Разработка технологии исследования тонкослоистых терригенных коллекторов методами электрического каротажа с высоким вертикальным разрешением

Ершов, Николай Алексеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка технологии исследования тонкослоистых терригенных коллекторов методами электрического каротажа с высоким вертикальным разрешением
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии исследования тонкослоистых терригенных коллекторов методами электрического каротажа с высоким вертикальным разрешением"

На правах рукописи

Ершов Николай Алексеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОСЛОИСТЫХ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА С ВЫСОКИМ ВЕРТИКАЛЬНЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ (НА ПРИМЕРЕ АЧИМОВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)

Специальность 25.00.16 — Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ДЕК 2013

Новочеркасск 2013

005543803

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» на кафедре«Бурение нефтегазовых скважин и геофизика»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Попов Виктор Владимирович

Официальные оппоненты Шнурман Игорь Гениевич

-доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геофизики Кубанского государственного университета, главный геолог ООО "НК "Приазовнефть"

Чумичева Анна Александровна

- кандидат геолого-минералогических наук, заведующая сектором отдела интерпретации ГИС ООО «НК «Роснефть»

- НТЦ»

Ведущая организация - Общество с ограниченной ответствен-

ностью "Газпром ВНИИГАЗ"

Защита состоится «19» декабря 2013 года в 13 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.304.07 при Южно-Российском государственном политехническом университете (НПИ) имени М.И. Платова по адресу: 326428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения 132, ЮРГТУ (НПИ), аудитория 309, тел./факс: (863-52) 2-84-63, email: ngtu@novoch.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮРГПУ (НПИ) (г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132)

Автореферат разослан «18» ноября 2013 года

Учёный секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Шурыгин Дмитрий Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Поддержание добычи углеводородного сырья в Уренгойском нефтегазоносном районе связано с поисково-разведочными работами и вводом в эксплуатацию нефтегазовых месторождений со сложным геологическим строением пластов-коллекторов. К ним относятся коллекторы ачимовской толщи и тюменской свиты, характеризующиеся как массивные (однородные), так и тонкослоистые (неоднородные), представленные частым чередованием маломощных (от 0,1 до 1 м) проницаемых песчано-глинистых разностей пород и непроницаемых глинистых, углистых и плотных карбонатных слоев толщиной от нескольких до первых десятков.сантиметров. Доля интервалов тонкослоистых пачек, по данным кернового материала, составляет 70 - 90 %. Высокая степень неоднородности коллекторов повышает требования к геофизическим исследованиям скважин (ГИРС), как к основе информационной базы данных прогнозирования, моделирования и разработки месторождений.

Стандартные комплексы ГИРС, применяемые на месторождениях севера Тюменской области, обеспечивают вертикальное расчленение изучаемого разреза на пропластки толщиной свыше 0,4 м, а детальная литологическая оценка пропластков возможна, если эффективная толщина коллектора превышает 0,8 м. Следовательно, отсутствие достоверной информации о физических свойствах тонких слоев приводит к ошибкам детальной интерпретации продуктивных интервалов и неверному начальному определению подсчетных параметров

Вертикальная разрешающая способность отдельного геофизического метода зависит от ограничивающих факторов, в числе которых размеры зондовых установок и технология проведения записи (шаг квантования). В применяемой стандартной аппаратуреэлектрического каротажа сопротивления на постоянном токе(боковое каротажное зондирование (БКЗ), боковой каротаж (БК)) заложены размеры зондовых установок, отвечающие требованиям детальности изучения геологического разреза и техническим возможностям прошлых лет, потенциальные возможности методов используются не в полной мере.

Комплекс геофизических исследований скважин применительно к коллекторам сложного строения требует качественной перестройки, направленной на увеличение детальности исследования продуктивных интервалов.

Цель работы - разработка технологии повышенной вертикальной разрешающей способности методов каротажа сопротивления для детального изучения текстурных особенностей строения тонкослоистых коллекторов ачимов-ских отложений.

Основные задачи исследований:

- провести геолого-геофизический анализ текстурных особенностей тонкослоистых ачимовских коллекторов для определения необходимой и достаточной детальности ГИРС и разработать физико-геологическую модель;

- разработать методику частотного анализа кривых БКЗ и БК для определения вертикальной разрешающей способности методов относительно параметров изучаемого разреза и технологии проведения ГИРС;

- обосновать оптимальные параметры зондов БКЗ и БК стандартного комплекса ГИРС для тонкослоистого разреза ачимовских отложений;

- выполнить программно-математическое моделирование и провести экспериментальные исследования в тонкослоистых разрезах ачимовских и тюменских отложений усовершенствованными зондовыми установками БКЗ и БК.

Методы решения поставленных задач:

- статистический анализ геологических данных (керна) для оценки масштабов слоистости ачимовских отложений и обоснования необходимой детальности изучения объектов;

- частотный Фурье-анализ каротажных кривых комплекса геофизических методов;

- анализ результатов решения прямой задачи каротажа сопротивлений для тонкослоистого разреза с учетом влияния поверхностной плотности и программно-математического моделирования каротажных кривых БКЗ и БК стандартных и предлагаемых параметров зондовых установок;

- экспериментальное применение разработанной технологии повышенной вертикальной разрешающей способности каротажа сопротивлений в тонкослоистом разрезе ачимовских и тюменских отложений.

Научная новизна полученных результатов:

1.Выявлена дифференциальная закономерность структурной организации вертикальной геологической неоднородности для пластов-коллекторов ачимовских отложений, гранично разделяющая микро- и макроуровень организации геологического объекта, на основе статистического анализа масштабов слоистости кернового материала, петрофизических, геолого-геофизических и промысловых данных.

2. Предложена физико-геологическая модель тонкослоистого пласта коллектора, которая позволяет оценивать влияние распределения глинистых прослоев на фильтрационно-ёмкостные свойства, и выявлять малоразмерные структурные ловушки в продуктивных ачимовских отложениях (пространственный эйлиас-эффект), снижающие флюидоотдачу залежи.

3. Впервые на основе конструктивно усовершенствованных зондовых установок БКЗ и БК разработана и опробована технология исследования тонкослоистых коллекторов, которая обеспечивает детальность расчленения геологического разреза свыше 0,1 м и повышает достоверность изучения строения продуктивных интервалов.

Защищаемые научные положения:

1. Определена и обоснована необходимая степень детальности исследования геологического разреза методами ГИРС для ачимовских отложений. Для исследования тонкослоистых коллекторов разрешающая способность стандартного комплекса ГИРС должна быть увеличена и обеспечивать расчленение геологического разреза на пласты толщиной до 0,1 м.

2. Установлено, что для увеличения вертикальной разрешающей способности градиент-зондов, входящих в стандартный набор БКЗ, необходимо, чтобы рас-

стояние между измерительными электродами МЫ было уменьшено до выполнения соотношения \ОМЫ<АО, и не превышало величины необходимой степени детальности изучаемого объекта (A4.25M0.IN, A2.25M0.IN, М).\М2.25А), при этом шаг квантования должен быть меньше МЫ.

3. Установлено, что для увеличения вертикальной разрешающей способности зонда трехэлектродного бокового каротажа, необходимо уменьшить длину центрального электрода до 0,03 м. Уменьшение длины центрального электрода аппаратуры трехэлектродного бокового каротажа приводит к увеличению вертикальной разрешающей способности без снижения глубинности исследования, шаг квантования должен быть меньше длины центрального электрода (Д<А>).

4. Разработанная технология электрического каротажа с высоким вертикальным разрешением обеспечивает детальность расчленения геологического разреза свыше 0,1 м и создает предпосылки для решения проблемы выявления малоразмерных структурных ловушек углеводородов, связанных с повышением уровня сложности эксплуатационных объектов.

Практическая значимость результатов заключается в следующем:

- результаты детальной интерпретации каротажных диаграмм усовершенствованного комплекса ГИРС использованы при выдаче заключений с рекомендациями для испытания продуктивных интервалов ачимовских отложений;

предложенная методика определения вертикальной разрешающей способности с использованием математического анализа-Фурье позволяет производить оценку информативности метода относительно параметров изучаемой среды и оптимизацию применяемого комплекса ГИРС. Отличительной особенностью является представление каротажной геофизической кривой в аналитическом виде конечным рядом Фурье;

- разработанная физико-геологическая модель тонкослоистого пласта коллектора позволяет учесть влияние глинистых прослоев на анизотропию фильт-рационно-ёмкостных свойств и производить расчеты коэффициентов анизотропии для любых участков разреза и площади залежи;

- использование разработанной технологии при кустовом эксплуатационном бурении ачимовских отложений позволяет за счет увеличения детальности исследования повысить достоверность корреляции геологических разрезов.

Исходные материалы исследований:

- петрофизические данные по 42 скважинам Песцового, Ен-Яхинского, Уренгойского и Ямбургского месторождений, базы данных результатов геофизических, геолого-технологических, промысловых исследований скважин ООО «Газпром георесурс» ПФ «Севергазгеофизика»;

- данные моделирования кривых БКЗ и БК с различными параметрами зон-довых установок метом матричной прогонки коэффициентов Фурье;

- результаты экспериментальных геофизических исследований в скважинах, проведенные автором;

- литературные источники, каталоги и информационные проспекты отечественных и зарубежных фирм, ресурсы интернета;

- патенты по классу GO 1V 5/12.

Фактический материал и личный вклад автора

В основу работы положены результаты, полученные автором в период работы с 2006 г. по настоящее время в ООО «Газпром георесурс» ПФ «Севергаз-геофнзика» и во время параллельного обучения в очной аспирантуре горногеологического факультета ЮРГТУ (НПИ) (2008-2011 гг). Собраны и проанализированы материалы геофизических, геолого-технологических, геолого-геохимических данных Уренгойского нефтегазоносного района. Разработана методика частотного анализа каротажных кривых, реализованная в программном пакете «Mathcad». На основе решения прямой задачи каротажа сопротивления обоснованы параметры зондовых установок БКЗ и БК. Автором проведены в трех разведочных и одной эксплуатационной скважинах экспериментальные исследования усовершенствованной аппаратурой с измененными параметрами зондовых установок.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на межрегион. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых Южного федерального округа (Новочеркасск, 2009); XI Междунар. науч.-практ. конф. по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизич. данных, Геомодель - 2009 (Геленджик, 2009); 58-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ), (Новочеркасск, 2009); XII Всерос. угольном совещании по инновационным направлениям изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых (Ростов н/Д ,2010); 59-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ), (Новочеркасск 2009); VIII Междунар. науч.-практ. конф. по проблемам геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования (Новочеркасск , 2009); XII Междунар. науч.-практ. конф., Геомодель - 2010 (Геленджик, 2010).

По теме диссертации опубликовано 12 научно-исследовательских работ, 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и 2 приложений, содержит 42 рисунка, 4 таблицы и библиографический список из 129 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность своему научному руководителю доктору технических наук профессору Виктору Владимировичу Попову, за постоянное внимание, отзывчивость и неоценимую помощь при выполнении работы. За помощь и поддержку автор выражает благодарность д.т.н. проф. А.Я. Третьяку, д.г.-м.н. проф. И.А. Богушу, д.т.н. проф. М.Д. Молеву, к.т.н. Е.Г. Порфилкину, к.т.н. А.Д. Вейсману, к.т.н. Ю.М. Рыбальченко. За конструктивные замечания, автор выражает отдельную благодарность д.г.-м.н. проф. Н.Е. Фоменко. За ценные консультации, предоставление и обсуждение данных математического моделирования, представленных в главе III, IV, автор выражает особую благодарность коллективу ООО

«Нефтегеофизика» - к.т.н. Ю.Л. Шеину, к.т.н. О.М. Снежко, к.ф.-м.н. Б.В. Рудяку, Л.И. Павловой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы, представлена структура работы.

В первой главе приведены основные черты геологического строения ачи-мовской толщи Уренгойского нефтегазоносного района, анализ геолого-геофизических данных ачимовских отложений, представлен обзор точек зрения на методы изучения геологической неоднородности, в частности по геофизическим данным и керновому материалу, проведен текстурный анализ кернового материала, описаны литологические особенности строения пластов-коллекторов, представлены закономерности распределения толщин печанно-глинистых слоев в пласте-коллекторе ачимовских отложений и обоснована необходимая степень детальности исследования геологического разреза методами ГИРС. Проведена детальная корреляция кустов скважин и скважин на небольших расстояниях II Ачимовского лицензионного участка Уренгойского месторождения, представлена физико-геологическая модель анизотропного пласта-коллектора, получены коэффициенты анизотропии для ряда моделей, приведены возможные модели образования малоразмерных структурных ловушек, снижающие коэффициент нефтеотдачи залежи.

Ачимовская песчано-глинистая толща (стратиграфический объём берриас-нижний валанжин) выделяется в низах мела (сортымской свиты). На Песцовой площади в объёме ачимовской толщи по данным анализа геолого-геофизической информации в разрезе одной исследуемой скважины вскрывается от 6 до 9 песчано-алевритовых продуктивных горизонтов, характеризующихся значительной геологической неоднородностью как по разрезу, так и по площади. Ачимовские отложения достигают толщины 370 м, состоят на 3065 % из проницаемых пород и отличаются изменчивой по литологическому составу вертикальной слоистой неоднородностью. По генезису отложения относятся к глубоководным, образовавшимся путем сноса осадочного материала с шельфа турбидитными потоками. Формой аккумуляции осадочного материала является конус выноса, что обусловливает сложность строения продуктивных пластов, представляющихсобой тонко стратифицированные комплексы, представленные переслаиванием песчано-глинистых разностей пород. Характеризуются невыдержанным линзообразным и полосообразным залеганием, латеральной прерывистостью, высокой расчлененностью по разрезу слоев разной литологии толщиной от сантиметров до нескольких метров. Глинистые и глинисто-алевритовые породы представлены горизонтальными, волнистослоисты-ми текстурами, в песчаных разностях развиты косые и косоволнистые текстуры, встречается градационная слоистость.

Слоистость является признаком обстановки осадконакопления, дает представление об условиях и скоростях процесса осадконакопления, направлении

движения осадочного материала. Прежде всего, слоистость определяет пространственную анизотропию фильтрационных свойств терригенного коллектора, содержит объективную информацию о характере движения флюида по пластам, соответственно влияет на способы, режимы разработки, проектирование расположения эксплуатационных и нагнетательных скважин. Тип слоистости контролирует латеральное распространение элементов залежи (пластов), позволяет прогнозировать зоны распространения и продуктивность пласта.

Особенностью литологического строения ачимовских пластов является наличие тонких песчаных проницаемых и непроницаемых глинистых, плотных слоев разных толщин от микро- до макро масштаба, образующих в объеме песчаного массива преимущественно уплощенные тела. Их структура, текстура и протяженность оказывают существенное влияние на фильтрационно-ёмкостные свойства, анизотропию всего пласта-коллектора и, в конечном итоге, на профиль притока.

Представлены результаты сопоставления петрофизических данных керно-вого материала с результатами интерпретации геофизических исследований и испытания пластов по 42 разведочным скважинам ачимовских отложений Песцового, Западно-Песцового и Уренгойского месторождений, произведен расчет показателей неоднородностей пластов (коэффициента песчанистости Кп, расчлененности, степени прерывистости и т.д.). Пласты Ач5.ь Ач6 и Ач7.2, Песцового месторождения имеют примерно равные геофизические параметры, а де-биты вскрытых однородных интервалов коллектора и интервалов, представленных тонкослоистым строением, нередко соизмеримы.

По литологическим особенностям, коллекторы ачимовской толщи условно можно разделить на:

1) однородные, с небольшой долей включения глинистых пропластков, для которых характерны прямые качественные признаки на геофизических диаграммах, основанные на более высокой проницаемости коллектора по сравнению с вмещающими породами;

2) неоднородные (тонкослоистые), представленные чередованием проницаемых и непроницаемых прослоев толщиной от 0,1 до 0,8 м и более, их превалирующая доля в разрезе отдельной скважины достигает 70-80 %. По данным геофизических методов, в связи с низкой разрешающей способностью применяемой аппаратуры, имеют неоднозначные характеристики. Выделение коллекторов тонкослоистого строения по традиционным качественным признакам не всегда возможно.

Высокая степень неоднородности, выраженная наличием множества тонких глинистых слоев, приводит к искажению каротажных кривых и соответственно определяемых геофизических параметров. По результатам оперативной интерпретации ГИРС продуктивные интервалы ачимовской толщи, представленные тонкослоистыми коллекторами, нередко пропускается, что подтверждается геолого-геохимическими исследованиями скважины, или, наоборот, выдается ошибочное заключение, не подтверждающееся испытанием пласта в колонне.

Снижение информативности применяемого комплекса ГИРС для тонкослоистых коллекторов объясняется низкой вертикальной разрешающей способностью применяемого стандартного комплекса ГИРС, равной 0,4 м, по данным которого возможно определять только общую глинистость (рассеянную), и не возможно учесть долю глинистых прослоев в пачке пород (слоистую глинистость), что необходимо для проведения количественной оценки подсчетных параметров.

Недооценка информации о неоднородности фильтрационно-емкостной модели коллектора приводит к неравномерности выработки залежи по разрезу и площади, снижению эффективности применения методов интенсификации на завершающей стадии эксплуатации, оставление продуктивных пластов и участков залежи с невыработанными запасами (образование малоразмерных структурных ловушек).

Изучению неоднородности нефтегазоносных пластов посвящены работы В.И. Азаматова, М.В. Раца, В.А. Бадьянова, Л.Ф. Дементьева, М.А. Жданова, И.М. Климушина, Н.М. Свихнушина, М.А. Токарева, А.Р. Фурсова и др.

Методические основы количественной оценки геологической неоднородности методами ГИРС и обзор классификаций геологических тел по типу неод-нородностей с учетом структурных уровней изучаемого объекта представлены в работе Г.М. Золоевой.

При выделении иерархических структур наиболее подходящая для решения задач нефтегазопромысловой геологии является объединенная классификация геологической неоднородности, предложенная М.А. Токаревым и Л.Ф. Дементьевым и состоящая из трех структурных (иерархических) уровней:

1) микронеоднородность - элементарный объем породы (образец);

2) макронеоднородность - пропластки, сложенные породами одного лито-логического состава и представленные гидродинамически связанной системой (по Л.Ф. Дементьеву мезоструктура - части элементов макроуровня, выделяемые как условные геологические тела по граничным значениям свойств пород);

3) метанеоднородность - система гидродинамически не связанных пластов, каждый из которых представляет системы гидродинамически связанных пропла-стков.

При создании геологических моделей неоднородность строения тела изучается на втором уровне структурной организации (макронеоднородность), который характеризует пространственное распределение коллекторов и неколлекторов.

На сегодняшний день нет единого мнения в системном подходе классификации, гранично разделяющей микро- и макронеоднородность. При решении промысловых задач неполнота информации об объекте разработки приводит к ошибочному использованию характеристик одного структурного уровня для решения задач, относящихся к другому структурному уровню. Не обоснован минимальный граничный элемент структурной организации неоднородности, который необходимо выделять для детального изучения геологического разреза ачимовских отложений.

Для количественного анализа текстурных особенностей пластов-коллекторов ачимовских отложений и определения дискретности геологической неоднородности, проведена оценка слоистости по керновому материалу, которая сопоставлена с результатами интерпретации геофизических методов и испытаний по 42 разведочным скважинам, вскрывшим нижнемеловые отложения на Песцовом, Западно-Песцовом, Ен-Яхинском, Ямбургском и Уренгойском месторождениях (рис. 1).

По данным литологического описания и фотодокументации керна выполнена оценка масштаба слоистости, построена гистограмма распределения толщин слоев (рис. 1). Проведенный анализ кернового материала показал, что чем меньше толщина слоев, тем больше их количество. На гистограмме сопоставления распределения слоев по толщине в керне и по данным ГИРС выделено три структурных уровня организации вертикальной геологической неоднородности.

1-й структурный уровень - толщиной 0,01-0,1 м представлено 68 % слоев. Текстурными особенностями являются неравномерное параллельное переслаивание глинистого и алевритового материала толщиной до первого десятка сантиметров волнистой, косой и линзовидной формы. Данный тип слоистости относится к неупорядоченному (хаотичному), выдержанность в одном направлении и наличие гидродинамической связи в массиве отсутствует или ограничивается первым десятком метров, что подтверждается отсутствием притока при испытании в открытом стволе по ряду скважин. По результатам петрофизиче-ских исследований проницаемые слои характеризуются весьма низкими кол-лекторскими свойствами. Средневзвешенные значения коэффициента пористости достигают 8-9 %, Кщ. - 13-22 %. Проницаемые прослои, при их наличии, чаще всего являются водонасыщенным. Данный тип слоистости стандартными геофизическими методами (БК, ПК, ВИКИЗ, БМК, МКЗ) практически не выделяется, в связи с низкой контрастностью параметров переслаиваемых слоев малых толщин.

На основании анализа гистограммы распределения толщин по керну, типа слоистости, которым представлена литологическая неоднородность, петрофи-зических и геофизических данных, а также результатов испытания скважин -выделяется нижний структурный уровень организации вертикальной геологической неоднородности, являющийся минимальным граничным элементом -0,1 м, структурно разделяющий микро - и макроуровень геологической неоднородности.

2-й структурный уровень - пропластки толщиной 0,1-0,4 м составляют 18,2 %, 0,4-0,8 м - 7,4 %. Выделение и определение ФЕС по данным стандартных геофизических методов затруднено. Применяемый комплекс геофизических методов не позволяет выделять пропластки, сложенные породами одного литологического состава толщиной 0,1-0,4 м, которые относятся к части элементов макроуровня, а при толщине пропластков в 0,4-0,8 м точность определения ФЕС снижается. По данным кернового материала текстуры пород таких пропластков параллельно-слоистые, ориентированные под углом 85-90° к оси керна. Пропластки таких толщин представлены сериями или отдельными еди-

ничными прослоями аргиллитов и алевролитов среди песчаников массивной текстуры, с резкими отчетливыми контактами с нижележащими слоями, слоистость в них является упорядоченной, по петрофизическим характеристикам они относятся к продуктивным, что позволяет их объединить в отдельный структурный уровень.

п, частость 600

Необходимая степень детальности исследования геологического объекта - 0,1 м

Ш _____ , ^^ 4 ^_ ^^ 1__ _ _ _ _______

0.01 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0,9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 >1.8

толщина слоев, м □ количество слоев, выделяемых по керну

п, частость

250

\ I

Применяемый комплекс ГИРС обеспечивает расчленение изучаемого объекта до 0,4 м

Оценка ФЕС возможна, если эффективная толщина >0,8 м

0.01 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 >1.8

толщина слоев, м

□ слои, выделяемые по ГИРС вслои, отнесенные к классу "возможно колллектор"

Рис 1. Сопоставление элементов неоднородностей (слоев) ачимовских отложений, выделяемых по керну (а) и ГИС (б)

3-й структурный уровень - однородные по литологическому составу про-пластки толщиной более 0,8 м составляют 6,4 % и с достаточной точностью выделяются методами ГИС.

Коэффициенты песчанистости, определенные по интегральным геофизическим характеристикам, даже в пределах куста скважин различны. Для пластов Ач3, Ач4, Ач5 Уренгойского месторождения изменяются от 0,3-0,4 до 0,7-0,8, относятся к 2-,3-му, а в отдельных участках к 4-му типу строения продуктивных пластов.

Исходными данными, для определения Кп являются результаты попласто-вой геофизической интерпретации данных геофизических исследований скважин. Поэтому получение первичной информации в открытом стволе как разведочных, так и эксплуатационных скважин является очень важным этапом, влияющим на решения количественных вопросов выработки неоднородных объектов, расчетов технологических показателей, при проектировании и анализе геологических данных.

Для изучения влияния распределения глинистых прослоев в пласте-коллекторе на анизотропию фильтрационно-ёмкостных свойств, проведено физико-геологическое моделирование. Физическая сущность моделирования заключается в наличии разности отношения площадей соответственно вдоль и перпендикулярно напластованию пропластков с различной проницаемостью в трехмерной единице объема и определение коэффициента анизотропии (рис 2).

Проницаемость такой модели вдоль оси X равно:

' (Лх • 5Х) / Кхг }

где Кхп - проницаемость чистого песчаника вдоль оси X; Кхг - проницаемость

глинистого породного прослоя; ^ - средняя длина глинистого прослоя; Бх -площадь сечения куба, перпендикулярно оси X; ~ суммарная площадь

сечения глинистого прослоя.

Соответственно вдоль оси ¿Г: 1 '

К „х =-—

прХ , „

Ь у А V

пpZ

и -I ),.

(2)

Исходные геофизические данные, получаемые при разведочном и эксплуатационном бурении, не позволяют с достаточной точностью производить лито-логическую оценку в тонкослоистом разрезе, оценить и выбрать рациональную последовательность первичных и последующих подключаемых интервалов при эксплуатации сложного неоднородного объекта, обеспечить надежную основу при контроле выработки запасов.

Во второй главе представлен обзор применяемой стандартной аппаратуры и методов, входящих в обязательный комплекс ГИРС, описаны факторы, влияющие на вертикальную разрешающую способность геофизических методов, представлена методика определения вертикальной разрешающей способности геофизических кривых с помощью Фурье-анализа, проведен анализ вертикальной разрешающей способности каротажных кривых применяемого комплекса ГИРС.

Постоянная часть детальных исследований, согласно РД 153-39.0-072-01, в поисково-оценочных, разведочных и эксплуатационных скважинных включает в себя следующие методы: ПС, БКЗ, БК, ИК (ЭМК), МК, БМК, КВ-ПФ ГК (СГК), НК, АК, ГГК-п.

Толщпна выделяемых пропластков, м Толшона выделяемых пропластков, м

| | Граница полезного сигнала и неинформативного шума

Рис 3. Сравнительная характеристика частотных спектров каротажных кривых А- градиент зонд Л1 .ОМ).IN; Б - градиент зонд A8.0Ml.0N; В - градиент зонд A0AM0.1N;

Г - градиент зонд A2.0MQ.SN Вычисления проводились по формуле общего выражения тригонометрического ряда Фурье с заменой переменной времени t на глубину z:

Ss{z)= а° + f (ак cos kz + bk sin Az); (3)

где SN(z) периодическая функция, удовлетворяющая условиям Дирихле;

- постоянная составляющая; ак, Ьк - коэффициенты разложения;

к= 1, 2, ... ; z - координата глубины;

Вертикальная разрешающая способность геофизических методов определяется следующими факторами:

- размерами зондов, электродов, датчиков скважинных приборов;

- шагом квантования при цифровой записи;

- инерционностью аппаратуры и скоростью записи;

- скважинными условиями.

Для оценки вертикальной разрешающей способности применяемой геофизической аппаратуры и количественного распределения толщин пластов исследуемого интервала был использован частотный анализ Фурье. С его помощью получены сведения о преобладающих в разрезе толщинах слоев, их количественном распределении и проведена оценка минимальной вертикальной разрешающей способности каждого метода в отдельности.

Г1 (ASMI.ON)

шается до 0,69 м. Это не принципиальное уменьшение вызвано тем, что "расфокусирующее" влияние изоляционных промежутков на пучок тока центрального электрода при малой длине центрального электрода сказывается сильнее, чем при стандартной длине. На основании этих данных можно сделать вывод, что уменьшение длины центрального электрода с 0,15 м до 0,01 м не приводит к уменьшению глубинности исследования в пласте неограниченной толщины.

Из приведенных результатов математического моделирования следует, что при уменьшении длины центрального электрода с 0,15 до 0,01 м увеличение вертикальной разрешающей способности метода проявляется при выделении слоев толщиной менее 0,5 м. Аномалии становятся более «строгими» за счет снижения влияния вмещающих пород на показания БК в тонких слоях, экстремальные минимальные и максимальные значения КС ближе к истинным сопротивлениям пластов.

При переслаивании тонких слоев вертикальная разрешающая способность зонда БК с уменьшенным электродом увеличивается (рис. 7). Фрагмент каротажной диаграммы представлен контрастным переслаиванием песчаника и тонких слоев глин. По данным стандартного зонда, 5 глинистых слоев выделяются толщиной по 0,15-0,20 м. По кривой БК, соответствующей малой длине центрального электрода, границы слоев смещаются, толщина глинистых слоев в 23 раза меньше (4-8 см), соответственно эффективная толщина коллектора увеличивается. Минимальные экстремальные значения ниже для глин и выше для песчаника, что сказывается на точности определения УЭС слоев.

Одним из признаков выделения коллектора в ачимовских отложениях является наличие радиального градиента сопротивления между кривыми, зарегистрированными зондом БК и боковым микро- (БМК), после их нормирования в интервалах глин и карбонатных плотных пропластках. Следует отметить, что в тонкослоистом разрезе уровень различия величин р6к и рбмк зависит от характера насыщения коллектора. Наилучший результат, выраженный значительным радиальным градиентом сопротивления, наблюдается на нормированных кривых БК и МБК в интервалах газонасыщенных коллекторов.

Использование аппаратуры с предлагаемыми параметрами зондовой установки увеличит практические возможности использования электрического каротажа при изучении тонкослоистых разрезов скважин, повысит точность определения петрофизических характеристик и границ эффективных толщин тонкослоистых пластов-коллекторов, а также позволит детально выделять тонкие глинистые слои, создающие фильтрационную анизотропию.

Экономический эффект предлагаемой технологии заключается в повышении достоверности определения продуктивных характеристик интервалов с неоднозначными характеристиками результатов интерпретации по стандартному комплексу ГИРС и использовании их для обоснования рекомендаций интервалов к испытанию. Коэффициент подтверждаемое™ геофизических заключений для ачимовских отложений на Песцовой площади равен 0,44. Средняя сумма затрат на испытание одного ачимовского объекта составляет 10 и более млн руб.

6. Ершов НА., Попов B.B. Разрешающая способность методов при геофизических исследованиях скважин. Геомодель - 2009 : тез.докл. XI Междунар. науч. -практ. конф. по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизич. данных при геологич. моделировании месторождений углеводородов, г. Геленджик, 7-10 сент. 2009 г. [электрон. Ресурс. 1 электрон.опт. диск (CD-ROM)]

- [Геленджик], 2009. - 4 е.- 0.23 п.л.

7. Ершов НА. Спектральный Фурье-анализ и оценка разрешающей способности геофизических методов исследования скважин. Результаты исследований

- 2009 : материалы 58-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2009. - С. 109-113,- 0.25 п.л.

8. Попов В.В., Ершов H.A. Инновации и перспективы развития геологоразведочных технологий на угольных месторождениях. Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых : тезисы докл. XII Всерос. угольного совещания, 27-29 апр. 2010 г. - Ростов н/Д, 2010. - С. 182-185,- 0.18 п.л.

9. Ершов H.A. Информативность и разрешающая способность каротажа сопротивления. Геомодель - 2010 : тез.докл. XII Междунар. науч.-практ. конф. по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизич. данных при геологич. моделировании месторождений углеводородов, г. Геленджик, 13-17 сент. 2010 г. [электрон. Ресурс. 1 электрон.опт. диск (CD-ROM)]. - [Геленджик], 2010. - 4 е.- 0.23п.л.

10. Ершов H.A. Оценка разрешающей способности геофизических методов исследования скважин. Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования : материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф., 3 дек. 2009 г., г. Новочеркасск / Юж.- Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. - С. 138-144,- 0.32 п.л.

11. Ершов НА. Разрешающая способность геофизических методов и возможности детального изучения строения тонких угольных пластов. Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых : тез.докл. XII Всерос. угольное совещ., 27-29 апр. / ВНИГРИуголь. - Ростов н/Д, 2010. - С. 225-228. -Ростов н/Д, 2010,- 0.15 п.л.

12. Ершов НА. Разрешающая способность геофизических методов при изучении нефтегазовых месторождений. Результаты исследований - 2010 : материалы 59-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. - С. 86-89. - 0.18 п.л.

Ершов Николай Алексеевич

Автореферат

Подписано в печать 18.11.2013. Формат 60ж841/1б • Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 46-1231.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

Отпечатано вИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Первомайская, 166 idp-npi@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ершов, Николай Алексеевич, Новочеркасск

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)

имени М.И. Платова»

Специальность 25.00.16 - Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

а правах рукописи

04201455770

ЕРШОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н., профессор Попов В.В.

Новочеркасск 2013 г. 1

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................... 4

Глава 1 Особенности геологического строения и предлагаемая физико -геологическая модель тонкослоистых пластов - коллекторов ачимовских отложений......................................................... 13

1.1 Основные черты геологического строения Песцового района........... 13

1.1.1 Литолого-стратиграфическая характеристика разреза........................ 15

1.2 Параметры продуктивных пластов по керну и ГИРС..................... 18

1.2.1 Характеристика ФЕС и толщин пластов...................................... 19

1.2.2 Методика и результаты интерпретации данных керна и ГИРС......... 26

1.3 Анализ геологической эффективности геофизических исследований ачимовских пластов - коллекторов........................................... 33

1.3.1 Методы изучения геологической неоднородности........................ 41

1.3.2 Обоснование необходимой степени детальности исследования тонкослоистых коллекторов методами ГИРС.................................... 42

1.4 Предлагаемая физико-геологическая модель тонкослоистых коллекторов................................................................................. 47

1.4.1 Моделирование фильтрационной анизотропии макронеоднородности тонкослоистых коллекторов................................................ 49

1.4.2 Модели образования микроловушек.......................................... 51

Глава 2 Стандартный комплекс ГИРС информативность и разрешающая способность при исследовании сложных коллекторов......... 55

2.1 Факторы, ограничивающие вертикальную разрешающую способность................................................................................. 55

2.2 Методика определения вертикальной разрешающей способности каротажных кривых с помощью дискретного преобразования Фурье по формуле трапеций................................................................. 56

2.3 Определение частотных характеристик каротажных кривых............ 61

Глава 3 Каротаж сопротивлений (не симметричными трехэлектродными

зондами). Определение оптимальных размеров зондовых установок для увеличения разрешающей способности..................... 66

3.1 Обзор применяемых параметров зондовых установок аппаратуры каротажа сопротивлений............................................................66

3.2 Обоснование выбора параметров зондовых установок повышенной вертикальной разрешающей способности.................................... 70

3.2.1 Численное решение прямой задачи каротажа сопротивления для

многослойной среды с учетом скважины.................................... 73

3.2.2 Моделирование кривых сопротивления против одиночных пластов с предлагаемыми параметрами зондовых установок методом матричной прогонки коэффициентов Фурье............................................... 82

3.3 Проведение измерений в скважине рекомендуемым набором не симметричных трехэлектродных зондов..................................... 85

3.4 Частотный Фурье - анализ кривых каротажа сопротивления, как математический метод определения вертикальной разрешающей способности ............................................................................ 88

Глава 4 Боковой каротаж. Определение оптимальных параметров скважин-ного прибора трехэлектродного бокового каротажа для увеличения вертикальной разрешающей способности.................................... 91

4.1 Краткий обзор истории развития и современных модификаций аппаратуры бокового каротажа................................................................... 91

4.2 Физические основы метода трехэлектродного бокового каротажа.... 92

4.3 Геолого-технические условия проведения измерений................... 94

4.4 Теоретическое обоснование выбора стандартных параметров зонда трехэлектродного бокового каротажа............................................... 96

4.5 Теоретическое и экспериментальное обоснование оптимальных параметров зондовой установки БК -3 повышенной вертикальной разрешающей способности и шага дискретизации............................. 100

4.5.1 Рекомендуемая конструкция зондовой установки.......................... 100

4.5.2 Проведение измерений в скважине............................................ 109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................... 118

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................... 119

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт использования результатов диссертационной работы.. 132

ПРИЛОЖЕНИЕ Ь Копия заключения результатов интерпретации данных ГИС—

ВВЕДЕНИЕ

Поддержание добычи углеводородного сырья в Уренгойском нефтегазоносном районе связано с поисково-разведочными работами и вводом в эксплуатацию нефтегазовых месторождений со сложным геологическим строением пластов-коллекторов. К ним относятся коллекторы ачимовской толщи и тюменской свиты, характеризующиеся как массивные (однородные), так и тонкослоистые (неоднородные), представленные частым чередованием маломощных (от 0,1 до 1 м) проницаемых песчано-глинистых разностей пород и непроницаемых глинистых, углистых и плотных карбонатных слоев толщиной от нескольких до первых десятков сантиметров. По данным исследования керна в геологическом разрезе, вскрытом отдельной скважиной, доля интервалов тонкослоистых пачек составляет 70 - 90 %.

В связи со сложным геологическим строением, обусловленным высокой степенью неоднородности коллекторов, повышаются требования к первичной геологической информации, основным источником которой являются материалы геофизических исследований скважин (ГИС). Их полнота, качество, достоверность определяют, главным образом, информационную базу о месторождении, которая является основой для прогнозирования, моделирования, разработки и используется на всем протяжении жизненного цикла эксплуатации месторождения.

Информативность геофизических методов определяется применяемым комплексом исследований для данного типа коллектора. Большинство методов постоянной части детальных исследований (стандартные геофизические методы исследований скважин - электрические, акустические, радиоактивные), применяемые в нефтегазопро-мысловой геофизике на месторождениях севера Тюменской области, обеспечивают вертикальное расчленение изучаемого разреза на пропластки толщиной до 0,4 м. А провести детальную литологическую оценку каждого пропластка с достаточной точностью, возможно, если эффективная толщина коллектора превышает 0,8 м. Отсутствие достоверной информации о физических свойствах каждого слоя толщиной менее 0,8 м

или пачки переслаивания коллекторов и не коллекторов приводит как к пропуску эф-

фективных толщин, так и к ошибкам детальной интерпретации продуктивных интервалов и, как следствие, к неверному начальному определению подсчетных параметров.

Разрешающая способность отдельного геофизического метода зависит от ограничивающих факторов, в числе которых размеры зондовых установок и технология проведения записи (шаг квантования). В применяемой стандартной аппаратуре электрического каротажа сопротивления на постоянном токе (КС) и трехэлектродного бокового каротажа (БК), заложены размеры зондовых установок, отвечающие требованиям детальности изучения геологического разреза и техническим возможностям прошлых лет, потенциальные возможности методов, как будет показано далее, используются не в полной мере.

Основные задачи исследований:

Методы решения поставленных задач:

- частотный Фурье-анализ каротажных кривых комплекса геофизических методов;

Научная новизна полученных результатов:

1. Выявлена дифференциальная закономерность структурной организации вертикальной геологической неоднородности для пластов-коллекторов ачимовских отложений, гранично разделяющая микро- и макроуровень организации геологического объекта, на основе статистического анализа масштабов слоистости кернового материала, петрофизических, геолого-геофизических и промысловых данных.

2. Предложена физико-геологическая модель тонкослоистого пласта коллектора, которая позволяет оценивать влияние распределения глинистых прослоев на фильтра-ционно-ёмкостные свойства, и выявлять малоразмерные структурные ловушки в продуктивных ачимовских отложениях (пространственный эйлиас-эффект), снижающие флюидоотдачу залежи.

Защищаемые научные положения:

2. Установлено, что для увеличения вертикальной разрешающей способности градиент-зондов, входящих в стандартный набор БКЗ, необходимо, чтобы расстояние между измерительными электродами MN было уменьшено до выполнения соотношения 10MN <АО, и не превышало величины необходимой степени детальности изучаемого объекта {AA.25M0AN, A2.25M0.1N, N0AM2.25A), при этом шаг квантования должен быть меньше MN.

Практическая значимость результатов заключается в следующем:

-результаты детальной интерпретации каротажных диаграмм усовершенствованного комплекса ГИРС использованы при выдаче заключений с рекомендациями для испытания продуктивных интервалов ачимовских отложений;

- предложенная методика определения вертикальной разрешающей способности с использованием математического анализа-Фурье позволяет производить оценку информативности метода относительно параметров изучаемой среды и оптимизацию применяемого комплекса ГИРС. Отличительной особенностью является представление каротажной геофизической кривой в аналитическом виде конечным рядом Фурье;

-разработанная физико-геологическая модель тонкослоистого пласта коллектора позволяет учесть влияние глинистых прослоев на анизотропию фильтрационно-ёмкостных свойств и производить расчеты коэффициентов анизотропии для любых участков разреза и площади залежи;

- данные моделирования кривых БКЗ и БК с различными параметрами зондовых установок метом матричной прогонки коэффициентов Фурье;

- результаты экспериментальных геофизических исследований в скважинах, проведенные автором;

- патенты по классу G01V 5/12.

Фактический материал и личный вклад автора.

В основу работы положены результаты, полученные автором в период работы с 2006 г. по настоящее время в ООО «Газпром георесурс» ПФ «Севергазгеофизика» и во время параллельного обучения в очной аспирантуре горно-геологического факультета ЮРГТУ (НПИ) (2008-2011 гг). Собраны и проанализированы материалы геофизических, геолого-технологических, геолого-геохимических данных Уренгойского нефтегазоносного района. Разработана методика частотного анализа каротажных кривых, реализованная в программном пакете «Mathcad». На основе решения прямой задачи каротажа сопротивления обоснованы параметры зондовых установок БКЗ и БК. Автором проведены в трех разведочных и одной эксплуатационной скважинах экспериментальные исследования усовершенствованной аппаратурой с измененными параметрами зондовых установок.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на межрегион, науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых Южного федерального округа (Новочеркасск, 2009); XI Междунар. науч.-практ. конф. по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизич. данных, Геомодель - 2009 (Геленджик, 2009); 58-й науч,-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ), (Новочеркасск, 2009); XII Всерос. угольном совещании по инновационным направлениям изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых (Ростов н/Д ,2010); 59-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ), (Новочеркасск 2009); VIII Междунар. науч.-практ. конф. по проблемам геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования (Новочеркасск , 2009); XII Междунар. науч.-практ. конф., Геомодель - 2010 (Геленджик, 2010).

По теме диссертации опубликовано 12 научно-исследовательских работ, 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и 2 приложений, содержит 42 рисунка, 4 таблицы и библиографический список из 129 наименований.

Информация о работе

Ершов, Николай Алексеевич
кандидата технических наук
Новочеркасск, 2013
ВАК 25.00.16

Диссертация

Разработка технологии исследования тонкослоистых терригенных коллекторов методами электрического каротажа с высоким вертикальным разрешением - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы