Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Цифровая многоканальная программно-управляемая двухзондовая аппаратура импульсного нейтрон-нейтронного каротажа

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

Автореферат диссертации по теме "Цифровая многоканальная программно-управляемая двухзондовая аппаратура импульсного нейтрон-нейтронного каротажа"

РГО О.]

: .НАУЧНО- ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ по ГЕОФИЗИЧЕСКИМ РАБОТАМ В СКВАЖИНАХ (НПГП "ГЕРС")

На правах рукописи

ЧЕРМЕНСКИЙ ВЛАДИМИР ГЕРМАНОВИЧ

ЦИФРОВАЯ МНОГОКАНАЛЬНАЯ ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМАЯ ДВУХ30НД0ВАЯ АППАРАТУРА ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОН-НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА

Специальность 04.00.12 -

Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь 1993 г.

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических исследований геологоразведочных скважин (ВНИИГИС с ОЗГА) научно-производственного государственного предприятия "ГЕРС"

Научный руководитель: доктор технических наук

Хаматдинов Р. Т.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ведущее предприятие - НПГП "ВНИЯГГ", г. Раменское

Завдта состоится " 22 "декабря 1993г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д 071.18.01 в научно-производственном государственном предприятии по геофизическим работам в скважинах "ГЕРС" (НПГП "ГЕРС") по адресу: 170034, г. Тверь, • пр. Чайковского, дом 28/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИГИК НПГП "ГЕРС".

Автореферат разослан " 15 " ноября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного

профессор Лухминский Б. Е. кандидат технических наук Вольфштейн ILM.

совета, д. ф.-м. н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Развитие и совершенствование интенсивных систем эксплуатации месторождений нефти и газа неразрывно связано с прогрессом в геофизических методах исследования скважин, являющихся неотъемлемой частью геологоразведочного процесса на всех стадиях поиска, разведки, подсчета запасов,' ввода в эксплуатацию месторождений и их промышленной разработки. В обсаженных скважинах эксплуатируемых месторождений вопросы обеспечения информацией о характере насыщения пластов, о добыче нефти и заводнении эксплуатируемых пластов как на отдельных участках, так и на месторождении в целом, в той или иной степени успешно решаются различными видают исследований, в том числе и геофизическими. Выбор методов для решения задач обусловлен геолого-техническими условиями разрабатываемых месторождений. Среди пррмыслово-геофизи-ческих методов ГИС заметную роль занимают нейтронные методы, такие как нейтронный гамма-каротаж (НТК), нейтрон-нейтронный каротаж (ННК), импульсный нейтронный каротаж (ИНК) в различных модификациях (ИННК, ЙНГК) и др.. Разработанная к настоящему времени, в первую очередь трудат Васина Я. Н., Беспалова Д. Ф., Воронкова JL Е , Ерозолимского Б. Г. , Кантора С. А., Мартьянова И. А., Поля-ченко н. JL , Резванова Р. А. , Шимедевича Ю. С. , Школьникова А. С. и др., аппаратурная, теоретическая и методическая база ИННК позволяет количественно определять основные нейтронные характеристики горных пород- коэффициент диффузии, время жизни и длину миграции нейтронов , и через эти характеристики оценивать емкостные параметры пород и характер их насыщения. На совещании представителей ВНИИГеосистем, Раменского отделения ВНИИГеосистем, треста "Тат-нефтегеофизика", НПГП "ГЕРС", ЕНИИА, Ассоциации ядерной геофизики, МГРИ, ИПНГ РАН (февраль 1993 г.) были сформулированы первоочередные задачи, решение которых наиболее актуально методами ИНК При контроле за разработкой нефтегазовых месторождений- это

отслеживание продвижения водо-нефтяного (ВНК), газо-жидкостного (ГЖК) контактов и закачиваемых вод в неперфорированных пластах, оценка степени заводнения перфорированных пластов, фи контроле испытаний в колонне - локализация притока и установление характера насыщения приточных прослоев в перфорированном, пласте, выявление интервалов содянокислотных обработок. Кроме этого, подтверждена перспективность изучения разрезов скважин старого фонда методами ИНК с целью выявления и оценки пропущенных залежей. Не вызывает сомнения преимущество использования двухзондовых систем ИНК перед однозондовыми.

Однако современный аппаратурный парк, предназначенный для решения этих задач, зачастую оставляет желать лучшего- на момент начала постановки данной работы на территории бывшего СССР практически не выпускалась скважинная аппаратура импульсного нейтронного каротажа, предназначенная для работы в составе компьютеризированных станций, отсутствовали приборы ИНК, способные работать на одножильном кабеле. Это, в свою очередь, снижало эффективность использования методов ИНК, делало практически невозможным исследование скважин, находящихся в эксплуатации под высоким устьевым давлением.

Таким образом, разработка цифровой многоканальной программно- управляемой двухзондовой аппаратуры ИНК, предназначенной для работы в составе современной компьютеризированной каротажной станции с любым, вплоть до одножильного, кабелем, и программно-методического обеспечения, основанного на известных1, широко опробованных и новейших алгоритмах обработки и интерпретации данных ИНК, весьма актуальна. На основании анализа современного положения в методическом и метрологическом обеспечении ИНК автор сосредоточил свое внимание на методе ИННК.

Целью работы является повышение эффективности использования метода ИННК на основе разработки цифровой многоканальной программно-управляемой двухзондовой аппаратуры, предназначенной для работы в составе компьютеризированной каротажной станции на многожильном или одножильном кабеле.

значительно превышает допустимые загрузки аналоговых систем передачи информации по кабелю. Исходя из этого, были разработаны алгоритмы и электронные устройства, реализованные на современной элементной базе, позволяющие минимизировать аппаратурную погрешность измерений. Это оказалось возможным благодаря предварительному накоплению в скважинном приборе временного спектра от единичной вспышки нейтронной трубки и передаче зарегистрированной информации на поверхность посредством цифровой телеметрии, способной работать с бортовым компьютером независимо от длины каротажного кабаля. Совместно с контролем уровня дискриминации, положения шумов системы "детектор+усилитель", выявлением ошибок при приеме/передаче информации, тестированием основных функциональных узлов аппаратуры, это позволило ограничить аппаратурную погрешность измерений на уровне погрешности, обусловленной "мертвым" временем детекторов и степенью неопределенности их чувствительности.

Программное обеспечение аппаратуры состоит из двух самостоятельных разделов - регистрация данных на скважине и обработка и интерпретация полученных данных. Первый, основой которого являются системные функции операционной системы MS DOS, включает в себя драйверы межмашинного обмена по интерфейсам RS-232, ИРПР; программы задания режима работы скважинного прибора; программы визуализации полученных данных. Программное обеспечение для обработки и интерпретации зарегистрированных данных включает в себя программы введения поправок за "эффективное мертвое" время детекторов; привязки показаний обоих зондов к единой точке записи; увязка зарегистрированных данных с разрезом; нормировки; расчета временного декремента затухания плотности потока тепловых нейтронов по обоим зондам; фильтрации и статистической перегруппировки данных; программа попластовой обработки зарегистрированных кривых и др.. Программа интерпретации работает в интерактивном режиме с пользователем, который, освобожденный от трудоемких и утомительных вычислений, интерпретирует результаты измерений в соответствии с имеющейся дополнительной геологической информацией, что повышает достоверность принятых решений.

Программа интерпретации, являясь открытой системой, позволяет использовать наиболее известные, нашедшие широкое внедрение методики применительно к конкретным геологотехническим условиям. Для этого в ней предусмотрена возможность выбора, корректировки и даже полной замены методики обработки.

В четвертой главе приведены результаты производственного опробования и внедрения аппаратуры и методик.

Первые скважинные исследования екважинным прибором ЦСП-2ИНК-42 были начаты летом 1991 г. Начиная с декабря 1991г.. совместно с Октябрьским управлением геофизических работ на нефтяных месторождениях Башкирии и Татарии было исследовано данной аппаратурой к настоящему моменту (август 1993 г.) 30 скважин. В декабре 1992г. при передаче одного комплекта скважиной аппаратуры ЦСП-2ИНК-42, изготовленной по заказу совместного предприятия "В№6", в фирму "(ЗЕОКОМ", были проведены демонстрационные работы на метрологической скважине в городе бошгпегп. В период июнь-август 1993 г. совместно с МП "Неоген" аппаратурой ПСП-2ИНК-^2 было исследовано 6 скважин на Росташинском и Зайкин-ском месторождениях Оренбуржья. Причем в 3 скважинах работы проводились через лубрикатор: устьевое давление 130-200 ат , глубина интервала исследования 4500-4700 м. , температура окружающей среды в интервале исследования 94-96°С, работы проводились при использовании одножильного кабеля КГ-1-30-180 длиной 5500 м. В период 1992 - 1993 г. г. изготовлено 9 комплектов аппаратуры ЦСП-2ИНК-42.

В ходе опытно-методических работ, были опробованы две методики: первая -качественная методика определения насыщения поро-вого пространства с компенсацией водородосодержания (по Резвано-ву Р. А.); вторая методика определения водонасыщенности основана на различии макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов для нефти и пластовой воды. В диссертации рассмотрено несколько примеров применения аьпарагуры:

1. Исследование ^ целью возврата на пласт Д1 в скважине 792 Константиновской площади Серафимовской группы нефтяных месторож-

дений. Регистрация проводилась на компьютер "Нейва", смонтированный на подьемнике на базе автомобиля "Урал". В результате исследований аппаратурой ИСП-2ИНК-42 пласт песчаника пашийского горизонта Д1 был определен как нефгенасышенный и рекомендован к опробованию со вскрытием сверлящим перфоратором, был отбит ВНК. Результат испытаний скважины в рекомендованном интервале подтвердил данное заключение.

2. Исследование с целью перехода на вышележащие горизонты в -карбонатном разрезе в скважине 929 Копей-Кубовской месторождения Воздвиженской площади. Регистрация проводилась на компьютер "Нейва", включенный в состав каротажной станции СКР. По результатам проведенных исследований были определены неФтенасыщенные интервалы в известняках турнейского яруса и заволжского горизонта. В соответствии с данным заключением заволжский горизонт был опробован - после перфорации скважина дала нефть.

3. Исследование с целью определения текущей насыщенности работающих пластов и определения нефтенасыщеных коллекторов пластов Д_7-Д_Ш в скважине 2618 Зайкинского нефтегазового месторождения. Регистрация проводилась на компьютер "Notebook", включенный в состав каротажной станции "КИУ-2". По результатам проведенных исследований и комплексной интерпретации данных ИННК и ГИС-бурения установлено отсутствие минерализованной воды в коллекторах пласта Д_У-2. На дату текущих ГИС по данным комплексной интерпретации ИННК и данных ГИС-бурения характеристику продуктивных (нефтенасыщеных) получили коллекторы пластов Д_у-1, ZLIV-2, ZL.IV-1, Д_1П.

4. Исследование метрологической скважины G0M2 г. Gommern (Германия) с целью сравнения разработанной аппаратуры с аппаратурой (ИНК-7). Регистрация проводилась на геофизическую каротажную станцию "GEOKOM" при скорости записи 120 м/час и частоте генерации нейтронов 20 Гц. Результаты исследований показали, что в случае использования аппаратуры ЦСП-2ИНК-42 расхождение основного и повторного замеров в среднем составляет 2.3 %, для аппаратуры ИНК-7 - 3. 8 Z.

Производственные испытания и внедрение разработанного аппа-

ратурно-методического комплекса показали, что в случае использования аппаратуры ЦСП-2ИНК-42 увеличивается точность определения измеряемых величин. Это объясняется, во- первых, большим выходом 'нейтронов излучателя "Ш-33 по сравнению с излучателем КНК-7, и соответственно лучшей статистикой измерений, и, во- вторых, используемой системой регистрации и передачи информации, позволяющей минимизировать аппаратурную погрешность исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге теоретических, экспериментальных исследований и опытно- методических работ разработана и внедрена цифровая многоканальная программно- управляемая двухзондовая аппаратура ИННК с соответствующим программно- методическим обеспечением. По своим технико-экономическим характеристикам аппаратура ДСП-2ИНК-42 приближается к аппаратуре ИНК ведущих зарубежных фирм. Данный аппаратурно-методический комплекс позволил повысить эффективность использования методов импульсного нейтрон- нейтронного каротажа при исследовании нефтегазовых скважин.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

-проведений анализ современного состояния аппаратуры ИНК, предназначенной для измерения времени жизни тепловых нейтронов в скважинах с учетом широкого внедрения компьютеризированных технологий в практику ГИС показал, что современное состояние отечественной скважинной аппаратуры ИНК не позволяет использовать эти методы с надлежащей эффективностью и необходимо создание цифровой многоканальной 'программно- управляемой двухзондовой аппаратуры ИННК, способной работать в составе компьютеризованных каротажных станций и соответствующего программно-методического обеспечения;

-для стабилизации энергетической шкалы детекторов медленных нейтронов автором исследован и предложен способ, основанный на временном анализе амплитудного спектра детекторов; показано, что

в этом случае отношение "сигнал-шум" системы "детектор+усили-тель" оптимально и позволяет автоматизировать настройку на требуемый режим измерений;

-показано, что реализация аппаратуры в соответствии с разработанной микропроцессорной схемотехникой и цифровой телеметрией позволяют проводить регистрацию полных кривых спада потока тепловых нейтронов во времени на двух расстояниях от источника с минимально возможными погрешностями практически независимо от длины каротажного кабеля;

-обеспечена возможность исследования методом ИННК нефтегазовых скважин, в т. ч. находящихся в эксплуатации под высоким устьевым давлением за счет применения одножильного каротажного кабеля (исследовано 3 скважины на Зайкинском нефтегазовом месторождении в процессе эксплуатации: устьевое давление до 180 атм. , температура в интервале исследования до 96 С);

-разработанное программно- методическое обеспечение позволяет при регистрации многоканальных временных спектров использовать многовариантную обработку данных ИННК в соответствии с выбираемой интерпретационной моделью как непосредственно на скважине, так и в стационарных условиях;

-в результате опытно- методических работ на месторождениях Башкирии, Татарии, Оренбуржья показана еусокэя эффективность применения цифровой многоканальной программно- управляемой двух-зондовой аппаратуры ИННК для.отслеживания продвижения ВНК и за-качеваемых вод в неперфорированных пластах, контроля охвата заводнением перфорированных пластов, изучения разрезов скважин старого фонда с целью выявления и оценки пропущенных залежей; показано, что погрешность воспроизводимости при использовании аппаратуры ЦСП-2ИНК-42 снижена не менее чем в 1.5 раза по сравнению с аппаратурой предшествующих поколений.

Автор защищает:

Цифровой программно-управляемый аппаратурно-методический комплекс многоканального ИННК для исследования нефтегазовых скважин, в т. ч. находящихся в эксплуатации под высоким устьевым

давлением, в составе компьютеризированных каротажных станций, включающий:

-модульную конструкцию излучателя нейтронов с энергией 14 Мзь с повышенными технико-эксплуатационными характеристиками;

-физически обоснованную автоматизированную систему стабилизации энергетической шка^ы детекторов медленных нейтронов;

- электронные устройства на современной микропроцессорной базе для тестирования, контроля и управления процессами ИННК в реальном масштабе времени;

-технологическое и интерпретационное программное обеспечение, позволяющее при регистрации многоканальных временных слект-роь тепловых нейтронов- использовать многовариантную обработку данных ИННК, в соответствии с выбираемой необходимой интерпретационной моделью, как непосредственно на скважине, так и в стационарных условиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. "Скважинная многозондовая аппаратура спектрометрического нейтроннс-активационного каротажа с генератором нейтронов 14 МэВ". Сб. "Измерительные элементы и системы управления в нефтяной и газовой промышленности", г.Уфа, 1988г, (совместно с Кучуриным Е. С. , Ахмегшикым А.М.).

2. "Аппаратура и методика скважинной спектрометрии радиационного захвата с низкочастотным генератором нейтронов", сб. "Вопросы атомной науки и техники", серия "Радиационная техника", Вып. 2 (42), 1990г., (совместно с Кучуриным Е.С., Шабиевым К. л. j.

3. "К методике многозондового нейтронного каротажа", сб. "Автоматизация технологии процессов и обьектов нефтяной и газовой промышленности", Уфа, 1991 г., (совместно с Кучуриным Е. С. , Саранцевым С. Е , Гельд В. Д.).

4. "Особенности конструирования интеллектуальной скважинной геофизической аппаратуры с использованием генератора нейтронов на примере одножильного скважинного прибора ЦСП-2ИНК-42". Доклад на международной геофизической конференции и выставке SEG-EA-

ГО/Москва'93. Август 16-20, 1993 г. , (совместно с Бортасевичем Е С. , Гельд В. Д. , Саранцевым С. Е , Горбуновым М. Е ).

5. А. с. N 1698868 от 9.03. 89 г. "Способ мониторирования генератора быстрых нейтронов и устройство для его осуществления". (совместно с Гельд В. Д. Опубл. в БИ N 46

Уч.-изд. л. .X. Тираж 100 экз. Заказ I*- Я^У Бесплатно. Научно-производственное государственное предприятие по геофизическим работам в скважинах "ГЕРС". г. Тверь, ул. Новоторжская, д. 12Б, Отпечатано на ротапринте НУиСЦ НПГП "ГЕРС", 170034, г. Тверь, пр. Чайковского, д. 28/2.

1991 г.

Подписано в печать 09.11. 93 г.

Формат 60 х 84 1/16