Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Развитие теории решения прямых и обратных задач радиоактивного каротажа

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

Автореферат диссертации по теме "Развитие теории решения прямых и обратных задач радиоактивного каротажа"

П £ 9 2

&учно-производственное государственное предприятие по геофизический работай в скважинах "ГЕРС" (ЕПГП "ГЕРС")

Ш правах рукописи

ЕНИКЕЕЕА ШЗШ ХАСАЮВНА

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ПРЯМЫХ И ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ РАДИОАКТИВНОГО КАРОТАЯА

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тверь 1992

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических методов исследований, испытания и контроля нефтегаэоразведочных скважин (ВНИГИК) НПГП "ГЕРС"

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Кантор С. А. доктор технических наук, профессор Сохранов Е Е

доктор геолого-минералогических наук, профессор Элланский U.U.

Ведущая организация Московский геолого-разведочный институт

Защита состоится 24 июня 1992 г. в 14.30 часов на заседании специализированного совета Д 071.18.01 в НПГП "ГЕРС" по адресу: 1700034, г. Тверь, проспект Чайковского, 28/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИГИК НПГП "ГЕРС"

Автореферат разослан 23 мая 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, K.&-U.K, доцант

.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕР ЮТИКА РАБОТЫ

;/; Актуальность проблемы. Развитие нефтяной и газовой про-.../Штленности связано с вовлечение« в разведку и разработку новых, все более слолных нефтегазоносных геологических объектов, характеризующихся полнышаральнш составом, неоднородным строением пород, повышенными термобарическиыи условиями. В этих условиях возрастают требования к достоверности и детальности геологической документации разрезов нефтегазовых скважин, что, в свою очередь, стимулирует создание я применение высокоинформзтивных методов исследования, эффективных методик и способов обработки н интерпретации результатов измерений.

Важное место в комплексе геофизических исследований скважин (ГИС) на нефть и газ занимают методы стационарного радиоактивного каротаха (РК>. Они применяются для решения основных задач оперативкой интерпретации и подсчета запасов - выделения коллекторов, определения их емкостных характеристик, Бедственного состава и насыщения, оценки положения контактов газ-нефть-вода, эффективных йефтегазонасыадгнных толщин я т.д.

Интенсивное развитие (особенно в последние годы) методов РК, разработка и внедрение новых модификаций шогопараыетро-вой и мкогозондовой аппаратуры и высокие темпы компьютеризации ГЙС выдвигают проблему теоретического обоснования методики интерпретация материалов РК на основе решения прямых и обратных задач в постоянно усложняющихся геолого-технических условиях измерений. Шэтому развитие теории решения прямых и обратных задач РК, направленное на разработку эффективных способов и компьютеризованной технологии получения геологической информации из результатов измерений, является актуальной крупной научной проблемой, имевдэй важное народно-хозяйственное значение в области поисков и разведки месторождений нефти и газа.

Цель работы - повышение достоверности и геологической информативности комплекса стационарных методов радиоактивного кзротажа при решении задач нэфгегазопромьсловой геофизики в сложных геолого-технических условиях путем развития теория решения прямых и обратных задач РК и создания компьютеризованной технологии обработки и интерпретации.

Основные задачи работы;

- разработка физико-математического аппарата для решения

прямых задач радиоактивного каротаж с учетом многообразия геолого-технических условий измерений в нефтегазоразведочных скважинах, включающего ядерно-физические и геометрические модели нейтронного, гаша-гамма- и гаша-каротажа, алгоритмы и компьютерную технологии расчетов зависишстей РК с точностью, не уступапцвй эксперименту;

- исследование полей радиоактивных излучений с учетом многофакторности условий измерений и взаимосвязанное™ технических и геологических параметров, дифференцированной оценкой физических аффектов, существенно влиящих на формирование показаний, с целыэ получения исходных данных, необходимых и достаточных для построения интерпретационных зависимостей РК;

- обоснование, разработка и апробация на экспериментальных и скваишных материалах интерпретационных зависишстей РК для серийной аппаратуры с оценкой их достоверности и представительности для учета влияния условий измерений ув скваяине, сложного минерального состава город и насыщающих их флюидов;

- разработка алгоритмов решения обратных''задач и компьютеризованной технологии обработки данных РК с целью оценки достоверности (качества) результатов измерений и построения петрофизических моделей для определения емкостных и литологк-ческих параметров горных пород;

- опробование интерпретационного обеспечения и компьютеризованной технологии обработки данных РК в широком диапазоне изменения геологических и технических параметров в различных нефтегазовых регионах страны.

Научная новизна. На основе совершенствования методов Монте-Карло разработан эффективный вычислительный аппарат для решения прямых задач РК в реальной геометрии измерений в скваяшне, шрееекзщзй неоднородные полиминеральные горные породы с различным насьщэнкем, включающий:

- физико-математические модели переноса излучения в геомэ-трии "прибор-сквалшна-порода";

- алгоритмы и программы, специализированные для.расчета полей, применяемых в ядерной геофизике, обеспечивавдие уменьшение счетной погрешности, ускорение вычислений, получение дифференцированных оценок физических аффектов, влияния геометрии скважинкых приборов в реальных условиях каротагшых измерений;

- компьютерную технологии вычислений, обеспечивающую высокую точность результатов за счет корреляции параллельных (одновременных) и последовательных расчетов вариантов геолого-ч технических условий.

В результата исследования решений прямых задач радиоактивного каротаяа а реальных условиях измерений впераь»:

- установлена инверсия пространственных распределений потоков надтепловых и тепловых нейтронов и захватного гамма-излучения в горных породах, пересеченных скважной, обусловленная взаимосвязанным влиянием водородосодерлания, хлоросодержа-ния и минерального состава пород и показана возможность применения указанного эффекта для определения пористости, литологии и насыщения пород по данный многозондовых модификаций НК;

- проведен анализ компонентного состава регистрируемого при КГХ захватного гамма-излучения в широко« диапазоне изменения геолого-технических условий измерений и предложены количественные критерии теоретического прогнозирования характера зависимости показаний НТК от пористости при различной контрастности промывочной и пластовой жидкостей по хлоросодеряа-нив в породах, различающихся по глинистости й газонасыщзннос-тл, с примесями аномальных поглотителей нейтронов; 1

- получены количественные зависимости показаний зондов нейтронного каротажа от пористости, минерализаций промывочной яидкости и Пластовых вод, газонасицэнности и минерального состава горных пород с учетом вариаций условий измерений я сквалине и конструкции прибора; •

- систематизированы и классиг^ицированы ядерные характеристики горных пород и минералов продуктивных отловений нефтегазовых шсторовдений основных нефтегазоносных регионов страны;

- созданы штодические основы для оценки разрешающей способности комплексов РК (НК, ГГК, ГК) по геологическим параметрам и формализации априорной информации, используемой при интерпретации данных РК;

- определены структура, состав, полнота и представительность комплекта палеток и библиотек интерпретационных зависимостей, необходимых для обработки и интерпретации данных НК, ГГК и ГК с точностью, удовлетворявшей требованиям практики;

- обоснован подход к решению обратных задач РК, основанный на применении результатов адекватного эксперименту имитационного моделирования данных ПК, ГГК и ГК в нефтегазоразве-дочных скважинах и включающий способы быстрого получения решений за счет применения статистических и графо-аналитических критериев оценки взаимодействия априорной, каротажной и теоретической информации в многомерном пространстве геофизических параметров.

Разработаны и обоснованы широким опробованиеи на тестовых и фактических материалах ГНС методика и технология коыпьоте-риэованной обработки данных кошлекса методов РК,Обеспечивайся:

- оценку достоверности (качества) результатов измерений;

- построение петрофизических моделей РК для определения еи-костных и литологических параметров горных пород;

- экспертный анализ априорной, каротажной и теоретической информации в различных геолого-технических условиях измерений,

Оценены эффективность, информативность, методические возможности и преимущества компьютеризованной технологии обработки данных РК на материалах, полученных при исследовании разведочных скважин основных нефтегазоносных прозинций страны.

Автором защищается следующие основные научные положения:

1. Для репения прямых задач РК в реальной геометрии нефте-газоразведочных скважин с учетом многофакторности технических и геологических условий измерений с цельи получения интерпретационных зависимостей РЕ необходимо использовать специализированный вычислительный аппарат методов Мэнте-Карло с привяз- ■ кой результатов расчетов в опорных экспериментальных точках.

2. Дня повышения достоверности и геологической информативности кошлекса методов РК в сложных геолого-технических условиях измерений при обработке и интерпретации каротажных материалов необходимо использовать комплекты палеток, библиотеки интерпретационных зависимостей, алгоритмы и программы, разработанные с многофакторным учетом влияния технических и геологических параметров.

3. .Ери ресешш обратных задач РК с целью оценки качества результатов измерений, построения петрофизических моделей кои-

- Б -

плекса методов РК для определения емкостных свойств и минерального состава горных пород» экспертного анализа априорной и каротажной информации з различных геолого-техническях условиях исследования нефтзгазоразведочных сквант необходимо использовать методику и компьютеризованную технологию обработки, базирующиеся на результатах адекватного эксперименту имитационного моделирования показаний ядерно-геофизических методов к обеспечивающие требуемые практикой достоверность получения геологических параметров и обоснованность принятия решений.

Практическая ценность работы заключается в:

- создании компьютерной технологии решения прямых задач РК на основе специализированных алгоритмов и программ методов Мэнте-Карло, как информационной основы для исследования методов, аппаратуры, метрологического к интерпретационного обеспечения радиоактивного каротажа;

- создании и внедрении комплектов палеток,функциональных

раыетров, алгоритмов и методики компьютеризованной обработки' и интерпретации данных РК в сложных'геолого-технических условиях каротажа нефтегазоразведочных сквалин.

Внедрение результатов работы. Основные результаты исследований положены в основу утвержденных Управлением геофизических работ Шшгео СССР следующих документов:

- наставлений по интерпретации с комплектом палеток "Определение емкостных свойств и литологии пород в разрезах нефтегазовых скважин по данным радиоактивного и акустического каротажа" (1984 г.);

- "Методических указаний по проведению плотностного гаы-ма-гамма-каротажа в нефтяных и газовых скважинах аппаратурой СПЕ-АГАТ и обработке получаемых результатов" (1038 г.);

- "Методических указаний по проведению нейтронного и гамма-каротажа в нефтяных и газовых скваяинах аппаратурой СРК я обработке результатов измерений" (1989 г.).

Указанные нормативно-технические документы изданы типографиями г. Калинина и области и разосланы в производственные и научные организации отрасли.

2 рамках исследовательских соглашений с Международным Агентством по атомной анергии (ИАГАТЭ) N 4201/СР и N

- В -

4201/R2/CF по передаче прогрессивного опыта и подготовки специалистов в различных странах мира результаты исследований включены в проекты "Ядерная техника в разведке и разработке природных ресурсов: ядерные методы исследования скважин для определения характеристик горных пород" (1985-1989 гг.).

Алгоритмы и пакеты программ включены в систему "ГИНТЕЛ', "ПОДСЧЕТ СМ", "АСОИГИС", а такяе в составе пакета "LOG TOOLS" эксплуатируются производственными предприятиями, выполняющими геологоразведочные работы на нефть и газ.

Апробация работа Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесопзных семинарах по методам Шн-те-Карло (г. Новосибирск, 1969, 1974, 1979, 1985, 1991 гг.); на Всесоюзных совещаниях по методам Монте-Карло в ядерной геофизике (г. Уфа, 1972 г.; г. Октябрьский, 1973 г.), на Всесо-взном совевдннм "Состояние и перспективы развития скважинкой ядерной геофизики" (г. Москва, 1984 г.); на Всесоюзной научно-практической конференции "Щэобдемы и перспективы ядерно-геофизических методов в изучении разрезов скважин" (г. Обнинск, 1989 г.); на научно-технических конференциях и семинарах по использовании геофизических методов (г. Ивано-Франковск, 1979 г.; г. Тшень, 1980, 1981, 1982 гг.); на совещаниях экспертов МАГАТЭ (Оттава, Канада, 1987 г.; Пекин, КНР, 1989 г.; Дебре-цэн, Венгрия, 1990 г.); на Международном симпозиуме МАГАТЭ по применению ядерных методов в разведке и разработке энергетических и минеральных ресурсов (Вена, Австрия, 1990 г.)

Публикации и использованные материалы. По теме диссертации опубликовано 49 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введений, 3 глав и заключения; содержит 285 страниц машинописного текста, в т. ч. 83 рисунка, 15 таблиц, библиографию из 206 наименований.

В диссертации представлены результаты исследований, выпол-сенных лично автором, а также под ее руководством и при непосредственном участии в отделе радиоактивного каротажа ВНИ-ГИК НПГП "ГЕРС", использованы некоторые результаты, полученные автором в Башкирском государственном университете и ЫИНХ н ГЕ Большое влияние на научное направление, уровень исследований и выбор приложений оказала совместная работа с ELA-Гулиным, И. Л. Дворкшшм, И. Г. Дядькиным, И. Е. Головацкой.

Выполнение работы способствовали совместная работа и творческие контакты с Д. А. Кожевниковым, Б. К. 2уравлевым, Р. Т. Хаыатди-новым, Е. А. Велижаниным, Р. А. Резвавовым, А. Л. Шяячвнко, Е а Стариковым, Б. Е. Лухминсюш, С. С. Головацким, А. В. Ручкиныы, А. Ф. Зотовым, Э. Г. Урнановыы. Автор выражает глубокую благодарность этим ученым и всем, кто способствовал выполнению работы.

СОДЕРЖАШЕ РАБОТЫ

Ео введении обоснованы тема диссертации и актуальность проблемы, сформулированы цель, задачи работы е основные научные положения, которые выносятся на защиту. Охарактеризовано состояние разработки теории интерпретации данных стационарных методов РК к началу работ.

Шрвая глава посвящена исследованию решений прямых задач стационарных методов РК и теоретическому обоснованию интерпретационных моделей ЕК, ГГК и ГК и начинается с изложения исходных положений,определяющих постановку решаемых задач.

Применяющиеся в настоящее время методы РК и соответствующая аппаратура оптимально ориентированы на измерения геофизических параметров с минимизацией большого числа факторов, связанных с технико-эксплуатационными характеристиками аппаратуры, параметрами сквалины и геолого-геофизичесюоди характеристиками пласта *. .Однако полностью исключить влияние мешающее факторов не удается. Поэтому количественные оценки геологических параметров по показаниям одного какого-либо метода из-за влияния условий измерений достаточно грубы, более того, при определенных условиях,"метающий" параметр может стать "определяемым", и наоборот(например, водородо-и хлоросодеряаниэ

* Всю совокупность факторов а, влияювдяс на показания прибора (геолого-технические условия измзрений ГТУ), для удобства оперирования обычно разделяют на "технические" - От, обусловленные влиянием скважины и средств измерений, и "геологические" - От, обусловленные влиянием вещественного состава и физико-химических свойств исследуемых горных пород.

по ННКт в условиях повышенной минерализации пластовых вод и промывочной жидкости).

Таким образом, для каждой из модификаций РК необходима разработка библиотеки интерпретационных зависишстей, методик и средств общэния с библиотекой и построение алгоритмов обработки с определением и обоснованием технологии преобразования исходных каротаяньк данных (первая группа задач).

На определенном уровне накопления знаний по началу разрозненные элементы их получения и использования объединяется в единую систему нногопарамэтрического имитационного моделирования РК с развитыми средствами контакта с фактическими каротажными данными (аппарат решения обратных задач) и принятия решений. Поэтому вторая группа задач ориентирована на реализацию идеи использования при интерпретации материалов РК результатов эквивалентной эксперименту теоретической имитации каротажных данных для заданных ГТУ.

1&тсд получения и исследования интерпретационных зависимостей РК и его программная реализация.

Для получения интерпретационных зависимостей РК широко применялись численный конечно-разностный метод (А.Л. Полячен-ко, Ы. И. Калашникова, Е Г. Цейтлин и др.), различные аналитические методы (С. А. Кантор, Р. А. Резванов, Е А. Губерыан, Д. А. Кожевников, й.А.йоэачок и др.) и метод Шнте-Карло (И. Г. Дядькин, Р. А.Резванов, ЕЕ.Лухминский, ЕЕ Стариков, А. И. Хисамугдинов и др.).

Шюгогрупповые конечно-разностные и аналитические методы с учетом их естественных ограничений являются самостоятельными методами получения интерпретационных зависимостей РК только после строгого обоснования в каядой области изменения параметров 8 "привязки" к результатам эксперимента или более точного теоретического метода. Именно в этом случае ощутимыми будут достоинства этих методов - быстродействие конечно- разностного аппарата и простота аналитических оценок.

Ивтод Монте-Карло (ММК), выбранный автором в качестве основного метода исследования интерпретационных зависишстей, настраивается на эксперимент лишь в одной-двух точках, так как в физико-математических приближениях ШК не учитывается пренебрежимо малые второстепенные физические эффекты и очень мелкие детали геометрии измерений. Настройка осуществляется

- g .

в саьом начала серии расчетов. В дальЕэйтем программы расчетов по сути становятся аналогом натурного моделирования с более широкими возможностями воспроизведения условий измерений з сквалине и параметров горной породы. В этом принципиальное отличие шк от других мэтодов.

Сама возможность проведения вычислительного эксперимента" ШК на инояэствэ вариантов ГТУ реализована в 70-э годы, но проблема освоения ЖК пришнительно к теория и практике ядерной геофизики была поставлена раныпэ - а середине 60-х годов.

В началхньЯ период освоения ШК необходимо было ответить на следующие вопросы (три начальные проблемы 1Ш):

- каково место ШК в ядерной геофизике (круг решаемых задач, ограничения и т. д.);

- какие физико-математические алгоритмы эффективно использовать в скважиной геофизике;

- как программно обеспечить репвкие этих задач на компьютерах, в те времена далеких от совершенства, по глазным параметрам - скорости вычислений, объему быстрой памяти, отсутствию дружелюбных операционных систем.

Эти проблемы решались совместно коллективом геофлэг?коз Бапкирии (ВУЯЗНИИГеофизика, БГУ): а А. Гулин, И. Л. Дворкин (определение крута задач и их геофизического сшсла), Л Г. Дядь-ккк (¡Jkskkd-математические алгоритш), Л. Т. Лисикенков, Г. И. Понятой, ЕЕ Стариков и автор настоящей работы (программное обеспечение и копьютеряая технология). Работы велись в контакте с другими геофизиками (Б. Е. Духшшский, Р. А.Реэванов, Д. L Кожевников и др.). В начале 70-х годов коллектив авторов пополнился Р. Т. Хаматдинсвым, Е К. Журавлевым, В. А. Велижаниным Д. К. Галимбековым и др.

Элемент компьютерной технологии, без которого ШК, в отличие от аналитических методов, лишен смысла, сыграл решащую роль не только в стимулировании алгоритмов расчета, но а в осмыслении роли, которую шгут сыграть МЖ в теории и интерпретации стационарных методов РК. Уже первые работы, выполненные с участием автора на компьютерах 1-го поколения: нефтена-:ыщгнность по хлору (НККт, НТК), водородосодаржанЕЭ по НТК, несоответствие спектральных характеристик ГК в скваетнэ и на лабораторных установках и др.- позволили, наряду с получением

конкретных результатов, сделать ряд выводов в отношении трех обозначенных начальных проблей:

1. О месте ШК в ядерной геофизике. МШ эффективен для решения прямых задач, но не может быть прямо применен для решения обратных. Например, оптимизация зондов возможна только при продуманном комплексе прямых задач с последующей обработкой их результатов какими-либо иными (не ШК) методами. ШК является не просто численным методом решения задач РК, как думали вначале, а является самостоятельным теоретическим методом изучения полей квантов к нейтронов, поскольку имитирует не только поток в детекторе или фазовой точке, ко и всю траекторию, предшествующую приходу кванта-нейтрона в эту точку. В дальнейшем это постепенно привело к пониманию того, что ШК, наряду с решением теоретических вопросов, может в значительной степени заменить и натурное моделирование. Статистика траекторий, которую иначе,чем ШК, проследить невозможно, была использована в первых же расчетах и внесла ясность в понятая глубинности ядерных методов и вкладов различных зон скважины и породы в регистрируемую интенсивность.

2. О фиа икс-математических алгоритмах ШК. На компьютерах 1-го поколения были опробованы новые принципы физико-математических алгоритмов ШК и способов их программной реализации, которые применяются до сих пор, включая современные персональные ЭЩ

- минимаксная форма способа "попадания под зонтик отношения вероятностей", обеспечившая широкий выбор алгоритмов имитации актов взаимодействия нейтронов и квантов с в^прством;

- отбор алгоритмов, оптимальных по скорости счета для данной ЭВМ, и их реализация на автокоде;

- эффективный способ имитации бесконечно протяженного источника естественной активности в скважинных условиях (ГК), отбирающий лишь траектории, достигающие детекторов в скважине;

- манипуляции сериями Лэмера в датчике-случайных чисел для создания корреляции траекторий частиц в средах разного состава.

3. О компьютерной технологии решения задач ядерной геофизики ШК. На компьютерах 1-го поколения оптимальной по скорости счета оказалась программа, при которой за один прогон

производится одновременный параллельный расчет всех интересу-гщих геолого-тезпгаческих условий. Только так удалось произвести первые расчеты за приемлемое время. Цри этом программа оказалась слишком громоздкой и сложной а потребовала длительного календарного времени для написания, отладки и настройки. Уже на компьютерах 2-го поколения (БЭСМ-б) и 3-го поколения (персональные) удалось обосновать и применить кнсй принцип компьютерной технологии: лвртвуя скоростью счета одного прогона программы, выиграть з календарном времени реиения прямой задачи за счет создания программы расчета одного варианта геолого-технических условий (совместно с ЕЛ Вэлияаниным, Б.К. Журавле вда, шогие идеи были предложены И. Г. Дядъкинын). Цри этом система управляемых датчиков случайных чисел обеспечивала автоматическую корреляцию каадой траектории при смене геолого-технических входных данных. Созданы константное обеспечение задач ядерной геофизики и способы быстрой выборки нужных констант при имитации актов рассеяния, захвата и пробега. На компьютерах 1-го поколения быт опробованы многие алгоритмы для решения проблемы больших зондов (локальный счет, экспоненциальное преобразование, разнообразные "веса" и др.) и показана их неприменимость для условий ядерной геофизики, последствии эту задачу удалось решить специальной модификацией ьйтода расщепления (Р. Т. Хаматдпнов и др.). Тогда ж? стала понятна (и впослэдстзии осуществлена с участием авторз) необходимость создания специализированного для задач ядерной геофизики матобеспечения !Ж, так как специфика задач ядерной геофизики не допускает эффективного использования программ, разработанных для ядерных реакторов.

Таким образом, к настояпрму врешни построена ыетодологкя проведения вычислений 1Ж, разработаны:

~ системы физико-математических описаний процессов переноса ядерных частиц в геометрия каротажа скважин;

- специализированны? (а соответствия с требованиями и ре-паемыми задачами РК) банки данных ядерных констант и средств их компиляции;

- система организации вычислений, опирающиеся на оптимальные способы их ускорения и минимизации счетных погрешностей;

- гибкие и универсальные структуры построения конечных программных реализаций;

- 12 -

- способы настройки вычислительного аппарата;

- способы хранения и обработки иногошрной счетной информации.

Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных зависимостей Нй, Гй и ГГК во многих точках пространства а даш основание для использования теоретических данных для решения практических задач интерпретации в разнообразных условиях проведения каротаяа, недоступных натурному моделированию.

Теоретическое обоснование интерпретационных моделей нейтронного каротаж.

Основное назначение стационарного нейтронного каротааа -определение водородосодержзния горных пород. В комплексе с плотюстныгл гамма-гамма, акустическим и другими видами каро-така НК позволяет определять обтую пористость, литологию, глинистость, характеристики насыщения и другие параштры горных пород в разрезах нефтегазовых сквадин. Нейтронный каротаж не является прямым методом измерения параьшров пластов, г геофизическая интерпретация данных Ж базируется на применении специальных зависимостей, связывивдх показания метода (суть ядерные свойства разреза) с кскомьш характеристиками породе. Зга особенность НК определяет подход к штоду как единой систеш: аппаратура + иетоднкз измерений + интерпретационное обеспечение.

Основной обгэм нейтронного каротажа в нашей стране до недавнего времени выполнялся однозондовыш приборами ДРСТЗ-90 (СП-62 в термальных сквагазах), реализующими НТК и НШ& и разработанными еиэ в середине 80-х годов. В последние годы •расширяется применение деух- и шогозондовых прибороЕ ЕНЙ (К-7, РКС-3, Ш-2, Р-7, СРК, РК-И и др.). За рубежом основной обгем исследований выполняется двухзондовына приборами

и СМ. компенсационного типа, реализупцимн ННКнт и ННКт.

Одним из основных факторов, определяющих показания стационарных нейтронных методов является пространственное распределение полей нейтронов в исследуемых горных породах. Распределение потоков надтешювых к тепловых нейтронов Ф(г) (г -расстояние от источника) в породах разного состава имеет инверсионный характер. В горных породах (например, породах-коллекторах нефти и газа), объемная юдедь которых может- был» представлена в виде сочетания твердого (скелет) и яидкэго

Сгазообразного) компонентов, наблюдаются две области инверсии «Кг). Первая обусловлена изменением водородосодержания (пористости Кп) породы и соответствует расстояниям г инв, не превышагщиы 25-30 сы,вторая определяется влиянием минерального состава скелета пород (литологии) и происходит на больших расстояниях от источника. С увеличением пористости область инверсии по литологии сдвигается в сторону меньших г. Значения г ипв для потоков тепловых нейтронов Больше соответ-ствупцих значений для потоков яадтепловых нейронов. Только на расстояниях г > г инв изменения интегральных потоков частиц соответствуют миграционным длинам нейтронов в породах разного состава. Закономерности, установленные в однородных средах, сохраняются и в реальной сквалшяной геометрии. Области инверсии зависимости показаний НК от длины зонда Ж г),обусловленные влиянием водородосодеряания и минерального состава пород, соответствуют рабочим длинам зондов, примегяицихся на практике измерительных установок. От выбора длины зонда т. измерительной установки зависит не только величина, но и знак эффекта влияния литологии пород.

Особый интерес представляет результаты, полученные для двух- и многозондовых модификаций НК. Дифференциация геофизического параметра А = ]ш/]6а ( где ])ю, ]бз - показания ближнего к источнику ("малого") и дальнего ("большого") зондов в усл. ед.) по Кп и минеральному составу значительно увеличивается, если длина малого зонда соответствует доинверси-онной.а большого зонда - заинверсионной области распределения показаний, при этой важное значение имеет расстояние между детекторами. Этот эффект может быть использован для оператив-ного( в процессе записи диаграмм НК )определения пористости и минерального состава пород (например, сопоставлением ]мэ и А),

¡Вгаические процессы, влияющие на показания НТК многочисленнее процессов,влияющих на показания чисто нейтронных методов. Кроме параметров замедления и диффузии, существенную роль в формировании показаний НТК играют иэлучащая способность и плотность окружающих прибор сред. Чрезвычайно большую роль в понимании физики НТК сыграл анализ компонентного состава регистрируемого гамма- излучения?Я1Введение в расчеты дополнительного параметра, а именно, зоны, из которой в детек-

тор поступает захватное гамма-излучение, помогло уяснить особенности формирования зависимости показаний НТК от геологических характеристик породы и условий измерений в скважине. Оказалось, что из двух компонентов регистрируемого гамма-излучения ("излучение пласта" ^ и "излучение скважины" ,1сгаз) основную роль в формировании зависимости от пористости игразт 1скв. А'связано это с тем, что }скв пропорционально плотности тепловых нейтронов в скважине (то есть, по супрству пропорционально показаниям ННКг). Вклад Лскв в сильной мере зависит от пористости породы и уменьшается с ее увеличением. Характер зависимости компонента от Кп сложен и при изменении минерального состава горной породы, в основном, определяется совместнш влиянием поля тепловых нейтронов в пласте, плотности и излучающей способности горных пород. Анализ консонантного состава .^позволил детально изучить влияние контраста минерализация (хлоросодерханий) пластовой и прошвочной жидкости (ГШ) в зоне исследования метода. Количественно оценены и обоснованы геолого-технические условия, когда возможна наблюдаемая на практике инверсия зависимостей 1пу(Кп), обусловленная совместным влиянием минерализации пластового флюида и ПК. Таким образом, сведения о коьшонентком состава ЛпУпошг-ли выявить физический механизм формирования показаний метода в различных ГТУ.

разработке библиотек интерпретационных зависимостей для различных юдификаций НК и серийной аппаратуры были исследованы влияния на показания методов всех основных параметров пространства От : минерального состава пород в широком диапазоне изменения литотшов, глинистости,содержаний приыа-сей боро-, хлоро- и железосодержащих минералов и т. д., вэиес-твеяного состава и параметров пластового флюида (минерализации, газонасыщвнности). Количественные оценки получены с учетом взаимосвязи параметров От и От. Детально изучено влияние технических факторов 6т - диаметра и конфигурации ствола скважины, определяющих траекторию движения прибора, параметров и физико-химических свойств ИХ, размеров и параметров промели очной среды шдд7 прибором и пластом, температуры и давления в скважине, аппаратурных факторов и т. д.

Кошшексирозаниэ результатов НК с данными других штодов ила, например, обоснование параметров физических моделей

требует знания геометрической (изучалась теоретически л экспериментально многими авторами) и информационной (ю определяемому параметру) глубинностей исследования. Рассмотрены информационные глубинности исследований по водородосодержшив (пористости).хлорссодерлалив (минерализации) и газосодерхашо пластовых флшдов для различных вариантов ГТУ и разных модификаций ЕК (по результатам совместных расчетов с RJLВэдйхани-ным и др.).

Обобщены результаты расчета,обработки, систематизации и классификации нейтронных и ряда других ядерных характеристик горных пород и минералов продуктивных отлояений нефтегазовых месторождений. Цель обработки - обоснование "эквивалентности" характеристик и показаний конкретных приборов РК для последующ го использования первых при оперативной'оценке разрешающей способности комплекса методов РК по определяемым геологическим параштрам и формализации априорной информации, используемой при обработке каротажных материалов. В частности, установлен характер связи измеряемых параметров одно-,двух- и многозондовыз модификаций НК с миграционными длинами надтеп-ловых ls и тепловых нейтронов 1м для различных геометрий измерительных установок и определены области устойчивости зависимостей A=f(ls) и А=(1м) к изменении минерального состава горной породы ( подтверждение рекомендаций Р. А. Резваяова ).

Цри рассмотрении теоретических основ и интерпретационных моделей гаша-гамиа- и гамма - каротаха автор руководствовался результатами детальных теоретике - экспериментальных исследований, выполненных Ю. А. Гулиным, И. Е Годовацкой (ГГК и ГК), Р. Т. Хаматдиновым, Е.R Семеновым и др. ( ГГК ), O.A. Алексеевым, Е В. Ларионовым, С. ШГоловацкиы и др. (ГК и ОГК), зарубежными исследователями Adare J. А. S., Fertl V. Н., Szubek J. А. и др. (СГЮ. Работа автора сводилась к систематизации результатов решения прямых задач ГГК и ГК, определении существенных для алгоритмов обработки параметров Gr и От, построению интерпретационных моделей ГГК и ГК и их апробации в комплексе с другими методами РК.

Вторая глава посвящвна разработке алгоритмов решкия обратных задач РК и их реализации в компьютеризованной техноло-.а: обработки данных стационарных методов РК

Предлагаемая ¡методика обработки данных РК, в первую оче-

редь, ориентирована на применение при оперативной интерпретации для решения задач:

- оценки достоверности (качества) результатов измерений;

- построения петрофизкческих моделей комплекса методов РК;

- определения емкостных и литологических параметров горных пород по данным РК;

- экспертного анализа априорной, каротажной и теоретической информации с целья получения количественных критериев для прогнозирования результатов шЛразличных ситуациях ГТУ.

Предпосылкой для создай® методики компьютеризованной обработки данных РК явилась концепция имитационного моделирования РК, основные положения которой были сформулированы (как уже отмечалось вьсе) за счет накопления большого объема информации решением прямых задач РК. Основное назначение имк-тащ^кнсго моделирования при проведении обработки данных РК -обеспечение интерпретатора теоретической информацией по комп-лексируеыым методам, независящей от обрабатываемых (входных) каротажных данных, и средствами (алгоритмами) использования этой информация для получения количественных оценок. В идеале аппарат имитационного «юделирования должен "воспроизводить" для заданных ГТУ полностью идэнтичнш фактическим теоретические кривые РК Уровень воспроизведения каротажных данных, в зависимости от решаемой задачи и параметров используемого объекта, может быть различным. Получение многомерных интерпретационных зависимостей и палеток является одной из частных функций имитационного моделирования.

Изгодика обработки базируется на организации взаимодействия между тремя основными объектами:

- каротажными данными (КД) - результатами измерений в соответствующих геолого-технических условиях;

- априорными данными (АД) об исследуемом геологическом объекте, независящими от КД;

- теоретическими данными (ТД), полученными с помощьо аппарата имитационного моделирования для заданных ГТУ или для АД.

Вид взаимодействия КД, АД и ТД определяется решаемой задачей, а его реализация требует создания и применения единого математического описания "пространства взаимодействия".

- 17 -

Схема обработки включает два основных этапа - оценки качества входных каротажных данных и построения петрофизических моделей для методов , участвующих в решении задачи.

Оценка гачества предусматривает выполнение операций контроля метрологических характеристик входных данных и их корректировку на влияние сквалинных воловий измерений. В зависимости от конкретной ситуации и решаемой задачи реализуется один или несколько вариантов оценки соответствия КД геолого -техническим условиям измерений. Предлагаемые схемой варианты основаны на использовании статистической модели каротажа (СМК) — многомерной функции распределения геофизических па-раштров. Размерность функции равна числу параметров,участвующих в оценке качества КД. СМК может строиться (и дополняться) по каротажной, теоретической и априорной информации. Как и любой статистический объект,СМК с разной степенью приближения отражает истинный характер распределения, но редко соответствует ему по всей совокупности параметров ГТУ. Поэтому схема обработки не предусматривает полностью автоматизированного алгоритма получения решения. СШ предлагается как один из способов представления данных и анализа их статистических характеристик - решение принимает интерпретатор.

Построение (выбор) петрофизической модели также проводится в интерактивном релине. Следует отметить, что данная операция должна соответствовать задачам, решаемым РК в комплексе ГИС, и строго подчиняться законам и моделям комплексной интерпретации. В рассматриваемой методике обработки построение модели подразумевает решение частной (но часто встречающейся на практике ) задачи определения компонентного состава пород (пористости и ее состовляющих, содержаний компонентов матрицы и цемента и т. д.) по данный РК с привлечением ограниченного числа нерадаоактивных методов (АК, 02 и др.).

Алгоритм взаимодействия каротажных, априорных и теоретических данных ориентируется на применение единых для трех типов информации математического описания и форм представления пространства взаимодействия. В качестве единого пространства используется пространство, осями которого являются геофизические параметры или их функции. Взаимодействующими объектами я этом многомерном пространстве являются "таксоны", имеющие единую геометрическую форму описания независимо от введенной

исходной информации . "Таксон" - это область многопарного пространства, ограниченного замкнутой поверхностью. Шверх-ности имеют форму эллипсоидов разных видов (сфероиды, эллипсоиды вращения, осеориентированные). Так например, многомерная функция распределения (СШЦ шлет быть представлена как система вложенных друг в друга эллипсоидов, характеризующее представительность виОорок. Теоретические данные (узлы интерпретационных палеток) представляются эллипсоидами, охватывающими соответствующие им области многомерного пространства. Единица каротажных данных - отсчет, пласт представляется осе-ориентированным эллипсоидом, размеры осей которого характеризуют погрешность измерения геофизических паргштров. Группа отсчетов, имеющих корреляционные связи,-.описывается эллипсоидом, ось вращения которого соответствует уравнению регрессии. Фзрыа эллипсоида выбирается по критерию минимума объема охватываемой им области в многомерном пространстве.

Тагам образом, любая информация, представленная таксоном, математически формализована следующим набором параметров: формой эллипсоида, координатами центра эллипсоида, радиусами и, в случае эллипсоида вращения, направляющими косинусами оси грацэзкя. Реизкиг конкретных задач (оценка качества, определение компонентного состава для заданной интерпретационной модели) сводится к созданию алгоритмов оптимального оперирования указанными параметрами с использованием известных положений аналитической геометрии. Выбор аппарата обусловлен простотой реализации, его быстродействием, экономным использованием ресурсов ЭВИ и возможностью организации интерактивной графики на всех этапах обработки и принятия решений (а отлкчиэ от методов многомерной оптимизации). Сект быстродействия аппарата важен при реализации многократных итераций в ходе проведения обработки.

Основной элемент имитационного моделирования, используемый для воспроизведения теоретических данных и определения геологических параметров - петрофизические уравнения, связывающие геофизические параметры ( Кп(ГГКП), Кп(НК), гэфф, содержания тория СТЬ, калия Ск, урана Си, ,1гк) с объемными содержаниями минеральных компонентов скелета и флюида( компонент - однородная по ядерно-физическим свойствам часть породы, влияние изменения состава, объема и строения которой на

показания методов существенно больше погрешности измерений). Компонентом мокзт быть один минерал (например, доломит, ангидрит и кальцит с карбонатных породах) или совокупность минералов (нглриыер, кмарц-подевошатовый скелет полиыигсговых песчаников). Основным компонентом является норовое пространство Кп, заполненное водой Яв, нефтью Кн и (или) газом Кг и поверхностно-связанной водой Кп. Структура перового пространства определяется заданием типа емкостей - поровая, трещинная, каверновая- шш их сочетаний. Твердая часть породы (1-Кп) в общем случае представляется скелетом и твердой ("сухой") фазой цемента. Скелет и цемент - механическая смесь основных минералов, входящих а состав осадочных пород, а также примесей некоторых элементов или соединений, аномально влиявших па распределение радиоактивных частиц.

Штрофиэичзские уравнения РК, сформулированные в рамках описанной объемной модели породы, универсальны для широкого класса пород - коллекторов нефти и газа.

Штрофизическое уразнение НК связывает кэжущувся пористость породы Кп(НК), определяемую по результатам измерений и исправленную на влияние технических (скважшных) условий, с минеральным составом породы и параметрами насыщаяцэго норовое пространство флгада. Уравнение получено по результатам решения прямых задач НК и учитывает суи^ственнуа нелинейность характера связи показаний с геологическими параметрами породы и влияние на эту связь технических факторов - диаметра я заполнения скважины. Возможность аддитивного представления входящих в уразнение поправок на влияние глинистости (с выделением "сухой" части глин) и "дефекта плотности", обусловленного влиянием газа, температуры и давления, показана Р. А.Резвано-вым и обоснована расчетами, выполненными Б. К. Дуравле-зш, а А. Велгааниным и автором.

Штрофизические уравнения ГТЯ связывают пористость Кп(ГГЕП) и эффективный атомный номер определяемые по

зависимости для водонасьи^нного кальцита и исправленные на влияние технических условий измерений, с минеральным составом к параметрами (заряд, молекулярный вес и плотность с учетом температуры и давления) компонентов породы.

Штрофизическое уравнение ГК такяэ учитывает метрологические характеристики серийной аппаратуры и связывает показа-

ния метода .[гк с объемной радиоактивностью компонентов породы, выраженной через массовые доли содержаний естественных радиоактивных элементов (и,ТЬ и К). Б зависимости от условий измерений и типа разреза модель ГК может характеризовать: фракционный состав неглинистой части скелета породы в ряду песчаник-алевролит-аргиллит, содержание калиевых полевых шпатов, наличие окисленного органического вещества, наличие зон вторичной доломитизации, присутствие акцессорных минералов и т. д.

Е главе 2 также описаны технологические приемы обработки данных РК, ориентированные на решение перечисленных выше задач оперативной интерпретации и реализованные в различных вариантах прикладных программ.

1. Получение неискаженных условиями измерений геофизических параметров м их погрешностей независимо от выбора режима обработки - "попластового" или,"поточечного"- осуществляется с помощью быстродействующих алгоритмов введения поправок в показания РК Применяется прием определения геофизических параметров непосредственно для конкретных сквадинных условий с учетом многомерного характера показаний от параметров Бт( А. .1 Шляченко, Т. А. Шподшикова, Е К. Дуравлез и др. ) .

2. Оценка достоверности результатов измерений (входной информации) как степени соответствия измеряемых геофизических параметров истинным параметрам горных пород с учетом погрешностей сравниваемых величин. Достоверность результатов измерений РК устанавливается относительно "эталонных" данных с известной обврй погрешностью, в роли которых выступаюг( в отдельности и вместе): данные лабораторных исследований керна, результаты других методов и комплексов ГИС, результаты имитационного моделирования, получаемые по априорным данным, неза-

от входных каротажных данных, ранее "оцененнш" диаграммы РК.

Один ив вариантов оценки величины систематической составляющей полной погрешности измерений исходит из предположения, *4тс систематическая погрешность обусловлена двумя причинами: отклонением (смещением) "нуля" записи диаграмм и искажением масштабной единицы, то есть, из допущения линейной связи между фактическими и истинными геофизическими параметрами. Б соответствии с набором выше перечисленных "эталонов", формиру-

пгся априорные даннш, по который конструируется теоретические показания ТД и с помощью алгоритма анализа многомерной информация количественно оцениваются смеярния входных каро-талных данных от ТД. Качество получаемых таореткчэских данных обеспечивается аппаратом имитационного моделирования. Различные аспекты такого подхода разрабатывались В. А. Вэлилшшнш, И. Г. Дядькиньм, А. И. Греизсим, В. К. Журавлевым и автором.

3. Построение пэтрофизических юделей предполагает выполнение ряда операций, связанных с "настройкой" системы универсальных для широкого класса пород-коллекторов осадочных отдалений петрофкэичвсккх уравнений на исследуемый объект. 1Ьст-роениз модели основывается на использовании априорной информации о физических свойствах горных пород и их компонентном составе. Реализована итерационная схема решния задачи с использованием оптимизационных критериев сходимости теорэтичес-кта и фактических параметров.

4. Оценка ргзрешахи^й способности комплекса методов РК по отнсшэшеэ к определяемым паргшетрам (напртср, компонентному составу). Разрзиавщвя способность обычно характеризуйся величиной погрешности, вкхзчавщрй погрешности иэшренкя геофизических параАйтроз и погрешности используемых интерпретационных моделей и зависимостей, алгоритмов и «зтодшс рэпннш обратных задач. Отпевание диапазона изменения содержания компонента к погрешности его определения характеризует число "градаций", на которое мозяно разбить указанный диапазон с помощью конкретного комплекса штодов. Анализ разрзшдай способности вшолняется с помощь*) аппарата имитационного моделирования с применением &лешнтов „таксояоши" в мяогсиэрном пространстве геофизических параметров.

Разработка программно-алгоритмического обеспечэння, технологий и методик обработки данных стационарного РК осуществлена коллективом сотрудников отдела радиоактивного каротажа ВНИГИК R К. Цуразлавыа, ЕА. Евлиханиным, С. Я Головацким, A.Ы. Яуковыы и автором настоящей работы.

Наиболее полно возможности программно-алгоритмического обеспечения реализованы а комплексе "LOG TOOLS" для персонального кошьпгора IBM ГС-AT в вида программного модуля, предназначенного для обработки и статистического анализа данных радиоактивного каротажа. Модуль обеспечивает обработку

предварительно отредактированных данных (отсчетов) РК и выполняет следующие функции:

1) обработку данных в "поточечном" иди "поплаотовом" режиме с целью определения неискаженных условиями измерений геофизических параметров и их погрешностей;

2) статистический анализ данных РК и другой beодикой информации (построение распределений, вычисление интегральных характеристик функций распределения и т. д.);

3) метрологический контроль (оценку качества) входных данных и их корректировку по имеющимся априорным материалам, в том числе с использованием "опорных" пластов;

4) построение к анализ интерпретационных зависимостей для отдельных методов и их комплексов во заданным геолого-техническим условиям измерений;

5) построение петрофизических моделей РК с оценкой их соответствия результатам скважишгах измерений к агрчорккм данным;

6) оперативный анализ геофизических параметров с целью оценки емкостных и лигологических характеристик пород (пористости, литологии, глинистости, насыщения и т.д.).

Модуль обеспечивает обработку данных радиоактивного каротажа следующими видами аппаратуры:

- нейтронный каротаж в модификациях HFK-60 и НШСт-50 (аппаратура ДРСТЗ-90, СП-62 и СРЮ, 2ННКТ и 2ННКнт (CFK и РК-П);

- плотностной гаша-гамма-каротаж ГГКП (аппаратура РГП-2, СИИ, СПЬ2-АГАТ и РК-П);

- литолого-шюгностной гамма-гамма-каротаж ГГХ-Ш1 (аппаратура СГПЛ);

- гамма-каротаж в интегральной ГК (ДРСТ-3-90, СП-62, СРК, РК-П) и спектрометрической модификациях СГК.

В третьей главе рассмотрены вопросы апробации и практических приложений методики компьютеризованной обработки данных РК.

Апробация методики компьютеризированной обработки выполнялась с цель к: отработки и тестирования ее отдельных элементов, оценки погрешности получаемых результатов и выявления областей приложения методики при решении различных задач практической интерпретации. Методика апробировалась как специализированными программами (на ЭВМ E3CU-6 и на ПК IBM

РС-АТ), так и в "средах" крупных систем автоматической обработки ("[ЮДСЧЗТ-СМ', "АСОИГЙС", "ГИГОЕЛ"). Автоноынь» программы обработки довольно быстро были освоены интерпретаторами и приобрели самостоятельную значимость не только как среды опробования алгоритмов, но и как средства оСобшэния и анализа результатов каротажа. Так, с помощью автономных программ были выполнены определения емкостных характеристик пород-коллекторов месторождений Карачаганак и Еанажол, рассмотренные ГКЗ при обосновании подсчетных параметров указанных месторождений.

Апробация методики проводилась на материалах, полученных в разных регионах страны: Западном Казахстане, Узбекистане, Западной Сибири, Севере Европейской части России, Украине, Туркмении и др. Во всех случаях задача сводилась к отбору наиболее существенных (для модификаций и комплексов РК) параметров РТУ и последующей оценке погрешности измерений и геологической информативности методов, с использованием бесспорных преимуществ фактического материала - его геолого-геофизической значимости и ярких иллюстративных возможностей. При апробации на фактическом материала оценивались следующие показатели программно-алгоритмических реализаций методики обработки

- полкота и качество задания априорных данных;

- полнота и качество "палаточной информации";

- наглядность средств визуализации;

- достоверность определении геофизических пара!!етров и систематической составляющей погрешности измерений;

- достоверность петрофизических моделей;

- технологичность схем обработки.

Критерия)® работоспособности алгоритмов (кроме программно-реализованных теоретических каротажных данных) были традиционные сопоставления с данными других видов ГИС (не участвующих в схемах обработки) и керна

Одним из основных моментов апробации методики являлось детальное тестирование интерпретационных зависимостей - на данных экспериментальных работ я скважинных исследований в максимально доступном диапазоне изынения параметров системы "скважина - порода". Например, условия тестирования для ЯК, ГГК и ГК включали:

- зависимости показаний НК ст пористости кальцита, доломита, кварцевого песчаника для скванин диаметром о? 150 до 300 мм;

- зависимости НК от минерализации, плотности кидкости, заполняющей скважину, тощины, плотности промежуточной среды между прибором к породой;

- зависиьгзсти показаний ГК от диаштра сквахины, положения в ней прибора, плотности и естественной гамма-активности DS;

- зависимости показаний ГГК от плотности, 2эфф, толщины и плотности промежуточной среды и т. д.

Результаты тестирования показали, что интерпретационные зависимости получены для НК со средней ■ абсолютной погрешностью определения Кп, не превышающей 1 X от объема породы, для Гй и ГГК - со средней относительной погрешностью не более Б %.. А соотношения меяду измеренными геофизическими величинами и свойствами объекта (литология, пористость,плотность и т. д.) удовлетворительно согласуются с применяемыми теоретическими зависимостями.

Тестирование алгоритмов обработки проводилось также на искусственно имитированных разрезах (с фиксированной погрешностью имитации).

Рассмотрены методические возможности РН при определении кзлдекторских и антологических характеристик горных пород в разрезах нефтегазовых скааяин. В качестве примеров выбраны геолого-геофизические ситуации и условия измерений, в которых наиболее ярко проявились информационные возможности одного (или комплекса методов РК) реализуемого аппаратурой нового поколения. Это двухзокдовые модификации ННКнт и ННКт (аппаратура ОРК н РК-П), лктологическмй плотностной гамма-гамма-каротаж (СГГЕ-АГАТ, СГДЛ) и спектрометрический гамма-каротаж (ОГК).

Перспективные на нефть к газ осадочные отложения большинства месторождений представлены чередованием литологически разнородных пород. Схемы обработки в этих случаях предусматривают предварительное крупное разделение разреза по ряду признаков (вещественный состаз пород является одним из основных признаков) и последующую детализацию параметров выделенных (литологически однородных) объектов. Применение данных

- гб -

комплекса стационарных методов РК на этих двух уровнях обработки базируемся на особенностях ядерно-физических, процессов, используемых а качестве инструмента исследования вещественного состава пород. Для разделении разрезов на литологически однородные интервалы использовались геофизические параметры (и их функции): боб, йфф, Кп(ЕНКнт), Кп(ННКг), Кп(НГК), Кп(АК) и ,1гк. Алгоритм разделения основан на классификации объектов по априорным данным и сопоставлении каротаикых и априорных данных в многомерном пространстве геофизических параметров. В частности, масштабы одновременно регистрирующихся параметров боб и гэфф согласуются таким образом, чтобы соотношение мьлду кривыми отражало изменение Бедственного состава пород в процессе проведения измерений. Сравнение результатов качественной идентификации пород по боб - гэфф и детальной -по комплексу ГКС и априорным данным - показало, что при таком подходе однозначно выделяются: карбонаты, глинистые карбонаты, чистые песчаники, песчаники глинистые и аргиллиты.

Исследованы возможности спектрометрии естественного гамма-излучения пород при литологическом расчленении разрезов на примере обработки материалов, полученных а слошопостроенных подсолевых терригенных отделениях карбона (Западный Казахстан).

Определены области использования выявленных физических эффектов НК при обработке каротажных материалов:

1. Использование характеристик инверсии пространственных распределений нейтронов в породах разного минерального состава.

На использовании различного влияния доломитизации а ан гидритизацш карбонатных пород на показания ближнего (от ис точникз) и дальнего зондов аппаратуры НК ( СРК, РК-1Г основан алгоритм обработка, условно называемый "зонд-отношение". В условиях слабоглинистых карбонатных отложений алгоритм позволяет "оперативно" (в процессе измерений) определять литодогическув характеристику пород (доломитизацию или аяги-дритизацию пород ) и уточненные (за счет влияния литологии) значения обшрй пористости. При атом погрешность определения Кп в интервале изменения ее от 3 до 20 X (в предположении бинарного состава скелета) изменяется от 2 до 2,5 X (в единицах Кп). Дая сравнению», ошибка комплекса ГГШ-НК в этой

- 26 -

ситуации 1 - 1,5 X (в тех ив единицах).

2. Использование различного влияния минеральной глинистости пород на показания ЕГК и HHFL

Влияние глинистости (минеральной глинистости, содержания глинистых минералов) пород на показания НЕ обусловлено их пористостью, содержанием в глинистых минералах молекулярной воды и различием плотности и элементного состава "сухой" части глин от аналогичных параметров неглинистых пород. В соответствии с этим, суммарная поправка на влияние глинистости состоит vis трех слагаемых, первые две связаны с водородосодержани-ем глины и вычисляются в соответствии с химической формулой и параметрами глины, для определения последней проведены расчеты показаний НК Расчеты показали, что разница суммарной поправки для ННКнт и ЕГК (для одного и того же типа глин) составляет 3-41 абсолютных при Кп =15 7. и 4-5Х при Кл =25%. Эффект может использоваться при обработке данных НК для получения качественных оценок, например, при визуальных сопоставлениях кривых НК.

3. Использование различного влияния минерализации пластовой и промывочной жидкости на показания ННКнт и ННКт.

В условиях высокоыинерализованных пластовых вод или высокоминерализованных буровых растворов комплекс ННКт - ННКнт является достаточно эффективным для ре пения следующих задач: выделение пластов с пресным характером насьпцэния среди пластов с высокомиверализованныы характером насыщения; выделение зон проникновения высокоминерализованного бурового раствора а пластах с пресный характером насыщения или пресного бурового раствора в пластах с высокоминерализованнын характером насыщения. Алгоритм обработки основан на разной чувствительности теплового и надтеплового методов НК к хлоросодержанию флюида в зоне исследования. Суть алгоритма в сопоставлении значений Кп(ННКт) и Кп(ННКнт), полученных без учета влияния минерализации. То есть, условно принимается, что пласт и скважина заполнены пресной жидкостью Сп * Ср. Тогда в пластах с пресным флюидом два значения Кп совпадут, а в пластах с соленым флюидом Кп(ННКг) будет больше Кп(ЫШнт), причем различие пропорционально содержанию NaCl в пластовой жидкости. Алгоритм опробован на материалах ГИС, полученных в карбонатных отложениях Западного Казахстана и Тяпано-Печорской провинции и подтвер-

- 27 -

жден независящими от РК данными.

В результате выполненных исследований создана и внедрена методика компьютеризованной комплексной обработки данных РЕ с представительным объемом интерпретационного обеспечения. Наличие и возможность получения интерпретационных зависимостей для сложных геолого-геофизических ситуаций, возможность использования в необходимых случаях имитационного моделирования с вариациями петрофизических моделей РК, развитая система диалога геофизика-интерпретатора в интерактивном режиме с персональным компьютером создают качественно новый уровень обработки данных РК с использованием многомерных связей каротажных данных. Это в значительной степени определяет полноту практического использования достижений в области теории, методики и исследования возможностей новых модификаций методов и аппаратуры РК нового поколения.

1^ти дальнт'йюгс развития теории и практики ре ¡¡вши прямых и обратных задач нефгегазопрсыысловой геофизики непосредственно связаны с наращиванием быстродействия и вычислительной мощности компьютеризованных систем РИС.

Освоение в ближайшем будущем иногопараметровой модульной скзажинной аппаратуры ГИС, оснащение каротажных лабораторий высокопроизводительными ЭВМ создает перспективы решения прямых и обратных задач РК в процессе каротажа с учетом конкретных геолого-технических условий измерений с выдачей заключения непосредственно на скважине. Разработанные алгоритмы и программы могут служить основой такой технологии.

Значительные перспективы совераганствования теории и практики решения задач ГИС , в том числе и РК, связаны с дальнейшим развитием и освоением экспертных форм анализа геолого-геофизической информации с систематизацией интеллектуального потенциала ведущих ученых и коллективов разработчиков в банках данных и каталогах информационных систем.

В заключении перечислены основные результаты,подученные пги выполнении работы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следутащ работах.

1. Решение прямой задачи НТК методом Фнте-Карло. Нефтегазовая геология и геофизика, N 10, ШИИОЭНГ, И., 1868,с. 40 -41 (Совместно с Дядькиным Н. Г., Стариковым а Е )

- 28 -

2. Расчет распределения нейтронов в водородосодержащх средах методом ЫонтегКарло. Атомная энергия, т. 26, вып. 3, 1969, с. 282-283 (Совместно со Стариковш В. Е)

3. Распределение медленных нейтронов в однородном водоро-досодержащ&м песчанике. Атомная энергия, т. 27, вып. 3, ВНИ-ИОЗНГ, 11, 1969,с.219 (Совместно со Стариковым ЕЕ)

4. Решение задач ядерной геофизики методом Монте-Карло. Сб. "Методы Монте-Карло и их применение", Вэвосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1959, с. 186-187 (Совместно, со Стариковым ЕЕ)

5. Решение задач теории нейтронного гамма-каротажа методом Монте-Карло. Известия АН СССР, серия "Физика земли", N 5, 19В9, с.94-101 (Совместно с Дядькиным И.Г., Стариковым ЕЕ)

6. Изучение зависимости показаний нейтронного гамма-каротажа от пористости в карбонатных коллекторах. Сб. "Геофизические методы контроля разработки нефтяных месторождений", изд-во БГУ, Уфа, 1969,с.67-68 (Совместно с Гулиным НА., Дядькиным И. Г. ,Дворкиным И. Л , Парниковым м. П., Стариковым ЕЕ)

7. Изучение влияния поглощаюцих нейтронных свойств горных пород на показания стационарных нейтронных методов. Известия АН СССР, серия "Физика земли", М 9, 1971, с. 100-103 (Совместно с Дядькиным И. Г. .Дворкиным И. Л.. Стариковым ЕЕ)

8. Оценка влияния минерализации ближней зоны на показания ННКГ. Сб. "Нефть и газ", 2, изд-во МИНХ и ГП, !£., 1972, с. 57

9. Влияние изменение диаштра скважины на результаты исследования горных пород методом плотности надтешювых нейтронов. Там же, с. 58.

10. Влияние энергетического спектра источника на распределение нейтронов в однородных средах. Тем же, с. 60.

11. Применение метода Монте-Карло для исследования возможностей стационарных нейтронных методов оценки характера нефтенасынрнности пород в скважинах. Сб. "йэтоды 1Ьнте-Карло в физике и геофизике", изд-во БГУ, Уфа, 1973,с. 276-290 (Совместно с Дворкиным й. Л., Стариковым ЕЕ)

12. Исследование зависимости показаний НТК от водородосо-держания пород методом Монте-Карло. Там же, с.291-298 (Совместно с Гулиным И. Л .Дворкиным И. Л., Стариковым Е Е )

13. О влиянии спектра естественного гамма-излучения на результаты лабораторных и скважинных измерений радиоактивности пород с вьсоким содержанием калия. Там же, с. 312-322

- 29~

(Совместно с Гулиным И. Л., Стариковым ЕЕ)

14. Влияние "излучение скважины" на характер зависимости показаний НТК от пористости пород и хлоросодеряания пластовой воды. Эй "Нефтегазовая геология я геофизика", N 3, ЕНИИОЭНГ, И., 1974, с. 13-18(Совместно с Кожевниковым ДА.)

15. Комплект программ "ЮК" для ядерно-геофизических расчетов методом Иокте-Карло. СО. "Методы Мэнте-Карло в вычислительной математике я математической физике", Новосибирск, Щ СО АН СССР, 1974.с.225-227 (Совместно с Духмннским ЕЕ.)

16. Теоретические и экспериментальные исследования метода активацяснного спектрального отношения в условиях бокситовой скважины. "Гр. ВНИИ ядерной геофизики и геохимии", аып. 20, 1378,с. 34-44 (Совестно с Етендевым А. И., Духыинским Е Е., Лнтостанеьзш Ю. С. и др.)

17. Роль упругого и кеупругого рассеяния нейтроновво взаимодействиями с ядрами породообразугвдх элементов в систеш сквакина-пласт. Известия АН СССР, серия "Сизика зешга", N 2, 1977, с. 100-101 (Совместно с Кожевниковым Д. А., Стариковым В. Н. )

18. Ешяние литологии горных пород на результаты оценки пористости по данным нейтрон-нейтронного каротаяа. ЭИ, ЕИЭШ "Региональная, разведочная и промысловая геофизика" N 3, 1979,с. 7-9 (Совместно с Веляланияым Е А., Гулиным И. А., йу-равлевьш Б. К.)

19. Решение задач нейтронного каротааа нефтяных скважин. Сб. "Математическое моделирование в ядерной геофизике", N 23, иэд-во БФАН СССР, Уфа, 1979,с. 34-Бб (Совместно с Гулиным И А. , Журавлевым Б. К)

20. Семейство управляемых датчиков псевдослучайных последовательностей для задач теории переноса. Там же, с. 174-131. (Совместно с Велижаниньм Е А., Дядькнныы И. Г.,Зуравлэвым Е К.)

21. Универсальная программа для реиэния прямых задач нейтронного каротажа сквалин. Сб. "Методы Монте-Карло в вычислительной магеьатике и математической физике", иэд-во Щ СО АН СССР, Новосибирск, 1979,с. 80-82 (Совместно с Журавлевым ЕК.)

22. Сравнительная характеристика различных модификаций патронного каротажа по эффективности их использования для оценки пористости пород в разрезах скважин. Тезисы доклада конференции "Развитие геофизического исследования на нефть и гза в Западной Сибири", 1шень, 1980,с. 127-129 (Совместно с

- 30 -

Гулиныы Е А., Журавлевым В. К. )

23. Влияние излучения скважины на характер зависимости показаний HTM от пористости пород и хлоросодержания пластовой воды. Кн. "Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазопромысловой геологии", И., Шдра, 1982,с. 173-177 (Совместно с Кожевниковым Д.А.)

24. Методика определения литотипа песчано-алевролитовых пород кварцевого состава по результатам радиоактивного каротаж. Нефтегазовая геология и геофизика, N 11, ЕНШОЭНГ, М., 1983, с. 3-5 ( Совместно с Головацкой И. В., Гулиныы CL А., журавлевым Б. К )

25. Определение емкостных свойств и литологии пород в разрезах нефтегазовых сквазшн по данным радиоактивного и акустического каротажа (наставление по интерпретации с комплектом палеток). Калинин, 1984. 111с. ( Совместное Головацкой TL R , Гулиным Ю. А., Журавлевым Б. К., Белиланиным RA.)

26. Влияние поглощающих свойств горных пород на показания нейтронного каротажа в необсаяенных скважинах. Сб. "Нефтегазовая геология, геофизика и бурение", H 7, ВНШЮЗНГ, Ii, 1985, с. 3D -¿i ( Совместно с Гулиныы В А., Журавлевым Б. К. )

27. Методы Шнте-Карло в нефтегазовой геофизике (итоги последнего десятилетия). Сб. "1£этоды Монте-Карло в вычислительной математике и математической физике", Новосибирск, ВЦ СО АН СССР. 1985,с.329-331 (Совместно с Вэдиааниным RA., Куравлевым Б. К , Хаматдиновьш Р. Т. )

28. Эффективность исследования интерпретационных зависимостей нейтронного каротажа методом Монте-Карло. Сб. "Использование материалов геофизического исследования сквалин при комплексной интерпретации и подсчете запасов нефти и газа", Недра, 14., 1986,с.106-110 (Совместно с Белижаяиным В. А., Журавлевым Б. К. )

29. Оценка размеров моделей горных пород для нейтронного каротажа. Сб. "Геофизическая аппаратура", вып. 86, 1986,с. 77-80 (Совместно с Еелияаншшм В.А., Гулиным ЕА.)

30. Progress Report No.4201 /CF presented to IAEA Expert's Research Coordination Meeting (November 1087,Ottawa,Ontario, Canada). 2S3p. (Совместно с Кожевниковым Д. L , Мельчуком R Е , Щагиным В. IL , Еедижаниным R А., Щуравлавым R К. )

31. Interpretation of Nuclear Logeing data- Petrophizics,

Metrology, Algorithms. Trans. Aimr. Hucl. Sos. Conf. on Industrial Radiation and Radioisotope Шasure msnts Applications Suppl, No 3 to Vol. p. 56, 1988. (Совместно с Кожевниковым Д. L , Ufer иным В. А , Велииаяиньм К А., Дуравлевыи Б. К.)

32. Мэтодические указания по проведению ллотностного гамма-гамма-каротажа в нефтяных и газовых скважинах аппаратурой СГП2-АГАТ и обработке получаемых результатов. Калинин, 1988.42о. ( Совместно с Зотовым А. Ф., Хаматдиновым Р. Т.)

33. Методические указания по проведению нейтронного и гамма-каротажа в не^яных и газовых скважинах аппаратурой CFK и обработка результатов измерений. Калинин, 1989, 81с. ( Совместно с Велиланиным R. А., Дуравлевым Б. К., Зйматдиновьм Р. Т. и др.)

34. Пэтрофизичаская модель нейтронного каротаяа. Сб. "Автоматизированная обработка данных геофизических и геолого-технологических исследований кефтегазоразведочных скважин и подсчет запасов нефти и газа с применением ЭВМ". Калинин, 1S89, с.85-88.(Совместно с Велхгаашвшм В.А., йуравлевыи Б.К.)

35. Применение двухаондового нейтронного каротажа по над-теплозым нейтронам при определении емкостных свойств и литологии карбонатных отложений. Тан хз, с. 97-103. (Совместно с Велижашшым В. А. , Жуковым А. Я , Яуравлэвыу Б. К.)

36. Использование имитационных моделей PK при решении задач оценки достоЕерности и информативности результатов ГИС. Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы и перспективы ядерногэофизических методов в изучении разрезов скважин", ЫНГК "ГЕОС", г.Обнинск, 1989г. сбЗ. (Совместно с Велиланиным В. А., Еуравлэв'лм Б. К.)

37. Организация и структура модуля обработки данных PK в системах автоматической интерпретации результатов ГИС -Там ю,с.81 (Совместно с Шлижшиньм В. А. .Головацким С.SO., фвдь-киным И. Г., Жуковым А. Ii , Яуравлевым Б. К.)

38. К разработке атласа ядерно-гэофизическюс характеристик минералов и горных пород. Там да,с.231 (Совшстно с Кожевниковым Д. А-, Велнжанинш а А., Куравлевым Б. К. и др.)

39. Progress Report íío. 4201/R2/CF presented to IAEA Expert's Research Coordination ifeat.nff (October 1989,Bajing, China). 78 p. (Совместно с Кожевниковым Д. А., Козачкои Й.А. 1йльчуком Б. Ю., и др.)

40. Стационарный нейтронный каротан. Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика, U, Недра, 1990. с. 32-50 (Совместно с Велижаниным В. А.)

41. Advances о Г Nuclear Geophysics in the USSR: Instrumentations, Dieital Processing, Interpretation. Paper IAEA-SM-308/61 Presented to International Synposiuir, on Nuclear Technique in the Exploration and Exploitation of Energy and Mineral Resourse (June 1990, Vienna. Austria)(Совместно с Кожевниковым Д. A., Миллером В. Е , Очкуром А. II ,1Ьля-ченко А. Л.,Хаматдиновьм Р.Т.)

42. Msnte Carlo Sirajlation in Nuclear Geophysics -1. Feature of Monte Carlo Algorithmic Techniques for Solving Problems in Borehole Nuclear Geophysics. - Nucl. Geophys. Vol. 4,No 4, p. 425-435,1990. (Совместно с Велижаниным B.A. .Дядь-киным И. Г. .Куравлевым Б. К. ,Хаматдиновым Р. Т.,Духмшскш Б. Е.)

43. Моделирование прямых задач ядерной геофизики на персональных компьютерах ( программно-алгоритмическое обеспечение ) . Сб. "Методы ¡Монте-Карло в вычислительной математике

и математической физике", изд-во ВЦ СО АН СССР, Новосибирск, 1991, С131-132. (Совместно с Велижаниным Е А., Головацким С. П , Дядькиыым Л Г., Еуравдевыы Б. К.)