измерения разности фаз, от 4° до 50 относительная погрешность для всех зондов ВИКИЗ не превышает 3 %.

Значения относительной погрешности, определенные для каждого зонда используются при интерпретации данных в многофункциональной системе МФС ВИКИЗ, повышая тем самым точность и достоверность полученных значений геоэлектрических параметров.

Алгоритмы быстрой инверсии также используются для формирования начального приближения в системе МФС ВИКИЗ, что значительно ускоряет автоматическую инверсию. Система интерпретации МФС ВИКИЗ, в которой использованы эти алгоритмы, входит в стандартный комплект поставки аппаратуры ВИКИЗ и AJIMA3-2 (выпускается Научно-производственным предприятием геофизической аппаратуры «Луч»). С помощью этой системы производиться интерпретация практически всех данных ВИКИЗ, получаемых на месторождениях Западной Сибири и в других регионах.

В ходе выполнения опытно-методических работ автором лично сделаны адекватные заключения о наличии продуктивных прослоев в десятках исследованных методом ВИКИЗ скважинах самых различных нефтяных провинций, в том числе и на девяти месторождениях КНР.

Апробация работы и публикации.

Материалы исследований докладывались на конференциях и семинарах различного уровня: Всероссийский Научно-практический семинар «ГИС и проблемы качества» (Тверь, 1997 г.), Всероссийская научно-практическая конференция «Состояние и пути развития высокочастотного электромагнитного каротажа» (Новосибирск, 1998 г.), Международная конференция и выставка по геофизическим исследованиям скважин SPWLA (Москва, 1998 г.), Международная конференция «Пути развития и повышения эффективности электрических и электромагнитных методов изучения нефтегазовых скважин» (Новосибирск, 1999 г.), Международная конференция молодых ученых и специалистов « Геофизика -99» (Санкт-Петербург, 1999 г.), 5th SEGJ International Symposium "Imaging Technology" (Tokyo, 2001).

По теме диссертации опубликовано 16 работ. Автор является одним из составителей Методического руководства «Технология исследования нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ», утвержденного Министерством топлива и энергетики в качестве руководящего документа.

На способ и устройство метрологической поверки приборов электромагнитного каротажа получен патент.

За весь период обучения и работы автора поддерживали многие коллеги. Я глубоко благодарен С.С. Жмаеву, B.C. Могилатову, М.Н. Ни-китенко, И.Н. Ельцову, Ю.А. Дашевскому, Е.Ю. Антонову, К.В. Сухоруковой. Особо хочется отметить роль Ю.Н. Антонова, с лекций которого началась моя работа в геофизике.

Автор глубоко благодарен Генеральному директору НПП ГА «Луч» К.Н. Каюрову, а также главному конструктору В.Н. Еремину за постоянную и всестороннюю поддержку.

Автор особо признателен научному руководителю, доктору технических наук, профессору М.И. Эпову за доброжелательность и настойчивость в направлении автора к цели.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 116 страниц текста, в том числе 48 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 58 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Ульянов, Владимир Николаевич

Заключение

Основными результатами работы является выбор оптимальной модели, создание устройства и методики метрологической поверки аппаратуры электромагнитного каротажа, обоснование и создание алгоритма быстрой инверсии данных высокочастотного электромагнитного каротажа.

В работе рассмотрены основные способы метрологической поверки скважинных приборов электромагнитного и индукционного каротажа, с помощью математического моделирования определены основные параметры той или иной модели среды, затем выбрана наиболее оптимальная в технологическом плане модель - тонкое кольцо.

Для этого устройства рассчитаны основные параметры и оценены их погрешности. Создан полный комплект технической и эксплуатационной документации. Благодаря оптимальной конструкции имитатор ИМ-1 имеет высокую точность задания измеряемого сигнала, его собственная погрешность не превышает 1.2 %. Это позволяет измерять собственные погрешности аппаратуры в пределах 3.5 %, а так как в настоящее время технологический уровень производства аппаратуры в НПП ГА «Луч» позволяет выпускать приборы с такой точностью, то предложенная методика метрологической поверки является единственным способом измерить реальную погрешность аппаратуры.

Реальные погрешности, измеряемые в процессе поверки, имеют величины меньшие, чем принятые на практике 5 %, что позволяет в ряде случаев сузить область эквивалентности и соответственно, повысить точность интерпретации, особенно, при глубоких проникновениях фильтрата бурового раствора в пласт.

На основе результатов математического моделирования диаграмм ВИКИЗ выполнена оценка пространственного разрешения в типичных терригенных разрезах Западной Сибири. Пространственное разрешение определяется вертикальными и радиальными характеристиками первого и второго типа. Предложены и реализованы алгоритмы их оценки.

Полученные результаты позволяют оценить радиальную глубинность и вертикальную разрешающую способность метода ВИКИЗ. Таким образом, удается установить пределы применимости значений кажущихся сопротивлений, на котором основаны алгоритмы быстрой инверсии.

С помощью созданного программного обеспечения проведена интерпретация большого количества экспериментальных данных из скважин различных месторождений и выданы промышленные заключения. В ходе интерпретации, как правило, выделялись прослои толщиной около 1 м. Это позволяло точно устанавливать местоположение ВНК и ГНК, выделять маломощные непроницаемые прослои внутри продуктивных коллекторов. Этим достигнуто повышение точности определения эффективной мощности продуктивных коллекторов. В конечном итоге можно сделать вывод о качественном и количественном составе и содержании флюидов.

Характеризуя полученные результаты в целом, можно сказать, что их использование при проведении исследований ВИКИЗ в терригенных разрезах повысило эффективность применения ГИС, т.е. поставленные задачи можно считать достигнутыми.

Тем не менее, в последнее время происходит расширение области применения электромагнитного каротажа. Например, исследования скважин, заполненных ПЖ на нефтяной основе или, наоборот, высококонцентрированным солевым раствором с УЭС около 0.04 - 0.05 Ом.м, создающим зоны проникновения с УЭС близкими к 0.6 Ом.м. Это вызывает необходимость вновь вернуться к вопросам метрологии с точки зрения контроля амплитуд в генераторных и измерительных катушках в высокопроводящей среде.

Кроме того, новые технологии применения автономной аппаратуры связаны с проблемой привязки измеренных данных по глубине, что также ставит новые геофизические задачи.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ульянов, Владимир Николаевич, Новосибирск

1. АНТОНОВ Ю. Н. Высокочастотные индукционные методы электрометрии нефтяных и газовых скважин. Геология и геофизика. -1978. №4. 86-95 с.

2. АНТОНОВ Ю. Н., К обоснованию высокочастотного индукционного каротажа для изучения неоднородных пластов-коллекторов. В кн.: Электромагнитные методы исследования скважин. Новосибирск.: Наука. - 1979.

3. АНТОНОВ Ю. Н., ЖМАЕВ С.С. Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ). Новосибирск. - 1979.

4. АНТОНОВ Ю. Н., ПРИВОРОТСКИЙ Б. И. Высокочастотный индукционный каротаж. Новосибирск: Наука. - 1975.

5. Аппаратура индукционного каротажа ПИК-1М. Руководство по эксплуатации. ВУ 514.00.00.000 РЭ/ВНИИГИС, Октябрьский, 1972, 30 с.

6. А.с. 439216 (СССР). Способ индукционного каротажа Аксель-род С. М. и др. - Б.И. - 1974. № 29.

7. А.с. 572736 (СССР). Способ индукционного каротажа Антонов Ю. Н. - Б.И. - 1977. № 34.

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

9. А.с. 1242885 (СССР). Способ поверки аппаратуры индукционного каротажа Аксельрод С. М. - Б.И. - 1986. №25, Описание изобретения к авторскому свидетельству.

10. АХ АДОВ Я. Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов. М.: Наука. 1977.

11. Альбом палеток и номограмм для интерпретации промыслово-геофизических данных. М.: Недра. 1984.

12. БАРМИНСКИЙ А. Г, ПРОСКУРИН В. И. Комплексный прибор индукционного и бокового каротажа Э6. — В сб. Исследование коллекторов сложного строения, техника, методика. Уфа, 1982, вып. 12, с. 73-79

13. БЛЮМЕНЦЕВ А. М., КАЛИСТРАТОВ Г. А., ЛОГБАНКОВ В. М., ЦИРУЛЬНИКОВ В. П. Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1991.-266с.

14. БОНДАРЕНКО М. Т, ЗЕФИРОВ Н. Н., ЧУКИН В. Т. Эффективность различных комплексов каротажа сопротивлений. Прикладная геофизика - М., Недра, 1969, вып. 56, с. 190-208.

15. БРЫЛКИН Ю. Л., Дисс. . доктора техн. наук. Диэлектрический каротаж нефтяных и газовых скважин. Новосибирск. 1984.

16. БРЫЛКИН Ю. Л., КАГАНСКИЙ А. М. Влияние токов смещения при градуировке аппаратуры диэлектрического каротажа. В кн. Геофизические исследования в Сибири. Новосибирск. - 1976. вып. 204, 14-20 с.

17. ВЕНДЕЛЫЛТЕЙН Б. Ю., РЕЗВАНОВ Р. А. Геофизические методы определения параметров нефтегазовых коллекторов. М.: Недра. -1978.

18. ДАЕВ Д. С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. — М.: Недра. 1974.

19. ДАХНОВ В. Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Недра. - 1972.

20. ДЕНИСОВ С. Б. Высокочастотные электромагнитные методы исследования нефтяных и газовых скважин. М.: Недра. — 1986.

21. ДОБОШ Д. Электрохимические константы. М.: Мир. 1980.

22. ДОJIJib Г. Г. Теория индукционного метода исследования разрезов скважин и его применение в скважинах, пробуренных с глинистым раствором на нефти. В кн.: Вопросы промысловой геофизики. М.: Гостоптехиздат. - 1957. 252-275 с.

23. ДРАПЧУК И. Д., ЭПОВ М. И., УЛЬЯНОВ В. Н., ГЛИНСКИХ В. Н. Исследование скважин, обсаженных радиопрозрачной колонной. Каротажник № 91, 2002, с. 55-70.

24. ДЬЯКОНОВ Д. И., ЛЕОНТЬЕВ Е. И., КУЗНЕЦОВ Г. С. Общий курс геофизических исследований скважин. М.: Недра. 1977.

25. ЕРМАКОВ В. М., ЧЕМБАЙ В. М. Электропроводность многокомпонентных растворов электролитов. М.: Рос. хим. техн. ун-т им. Д.И.Менделеева. 1995.

26. ЖМАЕВ С. С. Аппаратура электромагнитного каротажного зондирования для исследования нефтяных скважин. Дисс. . канд. техн. наук. Новосибирск. 1985.

27. ЖМАЕВ С. С., КИСЕЛЕВ В. В., ПЕТРОВ А. Н, СНОПКОВ В. П., УЛЬЯНОВ В. Н. Аппаратура высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования проблемы надежности и качества. - Каротажник, № 34. - 1997. 64-71 с.

28. ЗВЕРЕВ С. М., САНТО К. Л., ЗВЕРЕВА Э. П. Методика моделирования аппаратуры и зондов индукционного каротажа на вычислительных машинах. Обзор, серия: Региональная разведочная и промысловая геофизика. ВИЭМС, 1973. - 53 с.

29. ЗУНДЕЛЕВИЧ С. М., КОМАРОВ С. Г., СОХРАНОВ Н. Н. Универсальный способ определения удельного сопротивления пластов. -Прикладная геофизика. М. Недра, 1965, вып. 46, с. 205-212.

30. ИЗМАЙЛОВ Н. А. Электрохимия растворов. М.: Химия. 1976.

31. ИЛЬИНСКИЙ В. М., ЛИМБЕРГЕР Ю. А. Геофизические исследования коллекторов сложного строения. М.: Недра. - 1981.

32. ИНГЕРМАН В. Г. Автоматизированная интерпретация результатов геофизических исследований скважин, М.: Недра. - 1982

33. КАЛАНТАРОВ П. Л., ЦЕЙТЛИН Л. А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергия. 1970.

34. КАУФМАН А. А. Теория индукционного каротажа. Новосибирск: Наука. - 1965.

35. КОМАРОВ С. Г. Каротаж по методу сопротивлений (интерпретация). М.: Гостоптехиздат. - 1950.

36. ЛАНДАУ Л. Д., ЛИВШИЦ Е. М. Электродинамика сплошных сред.- М.: Наука. 1982.

37. МАРТЕН М. Современное состояние использования методов электрического и радиоактивного каротажа. В кн.: Промысловая геофизика. вып. 3. М.: Гостоптехиздат. - 1960. с. 95-215.

38. МЕЛВИН-ХЬЮЗ Э. А. Физическая химия. Т. 1, 11. М.: Изд-во иностр. лит. 1962.

39. МЕЛВИН-ХЬЮЗ Э. А. Равновесие и кинетика реакций в растворах. М.: Химия. 1975.

40. ПАСЕЧНИК М. П. Повышение эффективности индукционного каротажа при исследовании тонкослоистых разрезов нефтегазовых скважин Ноябрьского региона Западной Сибири. Дисс. . к.т.н. Но-ябрьск, 1998.

41. Пат. 1329630 (США). Способ электромагнитного каротажа и устройство для его осуществления / Шлюмберже Оверсиз, С. А. Джеральд С. Хачитал, Жак Рене Табану. Б.И. - 1987. № 29

42. ПЛЮСНИН М. И. Индукционный каротаж. М.: Недра. - 1968.

43. Справочник по электрохимии / Под ред. Сухотина А. М. Л.: Химия.- 1981.

44. УСИКОВ С. В. Электрометрия жидкостей. М.: Химия. 1974. •

45. ФАЛЬКЕНГАГЕН Г. Электролиты. М.: Химтеоретиздат. 1935.

46. ФЕЙНМАН Р., ЛЕЙТОН Р., СЭНДС М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 3-4. М.: Мир. 1977.

47. ЧААДАЕВ Е. В., БРИЧЕНКО И. П., ЛЕВЧЕНКО А. А., МАЛИНИН А. В., ПАНТЮХИН В. А. Методические указания покомплексной интерпретации данных БКЗ, БК, ИК (с комплектом палеток). Калинин, 1990, 76 с.

48. ЩЕРБАКОВ В. В., ЕРМАКОВ В. И. Комплексная и предельная высокочастотная электропроводность концентрированных растворов электролитов. М.: Ж. Физ. Химии. 1977. Т.51 №7. 1784-1787 с.

49. ЩЕРБАКОВ В. В., КСЕНОФОНТОВА Н. А., ВОРОБЬЕВ А. Ф. Некоторые аспекты учета частотной зависимости сопротивления при кондуктометрических измерениях. М.: Электрохимия. 1981. Т. 17.

50. ЭЛЬКИНД К. М., Метод расчета удельной электропроводности водных растворов сильных электролитов. Ж. физ. химии. 1983. Т. 57. №9 2322-2324с.

51. ЭПОВ М. И., ЖМАЕВ С. С., УЛЬЯНОВ В. Н. Метрологическое обеспечение аппаратуры электромагнитного каротажа. Каротаж-ник, № 34. - 1997. 101-112 с.

52. ЭПОВ М. И., НИКИТЕНКО М. Н. Решение обратной задачи высокочастотного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ) для цилиндрически-слоистой среды. Новосибирск, ИГиГ СО АН СССР, 1988, 21 с. Деп. ВИНИТИ 01.08.88 №6258-888.

53. OLOEFT G. R. Electrical Properties of Rocks. "The Physics and Chemistry of Minerals and Rocs", R.G.J.Strens, ed., John Wiley & Sons, NY. 1976. 261-278 p.

54. The Dresser Atlas Dielectric Log. Dresser Atlas, Dresser Industries Inc., 1981.

55. SLUMBERGER. Services Catalog, 1977.

56. SLUMBERGER. Wireline Service Catalog, 1991, p. 111.