Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Тонкослоистые модели при изучении коллекторов в осадочном чехле методом зондирований становлением поля в ближней зоне - методика и результаты интерпретации

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Тонкослоистые модели при изучении коллекторов в осадочном чехле методом зондирований становлением поля в ближней зоне - методика и результаты интерпретации"

На правах рукописи

005и

Буддо Игорь Владимирович

ТОНКОСЛОИСТЫЕ ¡МОДЕЛИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КОЛЛЕКТОРОВ В ОСАДОЧНОМ ЧЕХЛЕ МЕТОДОМ ЗОНДИРОВАНИЙ СТАНОВЛЕНИЕМ ПОЛЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ - МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ЮГА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ)

Специальность 2fi.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

6

Иркутск, 2012

005019554

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Иркутский Государственный Технический

университет»

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Поспеев Александр Ватентинович Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, Иркутский

филиал «Якутскгеофизика», г. Иркутск, заместитель главного геофизика Барышев Леонид Алексеевич; кандидат технических наук, Институт Земной Коры СО РАН, г. Иркутск, ведущий инженер Давыденко Юрий Александрович,

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится «14» мая 2012 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.01 при Иркутском Государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск, Лермонтова, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский Государственный Технический университет».

Реферат разослан «06» апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат в 2 экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета Галине Дмитриевне Мальцевой, тел. (8-3952) 405-348, 89149323049, e-mail: dis@istu.edu.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г.Д. Мальцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Целью работы является повышение информативности электромагнитных исследований путем разработки подхода к интерпретации материалов зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), заключающемся в раздельном определении проводимости горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений на юге Сибирской платформы.

Актуальность

Одним из важнейших условий выполнения «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» является обеспеченность категорийными запасами нефти и газа. На территории Восточной Сибири сосредоточено около 20 % неразведанных ресурсов нефти России (К.А. Клещев, 2007; А.И. Варламов, 2007), что является вторым показателем в России после Западной Сибири.

Потенциал ее нефтегазоносности подтверждается открытием ряда крупных месторождений углеводородов, в том числе таких, как Ковыктинское, Верх-нечонское, Среднеботуобинское и др. Особенности геологического строения юга Сибирской платформы заключаются в том, что перспективы нефтегазоносности в основном связаны с неструктурными ловушками, имеющими литологический либо тектонический контроль. Данное обстоятельство повышает роль несейсмических методов геофизики, в т. ч. электроразведки, в комплексе поисковых работ.

Одним из наиболее распространенных является метод зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ), теоретически обоснованный Л.Л. Баньяном (JI.JI. Ваньян, 1971). В практическом отношении метод ЗСБ был развит в 70-е годы прошлого века (A.A. Кауфман, Б.И. Рабинович, С.А. Шейнманн, Г.А. Исаев, В.А. Сидоров, В.В. Тикшаев, и др.). Технология и методика проведения ЗСБ разработаны усилиями сотрудников СНИИГГиМСа, ИНГГ СО РАН (г. Новосибирск), а также многих организаций России и бывшего СССР. На Сибирской платформе метод ЗСБ, начиная с 70-х гг. и по сей день, является одним из ведущих в комплексе с сейсморазведкой при структурном картировании и выделении зон распространения пластов-коллекторов.

За прошедшие годы были детально изучены вопросы разрешающей способности метода, а также влияние принципа эквивалентности на результаты интерпретации сигналов становления (Б.И. Рабинович, Г.М. Морозова, JT.A. Таба-ровский и др.). Некоторыми авторами (В.М. Панкратов и др.) была рассмотрена возможность не только изучения зон распространения пластов-коллекторов в разрезе, но и выделения на больших глубинах (один километр и более) тонких (от единиц до первых десятков метров) пластов-коллекторов.

На многих месторождениях юга Сибирской платформы в карбонатно-галогенной и подсолевой толщах присутствуют несколько горизонтов-коллекторов: осинский, парфеновский, шамановский, боханский и др. Каждый из них может характеризоваться как плохими коллекторскими свойствами, так и высокими перспективами нефтегазоносности. В настоящее время при проведении нефтегазопоисковых исследований методом ЗСБ уже недостаточно опреде-

лять продольную проводимость только основных комплексов осадочного чехла, выделяемых по стратиграфическому и литологическому принципу. С применением традиционного подхода к интерпретации ЗСБ на несколько слоев делится обычно только надсолевая часть разреза. Глубоко залегающие горизонты осадочного чехла аппроксимируются мощными пластами (подсолевая толща делится максимум на два интервала). Определение интегральных геоэлектрических свойств толщи, содержащей несколько коллекторов, может привести к ошибочной интерпретации и неверному прогнозу нефтегазоносности каждого из горизонтов. Поэтому необходимо решать задачи на новом уровне: изучать непосредственно объекты поисков - горизонты-коллекторы карбонатно-галогенных и подсолевых отложений. Раздельный прогноз нефтегазоносности для каждого горизонта-коллектора значительно повышает информативность ЗСБ, что позволит избежать ошибок при выборе мест заложений скважин глубокого бурения.

Таким образом, меняется взгляд на результаты электроразведочных работ в целом. Ведь результат интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей - геоэлектрические характеристики не одного мощного пласта, ассоциирующегося с подсолевыми отложениями, а непосредственно самих горизонтов-коллекторов, являющихся объектами нефтегазопоисковых исследований - целью поисков. Глубинность таких исследований в условиях юга Сибирской платформы обычно достигает 2-4 км.

Практическое внедрение предложенной методики интерпретации потребовало тщательно отнестись к вопросам оценки эквивалентности решений и разрешающей способности кривых ЗСБ, а также степени влияния неоднородных объектов на результаты интерпретации данных с использованием подхода Ш инверсии.

Задачи исследования

• Обоснование, формализация и построение тонкослоистых геоэлектрических моделей осадочного чехла юга Сибирской платформы;

• Разработка методики раздельного определения проводимости горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений;

• Разработка критериев соответствия исследуемой среды горизонтально-слоистому разрезу на основе ЗБ моделирования сигналов ЗСБ от нескольких типов неоднородных объектов, наиболее часто встречающихся на Сибирской платформе. А также оценка возможной погрешности Ш инверсии сигналов ЗСБ в условиях сложнопо-строенных сред;

• Оценка разрешающей способности метода ЗСБ и определение степени влияния принципа эквивалентности на итоговый результат в различных геоэлектрических и помеховых условиях;

• Оценка геологической эффективности интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей на примере решения практических задач.

Фактический материал, методы исследований и аппаратура

При решении поставленных задач автор опирался на работы следующих ученых: Ю.А. Агафонова, Е.Ю. Антонова, JI.JI. Ваньяна, И.Н. Ельцова, А.К. За-харкина, Ф.М. Каменецкого, A.A. Кауфмана, Н.О. Кожевникова, Ю.С. Королько-ва, В.В. Ломтадзе, B.C. Могилатова, Г.М. Морозовой, В.М. Панкратова, М.Г. Персовой, A.B. Поспеева, Б.И. Рабиновича, Б.С. Светова, В.А. Сидорова,

B.В. Тикшаева, Г.М. Тригубовича, М.И. Эпова, G. Keller, G.A. Newman,

C.Н. Stoyer и других исследователей.

В качестве основных методов исследования использовались сбор статистических материалов, математическое моделирование, полевые эксперименты, расчеты с использованием программно-алгоритмических средств. На всех этапах исследовательской работы автор принимал непосредственное участие. Сбор статистики был осуществлен с привлечением материалов ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие», недропользователей и др. организаций. Полевые экспериментальные данные получены посредством применения цифровой телеметрической электроразведочной станции SGS-TEM (разработка ООО НПК Сиб-геосистемы, г. Новосибирск, ЗАО «ИЭРП», г. Иркутск) в ходе решения структурных и нефтегазопоисковых геологических задач методом ЗСБ. Эксперименты производились на территории Иркутской области, Республики Саха (Якутия), на многочисленных участках изучения недр, в том числе на крупных месторождениях углеводородов Восточной Сибири, таких, как Ковыктинское ГКМ, Чикан-ское ГКМ, Чаяндинское НГКМ, Атовское ГКМ и др. В ходе проведения экспериментальных исследований на большинстве вышеперечисленных объектов автор принимал участие в качестве оператора электроразведочной станции, а также выполнял методический контроль полевых работ.

Математическое моделирование сигналов становления выполнено автором с привлечением программного комплекса SGS-TEM, в частности — программы количественной интерпретации Model 3 (JI.B. Суров, М.В. Шарлов, Ю.А. Агафонов). В программе используются математические алгоритмы решения прямых и обратных задач ЗСБ, разработанные специалистами Института нефтегазовой геологии и геофизики имени Трофимука, г. Новосибирск (Е.Ю. Антонов, М.И. Эпов и др.). Для определения проводимости пластов-коллекторов, а также оценки эквивалентности решений использовались подходы, предложенные A.B. Поспеевым.

Моделирование 3D сигналов становления от сложнопостроенных сред выполнено автором в среде GeoEM (М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик), интегрированной в комплекс Model 3.

Защищаемые положения

1. Применение методики интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей позволяет оценивать проводимость каждого коллектора, а также степень эквивалентности решения при наличии информации о положении пластов-коллекторов в разрезе осадочного чехла юга Сибирской платформы и при условии одномерности исследуемой среды.

2. Разрешающую способность кривых электромагнитных зондирований и область эквивалентности решений целесообразно оценивать с использованием разработанных количественных критериев в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.

3. Интерпретация материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей повышает геологическую эффективность исследований горизонтов-коллекторов в карбонатных и терригенных отложениях осадочного чехла юга Сибирской платформы за счет раздельной оценки кол-лекторских свойств и типа флюидонасыщения.

Научная новизна работы. Личный вклад

По сравнению с традиционным подходом к интерпретации данных ЗСБ, предложена методика раздельного определения проводимости коллекторов кар-бонатно-гапогенных и подсолевых отложений. Для решения данной задачи автором построены новые, детальные тонкослоистые геоэлектрические модели осадочного чехла, содержащие пласты-коллекторы, глубины которых определены по данным сейсморазведки и бурения, а проводимость рассчитана путем 1D инверсии кривых ЗСБ. Предложенный подход позволяет по-новому взглянуть на результаты электроразведки, ведь ранее столь детальное расчленение подсолево-го интервала разреза производилось чрезвычайно редко.

Автором сформулированы простые и надежные критерии одномерности геоэлектрического разреза на основе анализа 3D синтезированных сигналов становления от ряда типичных для юга Сибирской платформы неоднородных объектов, а также нескольких тысяч экспериментальных кривых.

Впервые для юга Сибирской платформы автором рассчитаны номограммы, позволяющие оценить степень эквивалентности решения и ошибку определения проводимости пласта-коллектора в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.

Получены новые тонкослоистые геоэлектрические разрезы с выделением пластов-коллекторов для ряда площадей юга Сибирской платформы. На основе анализа результатов бурения скважин и геоэлектрических характеристик горизонтов выдвинуты предположения об их коллекторских свойствах и типе флюидонасыщения. Разработанная методика тестировалась автором на различных месторождениях УВ в Восточной Сибири и Якутии, в результате чего получены новые данные о строении геологического разреза.

Работы по сбору и систематизации петрофизических материалов, анализу свойств коллекторов, а также статистических закономерностей геологических условий осадочного чехла юга Сибирской платформы выполнены непосредственно автором совместно со специалистами ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие» В.В. Гомульским, C.B. Компаниец, A.A. Аксеновской и др. Разработка подхода к интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей осуществлялась под непосредственным руководством A.B. Поспеева.

Автором были проведены многочисленные полевые эксперименты в ходе выполнения работ ЗСБ на ряде площадей юга Сибирской платформы, в том чис-

ле на подтвержденных месторождениях углеводородов Ковыктинском, Атов-ском, Чаяндинском, Чиканском и др.

Обоснование, разработка, тестирование и внедрение в производство методики интерпретации ЗСБ в рамках тонкослоистых моделей проведено автором данной работы. Программирование математических алгоритмов расчета проводимости горизонтов-коллекторов, оценки эквивалентности решений осуществлено A.B. Поспеевым, Л.В. Суровым с использованием программ Е.Ю. Антонова.

Практическая значимость исследования

Изучение геоэлектрических характеристик непосредственно горизонтов-коллекторов при проведении нефтегазопоисковых работ открывает возможности для более корректного определения геоэлектрических характеристик горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений до глубины 3—4 км, а также учета влияния принципа эквивалентности на полученный результат. Интерпретация материалов ЗСБ па основе тонкослоистых моделей показала свою высокую эффективность как при изучении геологического разреза Ан-гаро-Ленской ступени, так и Непско-Ботуобинской антеклизы — наиболее перспективных в нефтегазоносном отношении территорий юга Сибирской платформы.

Разработанные критерии одномерности разреза, заключающиеся в анализе кривых ЗСБ, полученных с многоразносной установкой, и результатов 1D инверсии, позволяют адекватно оценить применимость подхода одномерной инверсии в конкретных геоэлектрических условиях, а также возможные ошибки интерпретации. Критерии разработаны на основе анализа как результатов синтетического моделирования откликов ЗСБ от сложнопостроенных сред, так и полевых кривых с Ковыктинского, Западно-Чонского, Алтыбского, Чаяндинского и других участков.

Используя полученные номограммы, можно оценить возможность применения предлагаемых подходов в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.

Предложенная методика была внедрена в производственный процесс в ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие» и показала высокую эффективность при решении геологических задач на Безымянном, Боханском и других участках юга Сибирской платформы.

Дальнейшее развитие предложенного подхода позволит выйти на качественно новый уровень информативности результатов метода ЗСБ, применяемого в комплексе с сейсморазведкой при нефтегазопоисковых исследованиях.

Апробация работы

Представленные в диссертации научные и практические результаты докладывались на семинарах, выставках и конференциях разного уровня: на XXIII Всероссийской молодежной конференции ИЗК «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2009); на первой международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем» (Киев, 2009); на 12-й меж-

дународной научно-практической конференции по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизических данных при геологическом моделировании месторождений углеводородов «Геомодель-2010» (Геленджик, 2010); на 4lh Saint Petersburg International Conference & Exhibition 2010 (Saint Petersburg, 2010); на XXIV Всероссийской молодежной конференции ИЗК «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2011); на семинаре по геоэлектрике Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН (Новосибирск, 2011); на Petroleum Geology Conference & Exhibition (Kuala Lumpur, 2011); на Всероссийской школе-семинаре имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям земли (Санкт-Петербург, 2011); на 73rd EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC (Vienna, 2011).

Объем и структура работы

Работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 162 страницы текста, 62 рисунка и список литературы из 130 наименований.

Благодарности

За участие в формировании научных взглядов, ценные идеи и руководство в проведении исследовательской работы автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. г-м. н., профессору A.B. Поспееву. Автор глубоко признателен к.т.н. Ю.А. Агафонову за активную помощь в расстановке приоритетов при проведении исследований, а также постоянную административную поддержку. За помощь в проведении семинаров, частые консультации, а также необходимую ценную критику автор благодарен д. г.-м. н., профессору Н.О. Кожевникову. Также автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории электромагнитных полей Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Е.Ю. Антонову, B.C. Могилатову, В.В. Потапову, а также директору, академику М.И. Эпову. Приятно отметить поддержку и понимание со стороны зав. кафедрой геофизики НИИрГТУ д. г.-м. н., профессора А.Г. Дмитриева. Выполнение данной диссертационной работы было бы невозможно без участия и поддержки коллектива ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие», а именно главного геофизика В.В. Гомульского, зам. ген. директора М.В. Шарло-ва, начальника отдела ИТ Л.В. Сурова, а также сотрудников отдела обработки и интерпретации C.B. Компанией, О.В. Токаревой, Д.Д. Попова, И.К. Семинского, A.A. Аксеновской, Е.М. Бурковой, О.Д. Коршуновой, H.A. Савитской, A.M. Александровой, Н.В. Багаевой, Л.С. Лукашовой, Н.В. Костроминой и др.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обоснование тонкослоистой геолого-геоэлектрической модели коллекторов для юга Сибирской платформы

Внедрение многоразрядных телеметрических аппаратурно-программных комплексов электроразведки, повышение качества регистрируемых сигналов ЗСБ, использование быстрых и эффективных алгоритмов решения обратных задач позволили по-новому взглянуть на возможности метода. Для повышения геологической информативности метода ЗСБ при решении нефтегазопоисковых

задач необходимо сблизить геоэлектрические, петрофизические и геологические модели разреза. Для этого предложено использовать тонкослоистые модели: при наличии достаточного количества априорной информации, по данным сейсморазведки и бурения, возможно создание модели, состоящей из непроводящей матрицы, вмещающей тонкие горизонты-коллекторы с пониженным сопротивлением. При инверсии данных производится подбор лишь проводимости тонких слоев. Это позволяет с большей точностью оценить вклад каждого пласта-коллектора в общую проводимость, и на основании этого более надежно оценивать их коллекторские свойства и тип флюидонасыщения.

По литологическим и структурным признакам осадочный чехол юга Сибирской платформы делится на три комплекса:

• надсолевой терригенный, сложенный преимущественно песчаниками, аргиллитами и алевролитами;

• соленосный карбонатно-галогенный, представленный известняками и доломитами, перемежающимися с пластами каменной соли;

• подсолевой, в свою очередь, разделяется на карбонатную часть, состоящую преимущественно из известняков и доломитов, и терри-генную, представленную песчаниками и алевролитами.

В пределах юга Сибирской платформы четко прослеживается ряд нефте-газонасыщенных горизонтов, приуроченных к подсолевому и солевому комплексам. Основные перспективы нефтегазоносности большинство исследователей связывают с терригенными отложениями, в которых выделяются несколько пластов-коллекторов порового типа (безымянный, талахский, хамакинский, марковский, ярактинский, ботуобинский, боханский, парфеновский, верхнетирский и др.). Остальные приурочены к карбонатным породам и представлены порово-трещинными и трещинными типами коллекторов (ербогаченский, Преображенский, усть-кутский, осинский, балыхтинский, христофоровский, атовский, бир-кинский, бильчирский, келорский и др.).

Известно, что метод ЗСБ чувствителен к приросту проводимости в разрезе. Выделение пластов-коллекторов, по данным ЗСБ, основывается на контрасте УЭС коллектора и вмещающей среды. Для условий юга Сибирской платформы венд-кембрийские вмещающие отложения в карбонатно-галогенном и подсоле-вом комплексах глубоко литифицированны и их УЭС превышает сотни Ом-м (К.С. Турицын, 2007). Таким образом, основной вклад в электропроводность отложений вносят немногочисленные пласты-коллекторы, насыщенные минерализованными водами. Минерализация пластовых вод в карбонатно-галогенных и подсолевых отложениях юга Сибирской платформы достигает 400 г/л и более (А.Г. Вахромеев, 2002, 2009), в силу чего сопротивление полностью водонасы-щенного коллектора составляет от долей до первых единиц Ом-м. В случае замещения водного флюида углеводородным сопротивление коллектора возрастает, однако все же намного ниже, чем для вмещающих пород-неколлекторов. Данные закономерности были многократно подтверждены в ходе сопоставления результатов ЗСБ и бурения скважин как на Ангаро-Ленской ступени (1-БЛГ, 7-АТВ, 18-ШМН, 3-КВК и др.), так и Непско-Ботуобинской антеклизе (57-АЯН,

11-ДУЛ, 124-ВЧН, 55-ДНЛ и др.). В качестве типичного примера ниже приводятся результаты ГИС по одной из скважин Чаяндинского НГКМ (рис. 1).

Рис. 1. Каротажные диаграммы (БК и БМК) и результаты бурения на Чаяндинском НГКМ

Из рисунка видно, что, по данным бокового каротажа (БК), сопротивление пород неколлекторов превышает 1000 Ом-м, водонасыщенного коллектора -единицы Ом-м, а насыщенного углеводородами - не превышает 30 Ом-м. Таким образом, имеет место контраст сопротивления коллектора как водонасыщенного, так и продуктивного (пониженное сопротивление за счет наличия остаточного водонасыщения) на фоне высокоомных вмещающих пород. Данная закономерность позволяет оценивать коллекторские свойства (коллектор / неколлектор), а также тип флюидонасыщения горизонтов-коллекторов, по данным ЗСБ.

Связь УЭС полностью водонасыщенной породы с параметром пористости и сопротивлением насыщающего флюида определяется как

Рв.п ~~ ^пРв>

где Рп - электрический параметр пористости (В.Н.Дахнов), зависящий от коэффициента пористости и геометрии пор. Т.к. геометрия емкостного пространства коллекторов, как правило, очень сложна, целесообразно выражать связь между Рп и Кп эмпирическими формулами Дахнова-Арчи:

Рп = ак~т, Рп = к~т, где а (показатель глинистости породы) и т (показатель цементации породы) -константы, которые определяют экспериментально для коллекции образцов, представляющей изучаемый геологический объект.

Таким образом, сопротивление осадочных горных пород напрямую связано с их коллекторскими свойствами и типом насыщающего флюида. Зная величину Р„ и рв (рассчитывается с учетом значений минерализации и температуры), можно оценить УЭС полностью водонасыщенных пород рвп.

В целом, результаты каротажных исследований не противоречат предложенной геоэлектрической модели осадочного чехла, где вся проводимость кар-бонатно-галогенных и подсолевых отложений сосредоточена в горизонтах-коллекторах, а вмещающая среда высокоомна. Обычно геоэлекгрические модели, полученные методами ЗСБ и БК, очень близки: плотным карбонатно-галогенным породам соответствуют повышенные сопротивления, терригенным и карбонатным, содержащим пласты-коллекторы, - пониженные.

Различия моделей вызваны тем, что оценка УЭС пород по промыслово-геофизическим данным на юге Сибирской платформы производится со значительными погрешностями, а зачастую просто невозможна (В.А. Ващенко, 1999). Это связано с неблагоприятным соотношением УЭС промывочной жидкости, глинистой корки, самого коллектора и вмещающих пород, что вызывает асимптотичность кривых БКЗ и, как следствие, низкую точность определения рп. Интерпретация осложняется анизотропией пород, их слоистостью, экранными эффектами, влиянием конечной мощности пластов и т.п. Кроме того, наличие многочисленных прослоев соли приводит к увеличению диаметра скважины, появлению каверн, что существенно затрудняет учет шунтирующего влияния ствола скважин при анализе каротажных диаграмм.

Значительные сложности возникают и при лабораторных определениях УЭС пород из-за различия естественных и экспериментальных условий (флюи-донасыщенности, минерализации вод, температуры и давления), трещиноватости образцов и т.п.

В работе используется тонкослоистая геоэлектрическая модель среды, состоящая в карбонатно-галогенной и подсолевой частях разреза из практически непроводящих мощных пластов пород, включающих тонкие хорошо проводящие горизонты-коллекторы. Именно они отвечают за изменение суммарной проводимости нижней части разреза. Поэтому тонкослоистая модель более близка к действительной геологической ситуации, нежели традиционные - толстослоистые - геоэлектрические модели осадочного чехла.

Глава 2. Обоснование методики выделения пластов-коллекторов в карбонатно-галогенных и подсолевых отложениях осадочного чехла юга Сибирской платформы по данным ЗСБ

Большой вклад в разработку приемов интерпретации материалов ЗСБ внесли ученые М.М. Гольдман, A.A. Гроза, А.К. Захаркин, Г.А. Исаев, Е.С. Киселев, Б.К. Матвеев, Б.И. Рабинович, В.А. Сидоров, В.П. Соколов, JI.A. Хабаровский, В.В. Финогеев и др. Возможность выделения тонких горизонтов коллекторов по данным ЗСБ в своих работах рассмотрели В.М. Панкратов, B.C. Могила-тов, А.К. Захаркин.

Опираясь на опыт предшествующих исследований, автор разработал методику интерпретации ЗСБ с выделением горизонтов-коллекторов. Принципиальная блок-схема интерпретации данных ЗСБ в рамках тонкослоистых моделей представлена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная блок-схема интерпретации данных ЗСБ в рамках тонкослоистых моделей

Применение подхода Ш инверсии кривых ЗСБ с выделением пластов-коллекторов правомерно при условии соответствия электромагнитного отклика одномерной горизонтально-слоистой геоэлектрической модели. Оценить степень однородности геоэлектрического разреза, а также выявить присутствие эффекта частотной дисперсии УЭС представляется возможным с использованием многоразносных установок.

Эффекты частотной дисперсии УЭС пород, такие, как индукционно вызванная поляризация (ВПИ) и магнитная вязкость (МВ), на различных разносах проявляются по-разному (А.К. Захаркин, 2000; И.О. Кожевников, 1995, 2008). Неоднородные среды также можно выявлять по различию типов кривых с различных разносов одного источника.

В настоящее время характер поля ВПИ достаточно изучен и может быть учтен в расчете прямой задачи ЗСБ. Поэтому выделение пластов-коллекторов в присутствие эффекта ВПИ возможно при использовании многоразносной установки (В.В. Стогний, 2010). Проявление эффекта МВ носит более сложный характер. К сожалению, на данный момент математический аппарат учета влияния МВ еще только находится в стадии разработки и не может быть использован в производственных масштабах.

Для количественной оценки влияния трехмерных неоднородностей на сигналы становления и возможные ошибки в интерпретации данных произведено 30 моделирование сложнопостроенных сред для нескольких типичных гео-

электрических ситуаций, характеризующихся наличием хорошо проводящих объектов в надсолевом и карбонатно-галогенном комплексах (рис. 3).

РЬТ 1Ы0 К* 12 14 (*х 15

*<•>• «.«и ♦<>>• •

р, = 37 Ом'м, Н = 100 м рг= 110 0м м, н = 100 м рз= 145 Омм. Н = 145 м

Р«=85 Ом м, Н = 340 м

Р5 = 5000м-м. Н = 549 м

Р«<н>1 = 2.3 Ом-м, Н = Юм

ре= 500 Ом м, Н = 290 м Р.п^=3.3 Ом-м. Н = Юм

р7= 500 Ом м. Н = 154 м Ршл-рЭв 1-в Ом-м, Н = Юм

р7= 500 Ом м. Н = 135 м " 4.2 Ом-м. Н = Юм

р8 =2000 Ом-м фундамент

» I 1 I lJ_.lt 1 ь,

107 161 120 131 107 б/ т 43^119 130 1'4

°»> v -И

У 124 Щ 164 180 219 ^207 130 137 136 1)7 / \

»йд ш.1?Ж, ЖЦ

1 ^^И НЬ

/

/

1.5 4.5 12 30 90 250 650 2000 5000 Ом-м

Рис. 3. Пример геоэлектрических тонкослоистых модели и разреза по результатам Ш инверсии кривых ЗСБ: А - геоэлектрическая модель с трехмерной вставкой в четвертом слое; Б - геоэлектрический разрез по результатам Ш инверсии кривых ЗСБ от сложнопо-строенных сред. Заштрихованная область - пространственная зона наибольшего влияния

(тень) неоднородности на геоэлектрические характеристики горизонтов

По результатам ЗБ моделирования, а также анализа нескольких тысяч экспериментальных кривых ЗСБ для различных геоэлектрических условий сформированы критерии одномерности среды. Так, кривые, отвечающие горизонтально-слоистому разрезу, должны удовлетворять следующим условиям:

• во всем временном диапазоне ближней зоны зондирования расхождение ЭДС кривых в рамках одного источника не должно превышать 10 %;

• во всем временном диапазоне ближней зоны зондирования расхождение ЭДС кривых па перекрывающихся установках не должно превышать 10 %;

• при проведении инверсии данных ЗСБ сопротивление опорного горизонта (фундамента) не должно существенно изменяться. Значительное изменение геоэлектрических характеристик фундамента (на сотни или тысячи Ом м) служит надежным признаком неоднородности исследуемого разреза;

• наличие «эффекта тени» от проводящего объекта на геоэлектрических разрезах, полученных по результатам инверсии данных ЗСБ, указывает на неоднородность исследуемой среды.

Кроме того, по поведению кривых становления на перекрывающихся точках наблюдения можно сделать вывод не только о степени неоднородности разреза, но и о глубине положения осложняющего объекта. Большое расхожде-

ние кривых ЭДС на ранних временах отвечает небольшой глубине залегания объекта, тогда как на поздних - значительной его глубине.

В случае соответствия изучаемой среды горизонтально-слоистой, основываясь на результатах бурения и сейсморазведки, формируется геоэлектрическая модель с выделенными относительно проводящими пластами-коллекторами в высокоомных карбонатно-галогенных и подсолевых отложениях. Величина сопротивления среды, вмещающей пласты-коллекторы, принимается как максимальная для геоэлектрических разрезов, характерных для юга Сибирской платформы, и в среднем составляет 500 Ом-м.

В процессе инверсии кривых ЗСБ минимизация функционала невязки между полевой и теоретической кривыми может осуществляться с применением как многомерных (Нелдера - Мида), так и одномерных (покоординатного спуска) алгоритмов. При применении последнего изменяется сопротивление только пары горизонтов-коллекторов, в силу чего задача решается однозначно — минимум функции единственен. В результате применения алгоритма покоординатного спуска получаемые унимодальные кривые функционала невязки удобно аппроксимировать параболами, минимум которых соответствует наиболее точному решению обратной задачи для пары коллекторов. Крутизна ветвей такой параболы рассчитывается как ее вторая производная с12Р/с182, которая обратно пропорциональна эквивалентности решения (рис. 4).

Минимум параболы 1 соответствует значению проводимости первого горизонта-коллектора 4 См, при котором достигается минимальная (0,1 %) невязка между практической и модельной кривыми. Парабола 2 иллюстрирует ситуацию, когда горизонты-коллекторы залегают в разрезе близко друг к другу - на расстоянии 20 м. В таком случае график параболы очень пологий и значения проводимости от 3 до 5 См приводят к эквивалентным решениям.

г, %

Рис. 4. Графики парабол, аппроксимирующих функционал невязки при перераспределении проводимости пары ближайших проводящих плоскостей

На рис. 4 показана глубина от поверхности до верхнего пласта-коллектора - 2 километра. Шифр кривых характеризует расстояние между пластами-коллекторами: 1 — 100 м, 2 - 20 м. Подписи осей графиков: абсцисс — величина проводимости первого горизонта, ординат - невязка между практической и теоретической кривыми.

Для оценки разрешающей способности ЗСБ при непосредственном изучении тонких горизонтов-коллекторов было проведено математическое моделирование сигналов становления для различных геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений. Погрешность определения проводимости коллекторов после инверсии кривых определяется несколькими факторами: соотношением проводимости исследуемых пластов-коллекторов (5К) и перекрывающих отложений (5В), соотношением расстояния между горизонтами-коллекторами (АН) к мощности перекрывающих отложений (Нв). Для того, чтобы учесть эти факторы, сформирован коэффициент контрастности пары коллекторов К, рассчитываемый как

К =

ив

Для заданного геоэлектрического разреза, включающего пару проводников-коллекторов с заданным коэффициентом К, рассчитывались модельные кривые, осложненные шумом с распределением Гаусса на всем временном диапазоне. Далее определялся минимум функции невязки исходной и расчетной кривых при перераспределении проводимостей горизонтов при фиксированной их сумме.

В результате рассчитывались два параметра: точность определения проводимости горизонта-коллектора (ДБ) и степень эквивалентности решения (сРГАЗБ2). Первая - как отношение величины среднеквадратического расхождения проводимости верхнего пласта-коллектора к сумме проводимостей обоих коллекторов. Степень эквивалентности решения - как параметр, обратный крутизне ветвей функции невязки. В результате построены номограммы крутизны функции невязки с12РЛ182 (рис. 5А) и зависимости точности определения проводимости горизонта-коллектора Д8 (рис. 5Б) от величины коэффициента К и шума 5. Величина шума 5 соответствует точности регистрации данных ЗСБ, которую можно получить из расчетов невязки рядовых и контрольных наблюдений (табл. 1).

Рис. 5. Номограммы разрешающей способности ЗСБ:

А - зависимость крутизны функции невязки с^Р/сй2 от величины коэффициента К и шума 5; Б - зависимость точности определения проводимости горизонта-коллектора ДБ от величины коэффициента К и шума 8

Точки на номограммах - рассчитанные параметры для реальных геоэлектрических условий участков исследования: 1 - Чаяндинское НГКМ (ботуобин-ский - хамакинский), 2 - Чаяндинское НГКМ (талахский - ботуобинский и ха-макинский), 3 - Боханский ЛУ (парфеновский - боханский), 4 - Безымянный участок (осинский и усть-кутский - Преображенский и ербогаченский), 5 - Верх-неичерский ЛУ (осинский, усть-кутский и траппы - верхнечонский), 6 - Чикан-ское ГКМ (парфеновский - боханский).

Заштрихованная область на номограммах соответствует условиям, при которых решение задачи выделения коллекторов некорректно (0,003 для с12Р/с182 и 50 % для ДБ).

Таким образом, зная для каждой точки зондирования коэффициент К и уровень шума 5, по рассчитанным величинам с12БМ82 и ДБ можно оценить возможность разделения горизонтов-коллекторов по данным ЗСБ. Кроме того, рассчитывая величину с12Р/с182 на этапе интерпретации полевых кривых ЗСБ, используя рассчитанные номограммы, можно оценить ошибку определения проводимости горизонта. Если рассчитанная величина с12Г/с182 меньше граничного значения 0,003, то погрешность определения проводимости превышает 50 % и задача разделения коллекторов не может быть решена корректно. Так, можно производить оценку надежности инверсии для каждой точки зондирования.

Таблица 1

Результаты контрольных наблюдений на исследованных участках

Среднеквадратическое процентное отклонение рядового и контрольного наблюдения, %

Участок Бохан-скнй Чаяндин-ский Верхнеичер-ский Чиканский Безымянный

0,9 0,32 0.37 0,94 1,1 0,34 1,2 0,43

0,3 0,049 0,93 0,37 0,4 0,27 0,3 2,2

0,97 0,03 0,38 0,24 0,56 0,65 0,94 0.34

0,71 1,3 0,69 1,1 1,8 0,043 0,3 1,3

0,58 1,3 0,7 0,69 0,67 0,24 0,72 1,4

0,78 0,82 0,45 0,21 0,98 2,6 0,39

1,1 1,6 0,69 1,4 0,45 0.84 0,23

1,2 0,92 0,42 1,2 1,3 0,93 2,5

0,94 0,38 0,63 0,9 1,4 1,4 1,6

0,44 0,56 1,1 0,87 1,9 0,94 1,4

1,6 1,1 1 0,49 0,45 1,7

0,9 0,61 0,45 0,28 0,79 1.2

0,42 1 0,59 0.049 0,0088 1,1

1,1 0,16 0,67 0,26 0,29

0,58 0,24 0,65

Среднее логарифмическое, % 0,73 0,25 0,65 0,45 0,87

Глава 3. Оценка геологической эффективности интерпретации ЗСБ с выделением пластов-коллекторов на примере решения практических задач

Предложенный подход интерпретации данных ЗСБ с выделением пластов-коллекторов применен при решении нефтегазопоисковых задач на ряде площадей юга Сибирской платформы.

Безымянный участок расположен на северо-западном склоне Непского свода; в его пределах получены промышленные притоки углеводородов, поэтому актуальность его дальнейшего изучения не вызывает сомнений.

В геологическом строении площади принимают участие протерозойские метаморфические и интрузивные образования кристаллического фундамента, породы венд-кембрийской, кембрийской, каменноугольной, пермской, триасовой и юрской систем, а также четвертичные отложения.

Наиболее перспективные в нефтегазоносном отношении комплексы: осинско-верхнемотский (осинский (Б 0 и усть-кутские (Б3.4) коллекторы) и средне-нижнемотский (преображенский (Бю), ербогаченский (Вц)).

Перед проведением инверсии была произведена оценка однородности разреза, в результате чего ряд физических наблюдений не был включен в интерпретацию из-за значительного влияния трехмерных неоднородностей.

Однако геоэлектрическая ситуация для выделения пластов-коллекторов в подсолевых отложениях достаточно благоприятна. Мощность осадочного чехла

составляет около 2000 м, проводимость перекрывающих отложений — менее 50 См, тогда как суммарная проводимость коллекторов в подсолевых отложениях - более 10 См. Согласно номограмме оценки точности определения проводимости коллекторов (рис. 5 Б) для данных условий ошибка определения проводимости не превышает 15 % для совмещенных горизонтов осинский + усть-кутский и Преображенский + ербогаченский.

Геоэлектрические модели осадочного чехла формировались по результатам бурения скважин 1 и 2 (глубины залегания горизонтов, их мощности) и распространялись по площади с учетом структурных планов по данным сейсморазведки. В результате были построены карты продольной проводимости для осин-ского, усть-кутского и объединенных Преображенского и ербогаченского горизонтов, а также геоэлектрический разрез по профилю между скважинами 1 и 2.

Выделен ряд зон, характеризующихся определенной величиной проводимости коллекторов. В табл. 2 показано сравнение результатов ЗСБ и испытаний в скважинах.

Таблица 2

Сравнение результатов ЗСБ и испытаний в скважинах _

Коллектор Результаты испытания скважины № 1 Проводимость по ЗСБ, См Результаты испытания скважины № 2 Проводимость по ЗСБ, См

Осинский Выделен аномальный коллектор, притоки пластовой воды 9,7 Выделен аномальный коллектор, притоки пластовой воды 9,6

Усть-кутский Без притоков 3,5 Приток разгази-рованной жидкости с примесью нефти 4,75

Преображенско-ербогаченский Обильные притоки пластовой воды 1,4-2 Приток нефти дебитом 200 м3/сут. 1,8

Низкие значения проводимости при неизменной мощности горизонта говорят об ухудшенных коллекторских свойствах либо об изменении типа флюи-донасыщения. Пониженная проводимость преображенско-ербогаченского горизонта в зоне скважины 1 при установленных притоках пластовой воды может быть объяснена значительным расстоянием между точкой зондирования и скважиной - более 1 км. Кроме того, может сказываться влияние трехмерных неод-нородностей в разрезе.

Таким образом, полученные значения проводимости хорошо коррелируют с результатами бурения, что позволяет выделять коллектор, прогнозировать его коллекторские свойства, а в благоприятных случаях и возможный тип флюи-донасыщения.

Боханский участок расположен в центральной части Ангаро-Ленской нефтегазоносной области, входящей в состав Лено-Тунгусской провинции. На площади исследования выделяются пять пластов-коллекторов, к которым приурочены почти все нефтегазо- и водопроявления. Карбонатные пласты-коллекторы характеризуются низкими показателями открытой пористости и

проницаемости. Основные перспективы нефтегазоносности данного района связаны с боханским (Б]3) и парфеновским (Б5) горизонтами.

Глубины залегания, мощности и количество горизонтов определены по данным бурения, а также с учетом результатов сейсморазведочных работ. В результате были построены карты продольной проводимости осинского, пар-феновского, боханского и базального пластов-коллекторов. Для одного из профилей построен сейсмогеоэлектрический разрез (рис. 6).

ЮЗ йБОХ"3 СВ

^.-.-.-»-<4.-.- о о ооаооооосп<п<по1а>а>№<»а>о><о<оаЭ!1Э<»!а<вво<есег-»ъг^г^г~

О 1000 2000М

1 5 10 30 90 250 600 2000 0м м

П11)

1 IБОХ-:

Рис. 6. Сейсмогеоэлектрический разрез с выделенными пластами-коллекторами и графики их сопротивлений. Профиль I:

1 - номера пикетов ЗСБ; 2 - скважина глубокого бурения; 3 - область значений сопротивления горизонтов, соответствующая газовому (или газо-водяному) насыщению по результатам бурения

На сейсмогеоэлектрическом разрезе хорошо видно соответствие зон распространения горизонтов-коллекторов, выделенных по данным МОГТ и ЗСБ. Результаты бурения скважины БОХ-3 хорошо согласуются со значениями сопротивления и проводимости горизонтов. Из парфеновского коллектора получен газ, из базального - газ и вода. Осинский горизонт - «сухой», что подтверждается повышенными значениями сопротивления слоя. Как видно из сейсмогеоэлектри-ческого разреза, данные ЗСБ и результаты бурения хорошо коррелируют.

Применение предложенной автором методики интерпретации на других профилях показало хорошее соответствие геоэлектрических характеристик пластов-коллекторов с данными бурения и испытаний глубоких скважин. В табл. 3 показаны результаты испытаний нескольких скважин глубокого бурения, которые расположены на профилях ЗСБ. Проводимость горизонтов рассчитана при эффективной мощности 10 м.

Таблица 3

Результаты испытаний некоторых скважин глубокого бурения, находящихся в пределах профилей ЗСБ

Горизонт № СКВ 2-ПРФ 4-ПРФ 8-ПРФ 9-ПРФ 11-ПРФ 3-БОХ 4-БОХ 5-БОХ

Осинский Испытания - сухо вода вода газ/вода сухо газ/вода вода

Б, См 11,8 1,31,6 1,6 1 -1,9 0,60,7 0,9 0,9 1,22

Парфе-новский Испытания вода газ вода вода вода газ - газ

Б, См 4,76,2 2,13,8 3,4 44,3 4,54,7 2,3 0,1 1,65

Бохан-ский Испытания вода - вода вода газ/вода - сухо газ

в, См 3,54,9 1,53,6 3,9 55,2 3,3 1,3 0,1 1,51,7

Базаль-ный Испытания - - - - - газ/вода сухо -

Б, См 0,8 11,9 1 0,91,4 0,1 2,1 4,2 0,1

Как видно из результатов бурения, зоны пониженной проводимости (менее 0,9 См) соответствуют низким коллекторским свойствам осинского горизонта. Значения 1,1-2,5 См характеризуют водное насыщение коллектора. Интервал 0,7-0,9 См - смешанное газоводяное насыщение коллектора. Присутствие в коллекторе газа понижает проводимость горизонта по отношению к чисто водному насыщению. Таким образом, перспективный в нефтегазоносном отношении интервал проводимости осинского коллектора -0,9-1,1 См.

Диапазон изменения проводимости парфеновского горизонта - от 0,1 до 8 См. Хорошие коллекторские свойства горизонта подтверждаются результатами бурения парфеновских скважин, где получены притоки пластовой воды и газа. Скважины БОХ-3 и БОХ-5 также находятся в зоне повышенной проводимости парфеновского коллектора. Так, проводимость парфеновского коллектора от 2,1

до 3,4 См соответствует газовому насыщению коллектора, от 3,4 до 6,2 См и более - водному.

Диапазон изменения проводимости боханского горизонта - от 0,1 до 6,3 См. В районе парфеновских скважин данный горизонт характеризуется улучшенными коллекторскими свойствами: полученные многочисленные притоки воды и газа. В районе боханских скважин поведение коллектора изменчиво: газ в скважине БОХ-5 и отсутствие притоков в 4-БОХ. Таким образом, проводимость боханского коллектора от 0,1 до 1,5 См соответствует низким коллектор-ским свойствам пласта, от 1,5 до 1,7 См - газовому насыщению коллектора, более 3,5 См - водному.

Базальный горизонт на площади исследования практически повсеместно характеризуется низкими значениями проводимости. Диапазон изменения проводимости горизонта - от 0,1 до 6,6 См. Зона улучшенных коллекторских свойств горизонта имеет место в юго-западной части участка. Здесь в скважине 3-БОХ из базального интервала получен приток газа и пластовой воды. Однако на большей части площади данный горизонт не был опробован, в силу чего определить граничные уровни не представляется возможным. Можно отметить, что проводимость базального горизонта 2 См соответствует газо-водяному насыщению коллектора.

Таким образом, представляется возможным по значениям проводимости тонких горизонтов с высокой точностью прогнозировать коллекторские свойства, а также тип флюидонасыщения пластов-коллекторов.

Однако, при сравнении значения проводимости горизонтов с результатами бурения скважин достаточно четко прослеживается следующая зависимость: как правило, наиболее низкие значения проводимости соответствуют плохим коллекторским свойствам горизонтов, высокие значения - водному насыщению, тогда как интервал между ними - газовому либо смешанному насыщению.

Заключение

Проведенные исследования показывают, что определение проводимости тонкого горизонта-коллектора в карбонатно-галогенных и подсолевых отложениях осадочного чехла юга Сибирской платформы — подход, позволяющий решать задачу ПГР (прогнозирование геологического разреза) на новом уровне. Изучение непосредственно объекта исследования по данным ЗСБ - горизонта-коллектора — позволяет оценивать его коллекторские свойства и тип флюидонасыщения с большей детальностью и одновременно надежностью, нежели с применением традиционного подхода в интерпретации ЗСБ. В случае присутствия нескольких коллекторов в разрезе актуальность подхода в интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей многократно возрастает.

В результате создана методика интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей, состоящая из оценки степени одномерности разреза, конструирования тонкослоистой геоэлектрической модели, принципа определения проводимости горизонтов-коллекторов, расчета степени эквивалентности решений. Данный подход в полной мере отвечает на вопросы обоснованности применения

методики раздельного изучения горизонтов-коллекторов в различных геоэлектрических условиях, погрешностях регистрации сигналов ЗСБ, при влиянии 3D неоднородностей и эффектов частотной дисперсии УЭС. Последовательно дав убедительные ответы на каждый из них, доказана надежность предложенной методики, а вместе с тем и необходимость ее внедрения в процесс интерпретации ЗСБ.

Представляется, что дальнейшее развитие предлагаемых подходов связано с более плотным комплексированием с сейсморазведкой: прежде всего использованием динамических параметров отражающих горизонтов. Так, используя соотношение коэффициента пористости коллектора по данным ОГТ с его проводимостью, можно более надежно прогнозировать тип флюидонасыщения горизонта.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В реферируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ:

1. Буддо И.В. Особенности подавления электромагнитных помех различной природы математическими алгоритмами // Вестник ИрГТу № 2. Иркутск : Изд-во ИрГТу, 2009. - С. 6 - 9.

2. Поспеев A.B., Буддо КВ., Агафонов Ю.А., Кожевников И.О. Выделение пластов-коллекторов в разрезе осадочного чехла юга Сибирской платформы по данным зондирований становлением электромагнитного поля в ближней зоне // Геофизика, № 6, 2010. - С. 47 -52.

В научных рецензируемых изданиях и сборниках трудов:

3. Буддо И.В. Анализ разрезов дифференциальной электропроводности с целью выделения пластов-коллекторов осадочного чехла в условиях юга Сибирской платформы // Материалы XXIII Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика». Иркутск : Изд-во ИЗК СО РАН, 2009. - С. 264 - 265.

4. Компаниец C.B., Буддо КВ., Гомулъский В.В. Методика прогнозирования зон коллекторов и мониторинга геоэкологического состояния среды с применением электромагнитных зондирований в условиях юга Сибирской платформы // Приборы и системы разведочной геофизики. Саратов : Правильный вывод, 2010. - С. 16 — 19.

5. Поспеев A.B., Буддо КВ., Суров Л.В. К вопросу о разрешающей способности нестационарных электромагнитных зондирований при картировании горизонтов-коллекторов в геоэлектрических условиях юга Сибирской платформы // Материалы XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика». Иркутск : Изд-во ИЗК СО РАН, 2011. - С. 209 - 210.

6. Буддо КВ., Поспеев А.В., Агафонов Ю.А. Некоторые аспекты выделения пластов-коллекторов в осадочном чехле юга Сибирской платформы по данным нестационарных электромагнитных зондирований // Материалы Всероссийской школы-семинара имени М.Н.Бердичевского и Л.Л.Ваньяна по электромагнитным зондированиям земли. Книга 2. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 170- 173.

7. Y.A. Agafonov, I.V. Buddo, S.V. Kompaniets, V.V. Gomulskiy. Experience of Effective Application of Transient Electromagnetic Method -TDEM - in the South Part of the Siberian Platform // 4th Saint Petersburg International Conference & Exhibition 2010. - Saint Petersburg, 2010.

8. Y.A. Agafonov, I.V. Buddo, S.V. Kompaniets. Technique Development and New Approaches for Data Interpretation of Transient Electromagnetic Method - TDEM // 4th Saint Petersburg International Conference & Exhibition 2010. - Saint Petersburg, 2010.

9. Yuri A. Agafonov, Mustapha M. Salleh, Sophia V. Kompaniets, Olga V. Markovceva, llya V. Egorov, Igor V. Buddo. Efficiency of TDEM and EM-IP methods application for reservoirs exploration in South East Asia // Petroleum Geology Conference & Exhibition. Kuala Lumpur, 2011.— P. 83-86.

10. Yuri A. Agafonov, Igor V. Buddo. The contribution of ТЕМ and EM-IP techniques for oil and gas exploration // 73rd EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC. - Vienna, 2011.

Подписано в печать 04.04.2012. Формат 60 х 90 / 16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 69. Поз. плана Юн.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Буддо, Игорь Владимирович, Иркутск

61 12-4/142

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДА ТЕХНОЛОГИИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ

На правах рукописи

Буддо Игорь Владимирович

ТОНКОСЛОИСТЫЕ МОДЕЛИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КОЛЛЕКТОРОВ В ОСАДОЧНОМ ЧЕХЛЕ МЕТОДОМ ЗОНДИРОВАНИЙ СТАНОВЛЕНИЕМ ПОЛЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ - МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ЮГА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ)

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: д. г.-м.н., профессор А.В. Поспеев

ИРКУТСК 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение............................................................................................................................5

Глава 1. Обоснование тонкослоистой геолого-геоэлектрической модели

коллекторов для юга Сибирской платформы........................................14

1.1. История изученности...............................................................................................14

1.2. Сводный геологический разрез юга Сибирской платформы...............................17

1.3. Типы коллекторов, их свойства и особенности.....................................................21

1.4. Коллекторские свойства основных пластов-коллекторов юга Сибирской платформы..................................................................................................................22

1.5. Петрофизическая связь электропроводности осадочных горных пород и насыщающих их флюидов........................................................................................28

1.5.1. Свободная и связанная вода. Двойной электрический слой.......................28

1.5.2. Петрофизическая модель остаточной водонасыщенности..........................29

1.5.3. Электрические свойства..................................................................................32

1.5.4. Удельное сопротивление полностью водонасыщенной породы................33

1.5.5. Случай частично водонасыщенной породы..................................................34

1.5.6. Пределы изменения УЭС различных литотипов осадочных пород юга Сибирской платформы.....................................................................................35

1.6. Величина кажущегося сопротивления осадочных горных пород по данным ЗСБ и каротажных исследований........................................................................................38

Глава 2. Обоснование методики выделения пластов-коллекторов в карбонатно-галогенных и подсолевых отложениях осадочного чехла юга Сибирской платформы по данным ЗСБ.......................................................................49

2.1. Краткие физические основы метода зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне................................................................49

2.2. Введение в проблематику интерпретации кривых ЗСБ на основе тонкослоистых моделей.......................................................................................................................54

2.3. Понятие эквивалентности геоэлектрических моделей.........................................55

2.4. Некоторые подходы в интерпретации кривых электромагнитных зондирований56

2.5. Содержание методики интерпретации кривых ЗСБ в рамках тонкослоистого подхода.......................................................................................................................62

2.6. Оценка одномерности исследуемого геоэлектрического разреза.......................63

2.7. Оценка влияния геоэлектрических неоднородностей на кривые ЗСБ................70

2.8. Методика инверсии ЗСБ на основе тонкослоистых моделей...............................86

2.9. Аппаратурно-программные средства для реализации подхода интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей..........................................................................90

2.9.1. Используемые аппаратурные средства.........................................................90

2.9.2. Используемое программное обеспечение.....................................................91

2.10. Синтетическое моделирование, оценка степени эквивалентности решений. ..94

2.10.1. Методика математического моделирования сигналов ЗСБ......................94

2.10.2. Результаты математического моделирования сигналов ЗСБ....................97

2.10.3. Оценка величины погрешности при интерпретации кривых ЗСБ..........101

2.10.4. Примеры оценки применимости интерпретации данных ЗСБ с выделением пластов-коллекторов в конкретных геоэлектрических условиях с использованием номограмм..........................................................................102

2.10.5. Оценка изменения разрешающей способности ЗСБ при выделении коллекторов с изменением разноса...............................................................103

2.11. Требования к аппаратурно-программному комплексу и методике производства зондирований...........................................................................................................105

2.12. Применение математических алгоритмов суммирования и цифровой фильтрации для улучшения качества кривой ЗСБ.....................................................................106

Глава 3. Оценка геологической эффективности интерпретации данных ЗСБ на основе тонкослоистых моделей...............................................................110

3.1. Безымянный участок недр.....................................................................................110

3.1.1. Краткая характеристика участка работ.......................................................110

3.1.2. Толстослоистая геоэлектрическая модель..................................................111

3.1.3. Результаты инверсии материалов ЗСБ в рамках толстослоистых моделей 112

3.1.4. Оценка возможности интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей ..........................................................................................................................117

3.1.5. Формирование тонкослоистой геоэлектрической модели........................119

3.1.6. Результаты интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей............................................................................................................121

3.2. Боханский участок недр.........................................................................................128

3.2.1. Краткая характеристика участка работ.......................................................128

3.2.2. Толстослоистая геоэлектрическая модель..................................................129

3.2.3. Результаты инверсии материалов ЗСБ в рамках толстослоистых моделей131

3.2.4. Оценка возможности интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей ..........................................................................................................................136

3.2.5. Формирование тонкослоистой геоэлектрической модели........................136

3.2.6. Результаты интерпретации материалов ЗСБ с выделением пластов-коллекторов .....................................................................................................138

Заключение...................................................................................................................147

Литература...................................................................................................................149

ВВЕДЕНИЕ

Целью работы является повышение информативности электромагнитных исследований путем разработки подхода к интерпретации материалов зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), заключающемся в раздельном определении проводимости горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений на юге Сибирской платформы.

Актуальность

Одним из важнейших условий выполнения «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» является обеспеченность категорийными запасами нефти и газа. На территории Восточной Сибири сосредоточено около 20% неразведанных ресурсов нефти России (Клещев, 2007; Варламов, 2007), что является вторым показателем в России после Западной Сибири.

Потенциал ее нефтегазоносности подтверждается открытием ряда крупных месторождений углеводородов, в том числе таких, как Ковыктинское, Верхнечонское, Среднеботуобинское и др. Особенности геологического строения юга Сибирской платформы заключаются в том, что перспективы нефтегазоносности, в основном, связаны с неструктурными ловушками, имеющими ли-тологический, либо тектонический контроль. Данное обстоятельство повышает роль несейсмических методов геофизики, в т.ч. электроразведки, в комплексе поисковых работ.

Одним из наиболее распространённых является метод зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ), теоретически обоснованный JI.JI. Ваньяном (Ваньян, 1971). В практическом отношении метод ЗСБ был развит в 70-е годы прошлого века (A.A. Кауфман, Б.И. Рабинович, С.А. Шейнманн, Г.А. Исаев, В.А. Сидоров, В.В. Тикшаев, и др.). Технология и методика проведения ЗСБ разработаны усилиями сотрудников СНИИГГиМСа, ИНГГ СО РАН (г. Новосибирск), а также многих организаций России и бывшего СССР. На Сибирской платформе метод ЗСБ, начиная с 70-х годов и по сей

день, является одним из ведущих в комплексе с сейсморазведкой при структурном картировании и выделении зон распространения пластов-коллекторов.

За прошедшие годы были детально изучены вопросы разрешающей способности метода, а также влияние принципа эквивалентности на результаты интерпретации сигналов становления (Б.И. Рабинович, Г.М. Морозова, Л.А. Табаровский и др.). Некоторыми авторами (В.М.Панкратов и др.) была рассмотрена возможность не только изучения зон распространения пластов-коллекторов в разрезе, но и выделения на больших глубинах (один километр и более) тонких (от единиц до первых десятков метров) пластов-коллекторов.

На многих месторождениях юга Сибирской платформы в карбонатно-галогенной и подсолевой толщах присутствуют несколько горизонтов-коллекторов: осинский, парфеновский, шамановский, боханский и др. Каждый из них может характеризоваться как плохими коллекторскими свойствами, так и высокими перспективами нефтегазоносности. В настоящее время при проведении нефтегазопоисковых исследований методом ЗСБ уже недостаточно определять продольную проводимость только основных комплексов осадочного чехла, выделяемых по стратиграфическому и литологическому принципу. С применением традиционного подхода к интерпретации ЗСБ на несколько слоев делится обычно только надсолевая часть разреза. Глубоко залегающие горизонты осадочного чехла аппроксимируются мощными пластами (подсолевая толща делится максимум на два интервала). Определение интегральных геоэлектрических свойств толщи, содержащей несколько коллекторов, может привести к ошибочной интерпретации и неверному прогнозу нефтегазоносности каждого из горизонтов. Поэтому необходимо решать задачи на новом уровне: изучать непосредственно объекты поисков - горизонты-коллекторы карбонатно-галогенных и подсолевых отложений. Раздельный прогноз нефтегазоносности для каждого горизонта-коллектора значительно повышает информативность ЗСБ, что позволит избежать ошибок при выборе мест заложений скважин глубокого бурения.

Таким образом, меняется взгляд на результаты электроразведочных работ в целом. Ведь результат интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей - геоэлектрические характеристики не одного мощного пласта, ассоциирующегося с подсолевыми отложениями, а непосредственно самих горизонтов-коллекторов. Горизонтов, являющихся объектами нефтегазопоис-ковых исследований - целью поисков. Глубинность таких исследований в условиях юга Сибирской платформы обычно достигает 2 - 4 км.

Практическое внедрение предложенной методики интерпретации потребовало тщательно отнестись к вопросам оценки эквивалентности решений и разрешающей способности кривых ЗСБ, а также степени влияния неоднородных объектов на результаты интерпретации данных с использованием подхода Ш-инверсии.

Задачи исследования

• Обоснование, формализация и построение тонкослоистых геоэлектрических моделей осадочного чехла юга Сибирской платформы;

• Разработка методики раздельного определения проводимости горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений;

• Разработка критериев соответствия исследуемой среды горизонтально-слоистому разрезу на основе ЗЭ моделирования сигналов ЗСБ от нескольких типов неоднородных объектов, наиболее часто встречающихся на Сибирской платформе. А также оценка возможной погрешности Ш инверсии сигналов ЗСБ в условиях сложнопостроенных сред;

• Оптимизация методики интерпретации сигналов ЗСБ путем внедрения автоматических алгоритмов решения обратной задачи геофизики;

• Оценка разрешающей способности метода ЗСБ и определение степени влияния принципа эквивалентности на итоговый результат в различных геоэлектрических и помеховых условиях;

• Оценка геологической эффективности интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей на примере решения практических задач.

Фактический материал, методы исследований и аппаратура

При решении поставленных задач автор опирался на работы следующих ученых: Ю.А. Агафонова, Е.Ю. Антонова, JI.JL Ваньяна, И.Н. Ельцова, А.К. За-харкина, Ф.М. Каменецкого, A.A. Кауфмана, Н.О. Кожевникова, Ю.С. Король-кова, В.В. Ломтадзе, B.C. Могилатова, Г.М. Морозовой, В.М. Панкратова, М.Г. Персовой, A.B. Поспеева, Б.И. Рабиновича, Б.С. Светова, В.А. Сидорова, В.В. Тикшаева, Г.М. Тригубовича, М.И. Эпова, G. Keller, G.A. Newman, С.Н. Stoyer и других исследователей.

В качестве основных методов исследования использовались сбор статистических материалов, математическое моделирование, полевые эксперименты, расчеты с использованием программно-алгоритмических средств. Сбор статистики был осуществлен с привлечением материалов ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие», недропользователей и др. организаций. Полевые экспериментальные данные получены посредством применения цифровой телеметрической электроразведочной станции SGS-TEM (разработка ООО НПК Сибгеосистемы, г. Новосибирск, ЗАО «ИЭРП», г. Иркутск) в ходе решения структурных и нефтегазопоисковых геологических задач методом ЗСБ. Эксперименты производились на территории Иркутской области, Республики Саха (Якутия), на многочисленных участках изучения недр, в том числе на крупных месторождениях углеводородов Восточной Сибири, таких как Ковыктинское ГКМ, Чиканское ГКМ, Чаяндинское НГКМ, Атовское ГКМ и др.

Математическое моделирование сигналов становления осуществлялось с привлечением программного комплекса S GS-ТЕМ, в частности - программы

количественной интерпретации Model 3 (JI.B. Суров, M.B. Шарлов, Ю.А. Агафонов). В программе используются математические алгоритмы решения прямых и обратных задач ЗСБ, разработанные специалистами Института нефтегазовой геологии и геофизики имени Трофимука, г. Новосибирск (Е.Ю. Антонов, М.И. Эпов и др.). Для определения проводимости пластов-коллекторов, а также оценки эквивалентности решений использовались подходы, предложенные A.B. Поспеевым.

Моделирование 3D сигналов становления от сложнопостроенных сред осуществлялось в среде GeoEM (М.Г. Персова, Ю. Г. Соловейчик), интегрированной в комплекс Model 3.

Защищаемые положения

1. Применение методики интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей позволяет оценивать проводимость каждого коллектора, а также степень эквивалентности решения при наличии информации о положении пластов-коллекторов в разрезе осадочного чехла юга Сибирской платформы и при условии одномерности исследуемой среды.

2. Разрешающую способность кривых электромагнитных зондирований и область эквивалентности решений целесообразно оценивать с использованием разработанных количественных критериев в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.

3. Интерпретация материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей повышает геологическую эффективность исследований горизонтов-коллекторов в карбонатных и терригенных отложениях осадочного чехла юга Сибирской платформы за счет раздельной оценки коллекторских свойств и типа флюидонасыщения.

Научная новизна работы. Личный вклад

По сравнению с традиционным подходом к интерпретации данных ЗСБ, предложена методика раздельного определения проводимости коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений. Для решения данной задачи автором построены новые, детальные тонкослоистые геоэлектрические модели осадочного чехла, содержащие пласты-коллекторы, глубины которых определены по данным сейсморазведки и бурения, а проводимость рассчитана путем Ш инверсии кривых ЗСБ. Предложенный подход позволяет по-новому взглянуть на результаты электроразведки, ведь ранее столь детальное расчленение подсолевого интервала разреза производилось чрезвычайно редко.

Автором сформулированы простые и надежные критерии одномерности геоэлектрического разреза на основе анализа ЗБ синтезированных сигналов становления от ряда типичных для юга Сибирской платформы неоднородных объектов, а также нескольких тысяч экспериментальных кривых.

Впервые для юга Сибирской платформы автором рассчитаны номограммы, позволяющие оценить степень эквивалентности решения и ошибку определения проводимости пласта-коллектора в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.

Получены новые тонкослоистые геоэлектрические разрезы с выделением пластов-коллекторов для ряда площадей юга Сибирской платформы. На основе анализа результатов бурения скважин и геоэлектрических характеристик горизонтов выдвинуты предположения об их коллекторских свойствах и типе флюидонасыщения. Разработанная методика тестировалась автором на различных месторождениях УВ в Восточной Сибири и Якутии, в результате чего получены новые данные о строении геологического разреза.

Работы по сбору и систематизации петрофизических материалов, анализу свойств коллекторов, а также статистических закономерностей ге�