Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Усовершенствование интерпретации данных импульсного нейтронного каротажа с аппаратурой PDK-100 в условиях терригенного разреза Западной Сибири

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Усовершенствование интерпретации данных импульсного нейтронного каротажа с аппаратурой PDK-100 в условиях терригенного разреза Западной Сибири"

Министерство образования Российской Федерации Российский государственный геологоразведочный университет (РГГРУ)

На правах рукописи УДК 550.831

Ракитнн Михаил Владиславович

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНТЕРПРЕТАЦИИ

ДАННЫХ ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА С АППАРАТУРОЙ РОК-100 в УСЛОВИЯХ ТЕРРИГЕННОГО РАЗРЕЗА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

специальность 25.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в компании «ПЕТЮАЛЬЯНС СКЛ»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

тшоАессоп Лухминский Б.Е.

Официальные оппоненты: доктор физ-мат. наук

Профессор Поляченко А.Л. (ВНИИгеосистем) кандидат технических наук Журавлев Б.К. (Тверьгеофизика)

Ведущее предприятие: ДОАО «ГАЗПРОМГЕОФИЗИКА»

(г.Раменское)

Защита состоится 14 декабря 2006г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.121,07 при Российском Государственном Геологоразведочном Университете по адресу: 117873, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.23, МГТРУ, Геофизический факультет, аудитория 6-38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Геологоразведочного Университета.

Автореферат разослан 13 ноября 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор > Г.ИБоганик

3

Актуальность темы

Широкое промышленное применение импульсных нейтронных генераторов началось в конце 50-х годов прошлого столетия. Первый скважинный генератор нейтронов впервые в мире испытан в России в 1961г. Он был создан по инициативе акад. Г.Н. Флерова и проф. Ф.А. Алексеева (создателя и первого директора ВНИИЯГГ) коллективом специалистов: Б.Г. Ерозолинским, Д.Ф. Беспаловым, Ю.С. Шимелевичем, A.C. Школьниковым и многими другими.

Теоретической основой послужили фундаментальные физические исследования нестационарной диффузии Г.М. Франка, Ф.Л. Шапиро, A.B. Антонова, А.И. Исакова и др. Развитие и внедрение метода выполнено усилиями очень многих специалистов: Кантора С.А., Поляченко АЛЛетросяна Л.Г., Шимелевича Ю.С., Резванова P.A., Боголюбова Е.П., Миллера В.В., Лухминского БЛ, Басина Я.Н., Школьникова A.C., Аксельрода С.М., Путкарадзе Л.А., Еникеевой Ф.Х. Амурского А.Г., Цейтлина В.Г., Хаматдинова Р.Т., Черменского В.Г. и многих других

Теория физических полей, лежащих в основе метода импульсного нейтронного каротажа (ИНК) создана Ю.П. Булашевичем, В.Ф.Захарченко, И.Г Дядькиным, CA. Кантором, P.A. Резвановым, АЛ. Поляченко. Дальнейшему развитию метода способствовали численные модели, созданные Поляченко А.Л., и статистические модели на основе метода Монте-Карло, созданные Денисиком С. А., Резвановым P.A., Дядысиным И.Г., Лухминским Б.Е. и др. Обзор современных теоретических представлений ИНК содержится в монографии (Теория нейтронных методов, Из-во Недра, С.А Кантор, АЛ.Поляченко и др).

В дальнейшем началось бурное промышленное применение импульсного нейтронного каротажа (ИНК) в Волго-Уральском регионе, связанное с тем, что метод блестяще решал задачу определения водо-нефтяных контактов (ВНК) за колонной в условиях сильной минерализации пластовых вод. Это означало, что появился простой каротажный метод контроля процесса эксплуатации коллектора.

В 70-80гг при переходе- в Западную Сибирь внедрение метода замедлилось из-за низкой минерализации пластовых вод. Аналогичное замедление произошло и в Волго-Уральском регионе из-за сильного опреснения пластовых вод в процессе эксплуатации при закачке поверхностных вод для поддержания пластового давления. Потребовалось усложнение аппаратуры и приемов обработки и интерпретации. Обзор современных отечественных применений ИНК (главным образом, в режиме ИННК) можно найти в обзорах Теленкова В.М.(Каротажник, 2002, №84, 2005, № 123-124).

За рубежом метод также интенсивно применялся и развивался, причем зарубежная аппаратура по основным параметрам стала опережать отечественную. Основные отличия состояли в следующем: за рубежом применяли в основном модификацию ИНГК (импульсный нейтронный гамма-каротаж), тогда как у нас в стране применялась модификация ИННК (импульсный нейтрон-нейтронный каротаж). Считалось, что ИНГК

методически более богат, хотя его аппаратура более дорогая. В России применяли, в основном, низкочастотные генераторы нейтронов (до 20 Гц) и обрабатывали только пластовую компоненту сигнала, поскольку из-за перегрузок скважинная компонента сильно искажалась. Напротив того, за рубежом использовали высокочастотные генераторы нейтронов (8001000Гц) и использовали обе компоненты сигнала (СИГМА-пласта и СИГМА-скважины). За рубежом давно было осознано, что только двухкомпонентная двухзондовая обработка сигнала позволяет определить СИГМА пласта с требуемой на сегодня погрешностью (2%), используя базу обработки 1000-1250мкс. Измеренная погрешность в качестве одной из главных метрологических характеристик прибора обязательно выводится на выходные презентационные файлы (планшеты), что практически отсутствует в отечественной аппаратуре. Более того, компания Шлюмберже выпустила прибор RST с так называемым двухимпульсным режимом ИНК, что позволяет, по их утверждениям, определять СИГМА пласта с еще более высокой точностью (Нефтяное обозрение, осень 96г, стр 36).

В России же считали, что СИГМА-пласта в режиме ИННК решает все методические задачи, и для этого высокой частоты не требуется. Скважинная аппаратур3 ИНГК для производственного использования появилась недавно (АИНК-42), но генератор нейтронов остался низкочастотным.

Автор в процессе своей работы в компании «ПетроАльянс СКЛ» более 7 лет работал с генератором нейтронов PDK-100 (Baker Hughes - Baker Atlas) и другой аппаратурой, входящей в комплекс исследований открытого ствола и обсаженной скважины. В последнее время автор принимает участие в исследовании горизонтальных (вторых) стволов, причем эти материалы частично включены в работу. Им накоплен опыт каротажа и интерпретации более 30 скважин. Кроме того, автор проводил измерения и с отечественной аппаратурой (ИГН-4, ИГН-6, ИГН-7, РГН и др.).

Появилась уникальная возможность сопоставить аппаратурные и методические возможности отечественных и зарубежных приборов, а также режимов ИННК и ИНГК на различных объектах Западной Сибири, чему посвящена данная работа. Ранее такие сопоставления выполняли на очень простых расчетных моделях, не удовлетворяющих современным требованиям к точности измерений ( 1.5-2%).

Цель работы- анализ режимов измерений ИННК и ИНГК и разработка приемов интерпретации с использованием малых времен (100-300 мкс) на основе прибора PDK-100.

Основные задачи исследований

- сопоставительный анализ режимов измерений ИННК и ИНГК на основе прибора PDK-100;

- детальный анализ метрологии прибора в режимах ИННК и ИНГК на моделях Когалымского филиала компании «ПетроАльянс СКЛ» с целью установления фактических погрешностей прибора в указанных режимах;

- анализ скважинных материалов с целью поиска приемов определения нефтенасьпцености в условиях неизвестной минерализации пластовой воды;

- повышение точности вычисления текущей нефтенасыщенностя Для количественной оценки различных методов повышения нефтеотдачи;

- использование ИНК в комплексе с другими методами ГИС для поийка новых перспективных горизонтов, которые ранее по различным причинам были пропущены (например, глинистые и маломощные коллектора).

Научная новизна.

1. Впервые на единой аппаратурной основе генератора нейтронов PDK-100 выполнен сопоставительный анализ режимов измерений ИННК и ИНГК. Выявлены сравнительные достоинства и недостатки этих режимов.

2. На большом массиве модельных и скважинных измерений, полученных с помощью генератора нейтронов PDK-100, доказана перспективность использования ближней временной области (БВО) (80-300мкс) для решения различных методических задач (например, оценка насыщения за колонной).

3. Работами автора в компании «ПетроАльянс» показано, что комплексирование измерений метода С/О (аппаратура MSI) и ИНГК с высокочастотным генератором (аппаратура PDK-100) повышает надежность оценки насыщения коллектора за колонной.

Основные защищаемые результаты

1. На основе модельных и сопоставительных скважинных измерений прибором PDK-100 в режиме ИННК и ИНГК показано, что режим ИНГК, обладает рядом преимуществ перед ИННК (более высокая точность, более четкое разделение скважинкой и пластовой компонент сигнала и т.д.).

2. Накопленный автором в компании «ПетроАльянс СКЛ» опыт работы с высокочастотным генератором типа PDK-100 показывает, что данная аппаратура открывает новые методические возможности работы в ближней временной области БВО (позволяет выделять нефте- и газонасыщенные интервалы, оценивать состояние ближней зоны).

3. Автором показано, что система метрологии прибора PDK-100, которая включает калибратор 2437ХВ, программу поквантовой обработки двухзондового сигнала по двухкомпонентной схеме с определением СИГМА пласта и скважины и вычислением погрешности, набор файлов оценки качества (MSD, TTLC, GATE, SGMA), может быть рекомендована при проектировании метрологии отечественных генераторов нейтронов.

Внедрение и реализация на производстве результатов работы Автор в качестве специалиста компании «ПетроАльянс СКЛ» использует результаты работы в оперативной интерпретации результатов ГИС. Результаты метрологических исследований включены в отчеты и инструктивные документы компании.

Публикации По теме работы имеется 10 публикаций. Автор многократно выступал с сообщениями на конференциях РГГРУ.

Благодарности Автор благодарит руководство компании «ПетроАльянс СКЛ» за разрешение использовать представленные материалы в диссертационной работе. Автор благодарит кафедру ЯРМ, сврих руководителей и сотрудников компании «ПетроАльянс СКЛ» за помощь и поддержку.

£

Глава 1. Краткий Обзор современного состояния теории и методик импульсного нейтронного каротажа (ИНК).

Краткая история. В диссертации кратко описана история развития и временного применения ИНК. Отмечено, что первый скважинный :нератор нейтронов был изготовлен в СССР в 1961г. Тогда же было начато жрокое промышленное внедрение метода, чему способствовали удачные сважинные условия (высокая минерализация пластовых вод). Затем (в £0 и юбенно в 90гг) западные разработки ИНК (и другой аппаратуры ГИС) али сильно опережать аналогичную отечественную аппаратуру.

Элементы физики и теории метода. Далее в этой главе описана нзюса нестационарного замедления нейтронов, рассмотрены теоретические эедставления (А.Л.Поляченко), привлекаемые для описания ядерных полей скважинах. Они связаны с решением многогрупповых систем, гасывающих перенос нейтронов с помощью конечных разностей или »нечных элементов. Это весьма продуктивное направление, оно ввивается многими исследователями и реально описывает перенос •.йтронов.

Описано современное применение метода Монте-Карло. В настоящее емя работы по методу Монте-Карло интенсивно проводятся в компании 1етроАльянс СКЛ» (Б.Е. Лухминский, А.В. Тепляков и др.). Данный метод стоит в математическом моделировании отдельных историй частиц, чиная с момента вылета их из источника до поглощения, ухода из стемы или регистрации. Главным достоинством метода Монте-Карло дяется то, что он позволяет на уровне сегодняшнего знания физических оцессов описать предельно точно все геометрические конфигурации и ойства горной породы и скважины.

Можно сказать следующее: во всех ведущих геофизических мпаниях мира метод Монте-Карло является основным расчетным тодом, когда нужно получить комплект палеток, рассчитать показания ерных приборов в различных средах, и получить поправки. В нашей мпании метод применяется также для предварительного проектирования вого поколения аппаратуры.

В этой же главе дан обзор применений ИНК на объектах в Западной бири и отмечены трудности, сопровождающие использование :чественного варианта метода, в частности, отсутствие метрологии.

Отличительными особенностями месторождений Западной Сибири шотся полимиктовый состав коллектора, низкая минерализация иловых вод (15-30г/л), применение вод еще более низкой минерализации I поддержания пластового давления. Эти особенности создают гдпосылки низкой эффективности стандартного использования ИНК в хях контроля разработки месторождений. В начале 70-х годов работами ИИЯГТ (Басин Я.Н., Поляченко А.Л, Тюкаев Ю.В.) была показана можность выделения нефтенасыщенных пластов на качественном уровне высокопористых . неглинистых коллекторах при первоначальной иерализации пластовых вод. При этом необходимо детально знать' Иественный состав коллекторов для оценки вариаций £скл> Например, для

Самотлорского месторождения по исследованиям керна определено, что наряду с основными породообразующими элементами (Si, О, Fe, AI и т.д.) в незначительном объеме присутствуют элементы с аномальными сечениями захвата тепловых нейтронов (В, С1). Наличие их связано, в основном, с составом цемента и глинистостью пород.

На Самотлорском месторождении для неглинистых коллекторов с пористостью 20% при минерализации пластовых вод более 18 г/л удается выделять ВНК весьма надежно. С увеличением глинистости разница в показаниях между нсфтенасыщенными и водонасыщенными пластами снижается, что делает метод неэффективным. Для определения текущей нефтенасьпценности в эксплутационных скважинах с переменной минерализацией внутри единого пласта и неопределенной минерализацией пластовых вод используется комплекс С/О и ИНК.

Работы по разработке технологии использования ИННК проводились на базе ОАО «Нижневартовскнефте геофизика» исследовательскими институтами ВНИИЯГГ и ВНИИГеои нформсистем. В дальнейшем данные работы в ОАО «Нижневартовскнефтегеофизика» получили развитие под методическим руководством В.М. Теленкова. Наибольший объем таких исследований проведен на Самотлорском месторождении. Методика меченого вещества обладает большими информативными возможностями, но технологически сложна, поскольку требуется: значительные дополнительные затраты на транспортировку, подготовку и закачку в пласт меченого вещества; привлечение к геофизическим работам бригад испытания или капитального ремонта скважин; проведение многократных прецизионных измерений и т.д. Одна из модификаций метода меченого нейтронного вещества была широко использована компанией «ПетроАльянс CKJI».

Опыт работы с высокочастотным генератором PDK-100 в компании «ПетроАльянс CKJ1»

Компания «ПетроАльянс СКЛ» в течение долгого времени (с 1996г) использует для проведения ИНГК высокочастотный генератор PDK-100, разработанный компанией Baker Hughes. Это - один из лучших приборов в мире в данном классе. Исключительно важно отметить, что прибор метрологически обеспечен, т.е. имеет полевой калибратор 2437ХВ, доставляющий в район работ единицу измерений СИГМА-пласта (22.1 З.Е.). Калибратор заполнен этиленгликолем, что важно для Западной Сибири из-за низких зимних температур.

В нашей компании в различных регионах этими приборами проведено несколько сотен скважинных исследований коллекторов разной стратиграфии и в разнообразных скважинных условиях. Кроме этого в одном из комплектов аппаратуры проведена замена детекторов BGO на аналогичные по габаритам гелиевые камеры. Это позволяет сопоставить метод ИНГК и ИННК. Сопоставления их наиболее эффективно при одинаковой конструкции аппаратуры, в одних и тех же габаритах, в одних и тех же условиях измерений. Это и будет одной из основных целей нашей работы.

Аппаратура PDK-100, как уже упоминалось, является высокочастотной (1000Гц) имеет ширину окна Юмкс, правильно корректирует просчеты за мертвое время (они невелики) и корректно вычисляет СИГМА скважины. Все сказанное позволяет использовать малую временную область (100-300мкс) для решения различных методических задач. Заметим, что ни одна отечественная аппаратура ИНК такими возможностями не обладает.

Потребность в сопоставительном анализе ИННК и ИНГК

Исторически сложилось так, что в России в течение всего времени, начиная с шестидесятых годов до последних нескольких лет, в производстве применялся метод ИННК в основном с низкочастотными генераторами нейтронов. Только в самое последнее время появились приборы ИНГК (например, АИНК-42), однако они по-прежнему остаются низкочастотными.

За рубежом сразу перешли к использованию высокочастотных генераторов, и сразу же перешли к режиму использования ИНГК. Высокочастотные генераторы позволяли избавиться от больших погрешностей, связанных с перегрузкой и мертвым временем, (это основная беда отечественных генераторов нейтронов) и, кроме того, режим ИНГК создает дополнительные возможности, (например, изучать активацию). При работе в режиме ИНГК требуется учитывать фон гамма-излучения и вычитать его из показаний. В аппаратуре PDK-100 для решения этой проблемы работа генератора организована специальным образом: после серии импульсов следует пауза для измерения фона. В настоящее время, на наш взгляд, зарубежные генераторы нейтронов по основным параметрам превосходят соответствующие отечественные изделия.

Далее описано применение PDK-100 в горизонтальных скважинах (вторых стволах). Уже не один год в Западной Сибири для увеличения нефтедобычи проводят бурение вторых стволов из скважин старого фонда. Это позволяет наиболее полно и равномерно извлекать нефть из месторождения. По данным мониторинга месторождения определяется направление и длина второго ствола. Крупные компании в Западной Сибири проводят бурение вторых стволов в значительных объемах. Компания «ПетроАльянс СКЛ» оказывает полный комплекс сервисных услуг по бурению вторых стволов, в том числе и геофизические исследования. Бурение проводится меньшим диаметром, чем обычно (диаметр долота 112124мм) и на полимерных растворах с минерализацией до 100г/л. Стандартный комплекс ГИС, в связи с малым диаметром скважины, не проводится. Определение пористости, глинистости и характера насыщения осуществлялось с использованием аппаратуры PDK-100 (ИНГК) и ORL (двухзондовой БК малого диаметра собственной разработки компании). Следует отметить, что запись ПС и ЛМ одновременно с ИНГК является стандартом для западной скважинной аппаратуры, поэтому, используя термин ИНГК, автоматически предполагается, что данные ПС и ЛМ также присутствуют.

Таким образом, в компании «ПетроАльянс СКЛ» накоплен большой опыт использования уникальной аппаратуры ИНГК (высокочастотный

в

генератор PDK-100 диаметром 43мм), аналог которой до настоящего времени в России отсутствует. В частности, из практического опыта автора в компании «ПетроАльянс СКЛ», основанного на каротаже и обработке ИНК более чем в 30 скважинах, представляет значительный интерес методическое использование ближней временной области (80-300 мкс) для решения широкого круга задач.

Представляет значительный интерес анализ методических возможностей ИННК и ИНГК на единой аппаратурной базе PDK-100. Ранее такая возможность сравнения отсутствовала, поскольку эта режимы были реализованы в различных приборах, не допускающих корректного сравнения.

Глава 2. Метрологические, исследования на Когалымском полигоне.

Аппаратура PDK-100 обеспечена сертифицированным калибровочным устройством 2437ХВ, которое позволяет проводить поверочные и метрологические работы с аппаратурой как стационарных, так и нестационарных методов радиоактивного каротажа. Само устройство представляет собой горизонтальную цилиндрическую емкость, заполненную этиленгликолем. В центр емкости помещена труба из циркония, внутрь нее (помимо прибора) можно помещать различного диаметра цилиндры из капрона (капролактама), обеспечивающие изменение эквивалентного водородосодержания в широком диапазоне от 2.7 до 74% для калибровки приборов ННК (6 точек). Эти точки получены сопоставлением измерений в калибраторе с измерениями на Хьюстонских моделях Американского Нефтяного Института (API), которые являются стандартом отрасли и Общества инженеров-нефтяников (SPE). С этого момента калибратор является носителем меры карбонатной пористости коллектора в открытом стволе диаметром 200мм и является калибровочным стандартом компании Бейкер Хьюз-Бейкер Атлас. Такие фирменные калибраторы 2437ХВ присутствуют в различных регионах России и позволяют калибровать семейство приборов нейтронного каротажа в единицах пористости API. Кроме того, в этом устройстве можно калибровать приборы ИНК и приборы СО-каротажа.

Заметим, что подобные устройства для отечественных генераторов пока отсутствуют, и методы ИНК и СО-каротажа метрологически не обеспечены.

Существует еще одна особенность нейтронной метрологии, которую следует отметить. Стандартные Раменские модели и Хьюстонские модели никогда не сопоставлялись напрямую, т.е. в Раменских моделях не проводили измерения американскими приборами, а в Хьюстоне не проводили измерения отечественными приборами (хотя такая возможность существует). Такое сопоставление было сделано косвенно, через компьютерные модели КоМоД. Они позволили воспроизвести калибровочную зависимость в 2437ХЬ, которая, как мы знаем, воспроизводит карбонатную пористость в открытом стволе. Затем с

АО

помощью той же расчетной модели воспроизведены показания нейтронного прибора ОМ 2345ХА в Раменских моделях Результаты показали хорошую сходимость, как видно из рис 1.

VaMation and vermcacton of computer models for neutron tool 2435CN

Porosay.% Ж КоМоД -Л-2437ХА ♦ Рам

Pttcl Сопоставление Раменских и Хьюстонских моделей карбонатной пористости с использованием калибратора и компьютерных моделей

На полигоне в г. Когалыме проведены модельные измерения с PDK-100, и с СО (аппаратура MSI), с нейтронным прибором CN 2435ХА, с автономными приборами 2ННК и ЗННК, для того чтобы снять более полный набор параметров модели и калибратора. Кроме того, точечные измерения всех величин позволяют изучить статистические распределения всех измеряемых параметров и получить обоснованные суждения о стандартных погрешностях. Например, если распределение отличаются от нормального (об этом мы судим по 1-4 моментам), то доверительная вероятность для стандартных отклонений уменьшается.

По определению, метрология это наука о правильности и единстве геофизических измерений. Это означает, что все приборы данного типа, например ИНГК, должны давать идентичные показания (в пределах предписанных погрешностей) и должны показывать требуемую зависимость от измеряемого параметра (градуировочный график). Для аппаратуры PDK-100 основной (но не единственной) измеряемой величиной является макросечение захвата СИГМА (измеряемое в захватных единицах З.Е.=10"3 см"1). Следует заметить, что за рубежом параметр СИГМА давно уже стал общепринятой физической единицей, поскольку он линейно зависит от пористости и макросечения захвата компонентов породы.

Следует заметить также, что генератор PDK-100 помимо калибратора имеет важный метрологический набор параметров качества, которые -выводятся в презентационном файле: среднеквадратичная погрешность оценки СИГМА MSD, стабильность работы прибора GATE, TTLC и т.д. ,

По инициативе В.П.Стенина (вице-президента компании «ПетроАльянс СКЛ») проведено развернутое сопоставление методических возможностей ИННК и ИНГК на этой современной аппаратуре. Но эти сопоставления имеет смысл сделать на одном и том же комплекте аппаратуры, в одних и тех же габарита», в одни и тех же условиях измерений. Это и будет одной из основных целей нашей работы.

Сопоставления выполнены путем замены в данном приборе детекторов ВОО на аналогичные по габаритам гелиевые камеры (Не 3 под давлением 10 атм). Таким образом, сопоставление было вполне корректным. В отечественной практике такие детекторы пока не используются. После серии калибровочных и модельных измерений аппаратура РОК-100 (в режиме ИНГК и ИННК) была использована для измерений в скважинах

Аппаратура РБК-100, как уже упоминалось, является высокочастотной (1000Гц) имеет ширину окна Юмкс, правильно корректирует просчеты за мертвое время (они невелики) и корректно вычисляет СИГМА скважины и пласта. Все сказанное позволяет использовать малую временную область (100-300мкс) д ля решения различных методических задач. Заметим, что ни одна отечественная аппаратура такими возможностями не обладает.

Параметр СИГМА (8СМА) пласта вычисляется встроенной программой по совокупности показаний на двух зондах с использованием двухкомпонентного разложения и внесения диффузионных и иных поправок.

Измерения на полигоне в г.Когалым

Вид измерений БСМА мвБ

ИНГК в нефти 14.65 0.12

ИНГК в воде 13.66 0.13

ИННК в нефти 15.01 0.30

ИННК в воде 13.43 0.26

Параметр МвБ есть среднеквадратичная погрешность (в З.Е.), вычисляемая на каждом кванте (что не является простым делом). Дня ИНГК она нормируется паспортными данными (0.2 З.Е., а фактически меньше!). Для ИННК она получена впервые. Рост погрешности связан с тем, что скорость счета в режиме ИННК примерно на порядок ниже. Таким образом, РОК-100 проводит измерения с погрешностью 1.5-2%, что является хорошим метрологическим показателем.

Сопоставление режимов ИННК и ИНГК на моделях приводит к следующим важным выводам: Режим ИНГК обеспечивает более высокую скорость счета (примерно на порядок) при использовании ВОО детекторов против гелиевых камер аналогичных размеров. Это обеспечивает снижение погрешности измерений до обозначенных выше величин. Кристаллы ВОО имеют мертвое время примерно I мкс против 2 мкс д ля гелиевых камер. Это обеспечивает более точную коррекцию просчетов. При работе по методу

ИННК не требует коррекции фона, а режим ИНГК требует коррекции фона на каждом кванте глубины (поскольку меняется естественный и активационный фон).

Конфигурация нестационарных кривых ИНГК обеспечивает более четкое разделение пластовой и скважинной компоненты. Это позволяет использовать в методических целях ближнюю временную область (БВО).

Динамический диапазон оценки СИГМА при ИННК шире, чем при ИНГК (от 13 до15 З.Е. против 13-14 З.Е.).

Среднеквадратичные погрешности измерений СИГМА (MSD) составляют для ИННК - 0.3 З.Е. и ИНГК -0.2 З.Е. (из-за различий в скорости счета). Такой уровень погрешностей ИНГК позволяет надежно разделять водо- и нефтенасыщенные интервалы при минерализации пластовых вод 15-30г/л NaCl.

Измерения в водонасыщенной и нефтенасыщенной частях поверочной модели показали возможность метода ИНГК различать воду и нефть с использованием ближней временной области (БВО). В дальнейшем автор интенсивно применял этот прием для обработки скважинных измерений.

Семейство метрологических и поверочных файлов аппаратуры PDK-100 является надежным инструментом контроля стабильности аппаратуры (MSD, TTLC, GATE, SGMA, etc). Следует рекомендовать такой набор и для отечественной аппаратуры.

Для оценки нейтронных параметров когалымских моделей автором выполнены измерения тремя различными приборами ННК (два различных CN2435 и автономный прибор компании «ПетроАльянс СКЛ»). Надежно установлена неидентичность водонасыщенной и нефтенасыщенной частей модели по нейтронным свойствам. Это означает, что данную модель можно использовать только как средство калибровки нейтронных приборов (оценка постоянства показаний) и нельзя использовать как средство градуировки.

Глава 3. Использование аппаратуры PDK-100 для поиска продуктивных коллекторов в условиях Западной Сибири.

В данной главе рассматривается использование стандартной методики и других возможностей аппаратуры PDK-100 дня решения основной задачи ИНК — выделение продуктивных коллекторов в неперфорированных интервалах обсаженных скважин. На конкретных примерах представлено применение стандартной методики обработки ИНГК для вычисления коэффициента нефтснасыщенности. Показано, что в случае чистых коллекторов определение коэффициента нефтенасьпценности современной аппаратурой осуществляется весьма надежно.

Стандартная обработка данных импульсного каротажа широко ' известна, в основе ее лежит уравнение, преобразованное для расчета К„: к„=((1- К -кГлУ1„ + к™ + кп -I» - 1ым)/(кп-(1. - !„))

где кд - коэффициент пористости, кгЛ - коэффициент глинистости; макроскопические сечения поглощения нейтронов измеренное в скважине, Бз» Егл, Цнефти, - сечения скелета породы, глины, нефти и пластовой воды. Стандартная методика хорошо работает в условиях средне и сильно минерализованных пластовых вод (Рис. 2). Для наглядности кроме К№ рассчитаны значения макроскопического сечения в случае полного заполнения пор газоконденсатом (80МА_р(кчет1фОдугг) и водой (8СМА_расчст_вода)'

1 SGMA ... SGMA расчет вода — SGMA расчет продукт -Кп -Кп'Кнг

Рис2 Пример расчета Кш по данным РОК-100 в условиях высокой минерализации пластовой воды.

Разность сечений в продуктивном и водонасыщенном коллекторе 10 З.Е. и более, в случае воды низкой минерализации эта разность уменьшается на порядок. Для глинистых коллекторов и присутствия воды нагнетания в Западной Сибири использование стандартной методики для обработки ИНК дает очень большую ошибку вычисления К„. В этих случаях требуется использование метода С/О, а метод ИНК служит вспомогательным методом. Следует отметить, что в отечественной практике комплексирование С/О и ИНПС было начато компанией «ПетроАльянс СКЛ» несколько лет назад. В настоящее время такое комплексирование в различных вариантах применяется в Тверьгеофизике и Нефтегазгеофизике с использованием отечественной низкочастотной аппаратуры АИНК-42, 43. Пример комплексирования СО и ИНГК представлен на рис. 3. Первый замер проведен в комплексе с С/О, расчет Кн по данным ИНГК оказался весьма надежным, что позволило повторный замер через четыре года сделать без метода С/О. По временным замерам ИНГК видно снижение Кн, в результате работы соседних скважин.

Контроль за оОвоцнением цди иомппен^фОвЕДииТУСТИЯТГ"

РТА 1987-1998

нефть

РГА1998-2002

Рис 3. Пример комплексировашя СО и ИНПС с использованием разновременных наблюдений и данных открытого ствола.

/5Г

В зарубежной практике весьма широко используется метод двух временных окон короткого зонда. Данный метод, как правило, используется для пластовой воды высокой и средней степени минерализации. Сравнив показания в водонасыщенном и продуктивном пласте, для условий Западной Сибири были выбраны другие временные окна (рис.4). Из данного рисунка видно, что для выделения нефтенасыщенных интервалов более эффективно использовать именно их.

' ...................

Нпдророшпыедижыейш К, —— СКВАЖИНА.» ,щч и ни »«м»^

обавпи оппп "•♦"•>

В|ОЩШ

Рис 4 Пример расчета параметра ИА по данным ИНГК (открытый ствол -продуктивный коллектор)

В юрских отложениях выполнены измерения прибором РБК-МО сначала в режиме ИНГК затем в режиме ИННК. Эти уникальные измерения, позволяют сравнить оба метода в наиболее чистом виде. На первом этапе было проведено сравнение по методике двух окон короткого зонда (рис. 5). Результаты показали, что метод двух окон короткого зонда работает как при регистрации гамма квантов, так и нейтронов. Таким образом, физика здесь одна и та же, и, вероятнее всего, основана на отсутствии хлора в нефти, то есть чем меньше минерализация пластовой воды, тем меньше она будет отличаться от нефти по данному эффекту.

Для проверки информативности ближней временной области для разделения нефти и воды были использованы пласты с идентичными коллекторскими свойствами, но разными по характеру насыщения. Анализ пластовых данных подтвердил полученные результаты модельных работ. Для производственного режима работа с пластами не технологична, в связи с этим был проведен определенный объем работ по подбору эмпирического параметра для более удобного использования ближней временной области.

Рис 5 Совместное проведение измерений в режимах ИННК и ИНГК (PDK-100) на одной и той же скважине и обработка их по методу двух окон короткого зонда.

Для этого в первую очередь было использовано теоретическое описание регистрируемой информации ИНГК и ИННК суммой двух экспонент — ближней (near) и дальней (far). Даже использование не самого совершенного алгоритма вычисления декремента и амплитуды этих экспонент оказалось весьма успешным. На рис. 6 представлен зарегистрированный сигнал и его аппроксимация суммой двух экспонент. При этом сам сигнал нормируется на максимальный счет и сумма амплитуд экспонент не может быть больше единицы. В результате эмпирического поиска, проведенного автором, для отображения эффекта ближней временной области наиболее удобным оказалась разность от вычитания из единицы амплитуд ближней и дальней экспоненты. Данному параметру было дано обозначение DA.

При его использовании оказалось, что наиболее надежно он вычисляется по данным короткого зонда и чем более плотная порода, тем он

/У

меньше. С его помощью удается выделять нефтенасыщенные интервалы не только в обсаженных скважинах, но и в открытом стволе при малой зоне проникновения фильтрата бурового раствора.

500 600 700 800 900 1000 Время, мкс

Рис б Аппроксимация данных ИНГК суммой двух экспонент для расчета параметра £>Л.

На рис. 7 приведен расчет параметра ОА для условий открытого ствола по данным ИНГК и ИННК. Из рисунка видно, что на данных ИННК в продуктивном коллекторе и плотном пласте никакого эффекта не наблюдается. Это говорит, о том, что физика здесь различна. Поскольку за исключением датчиков регистрации все остальные условия идентичны, то однозначно можно сказать, что эффект ближней временной области связан с распространением гамма квантов. На их распространение главным образом влияет плотность, а поскольку разность по плотности между водой и нефтью довольно существенна, то получается возможность выделения продуктивных пластов по плотностному эффекту.

Следует отметить, что сопоставление данных ИННК и ИНГК на единой аппаратурной базе позволило увидеть достоинства и недостатки каждого из этих методов. По мнению автора, возможность одновременно регистрировать и нейтроны и гамма излучение не только позволит соединить достоинства каждого из этих методов, но позволяет перейти на качественно новый уровень в развитии импульсного нейтронного каротажа.

В этой главе приведено много примеров обработки и интерпретации данных импульсного каротажа с помощью как стандартных принятых в ПетроАльянсе, так и нестандартных приемов, предложенных автором.

15 20

18

ИНГК (ТОК-190) 5СМА.з.е.

25 30 35

ВННК(Р1Ж-100)

—— <

1

\ ■ *

к < *-> ч.

> < \ г

< у 1 ■

/

0.12 0.17 СД2 йЗ* 0.42 0.47 052

-ЯСМА -РА

7 Пример расчета параметра ОА по данным измерений в режимах ИННК и ИНГК на одной и той же скважине (>открытый ствол, продуктивный коллектор)

Заключение

На основе модельных измерений с аппаратурой PDK-100 и MSI_CO установлено следующее:

1. Среднеквадратичные погрешности измерений СИГМА (MSD) составляют для ИННК - 0.3 З.Е. и ИНГК - 0.2 З.Е. (с доверительной вероятностью 85%). Такой уровень погрешностей ИНГК позволяет надежно разделять водо- и нефтенасыщенные интервалы при минерализации пластовых вод 15-30г/л NaCl.

2. Динамический диапазон оценки СИГМА при ИННК шире, чем при ИНГК, Режим ИНГК обеспечивает более высокую скорость счета, что снижает погрешности измерений до обозначенных выше величин. Метод ИННК не требует коррекции фона, а ИНГК требует коррекции фона на каждом кванте глубины. Конфигурация нестационарных кривых ИНГК обеспечивает более четкое разделение пластовой и скважинной компоненты. Это позволяет использовать в методических целях ближнюю временную область (БВО).

3. Система метрологии прибора PDK-100, которая включает калибратор 2437ХВ, программу по квантовой обработки двухзондового сигнала по двухкомпонентной схеме с определением СИГМА пласта и скважины и вычислением погрешности, набор файлов оценки качества (MSD, TTLC, GATE, SGMA, etc) может быть взята за основу при проектировании метрологии отечественных генераторов нейтронов.

4. Тремя различными приборами ННК надежно установлена неидентичность водонасыщенной и нефтенасыщенной частей модели на полигоне г.Когалым по нейтронным свойствам. Это означает, что данную модель можно использовать только как средство поверки нейтронных приборов (оценка постоянства показаний) и нельзя использовать как средство метрологии.

На основе анализа большого объема скважннных измерений в

Когалымском регионе выполнено следующее:

5. Автор подобрал эмпирический параметр DA (разность начальных амплитуд), который позволяет на полуколичественном уровне выделять продуктивные интервалы в условиях месторождений Западной Сибири при использовании аппаратуры PDK-100, При использовании метода двух временных окон короткого зонда можно разделять продуктивные и водонасыхценные коллектора по методам ИННК и ИНГК в условиях низкой минерализации пластовых вод.

6. В условиях Западной Сибири при использовании стандартной методики обработки данных ИНГК для чистых,коллекторов, отсутствии нагнетаемой воды и известных с достаточной точностью Енвф™, К„ вычисление коэффициента нефтенасыщенности осуществляется с такой же точностью, как и методом С/О. Для глинистых коллекторов (Кгя>5%) применение стандартной методики не позволяет надежно определить коэффициент нефтенасыщенности.

2о

7. Метод ИНГК позволяет при благоприятных обстоятельствах определять перетоки воды и нефти по заколонному пространству.

8. Автор показал возможность с помощью ИНГК выделять маломощные коллектора в обсаженных скважинах (1-1.5м), ранее пропущенные при эксплуатации, которые могут быть дополнительным источником прироста запасов.

Публикации автора:

1. Ракитин М.В. В порядке обсуждения проекта Концепции технической инструкции проведения геофизических работ // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 1997. Вып. 39 стр. 33-35

2. Ракитин М.В. Внедрение в производство цифровой технологии ГТИ// НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 1998. Вып. 69 стр. 37-41

3. Ракитин М.В. Внедрение в производство цифровых технологий ГИС и ГШ/ НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 1999. Вып. 81 стр. 35-40

4. Горбунов А.Н., Ракитин М.В., Сиговатов A.A. Внедрение цифровых технологий ГИС с целью совершенствования производственного процесса. Сборник научных трудов «Разведка и освоение нефтяных и газоконденсатных месторождений», АНИПИГАЗ, г. Астрахань, 2001г. стр. 52-56.

5. A.A. Чередниченко. Б.Е. Лухминский, М.В. Ракитин, Д.В. Цымбал Сравнительный анализ эффективности применения ИННК и ИНГК на единой аппаратурной основе прибора PDK-100 // Геофизический вестник, М, Изд. ПЕРС 2005. Вып. 9 стр.17-21

6. Ракитин М.В. Опыт использования импульсного нейтронного каротажа в различных модификациях на месторождениях Западной Сибири, Доклад на VII международной конференции «Новые идеи в науке о Земле», М., Изд-во РГТРУ, 2005г, стр. 21

7. Ракитин М.В. Цымбал Д.В. Сопоставительный анализ применения ИННК и ИНГК с помощью компьютерного моделирования Монте-Карло, там же, стр22

8. Лухминский Б.Е., Ракитин М.В. Цымбал Д.В. Компьютерное моделирование Монте-Карло для методов ИНГК и ИННК. Геофизический вестник, 10,2002г стр 9-13.

9. ЕсюнинД.В. Ракитин MB. Обработка и интерпретация скважинных материалов ИННК программой СИГМА_Д. Молодые-наукам о Земле, труды конференции РГТРУ, 2006г стр. 153

10. Есюнин Д.В., Лухминский Б.Е., Ракитин М.В., Тепляков A.B. Развитие семейства компьютерных моделей Монте-Карло для решения новых ядерно-геофизических задач Конференция ЯГО в г Октябрьский, 3-6 октября 2006

Подпись автора —^aJO-p* ^

Подписано в печать 8. «.2006 г. Объем Я.О п.л. Тираж 100 экз. Заказ №?Ч

Редакционно-издательский отдел РГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ракитин, Михаил Владиславович

Введение

Глава 1. Краткий обзор современного состояния теории и методик импульсного нейтронного каротажа (ИНК)

1.1- Элементы физики ИНК

1.2 - Описание полей нейтронов и гамма - квантов при ИНК

1.3. - Потребность в сопоставительном анализе ИННК и ИНГК

1.4. - Общий обзор методов ИНК, используемых в Западной Сибири

1.5. - Использование аппаратуры PDK-100 в Западной Сибири

1.6 - Использование аппаратуры ИННК в Западной Сибири

1.7 - Перспективы развития ИНК в России и за рубежом 30 Выводы к главе

Глава 2. Метрологические исследования ИННК и ИНГК аппаратуры PDK

2.1. - Краткое описание аппаратуры PDK

2.2. - Метрологические работы с аппаратурой PDKв калибровочном устройстве и когалымской модели

2.2.1 - Краткая характеристика алгоритмов для вычисления макроскопического сечения захвата

2.2.2 - Вычисления при имитации точечных замеров

2.2.3 - Оценка погрешностей расчета СИГМА при имитации каротажа

2.3. - Дополнительный анализ когалымской модели по данным стационарных методов РК

2.4. Анализ данных ИНГК в области малых времен 58 Выводы к главе

Глава 3. Использование аппаратуры PDK-100 для поиска продуктивных коллекторов в условиях Западной Сибири

3.1. - Стандартная методика обработки ИНГК

3.2. - Использование скоростей счета ближней временной области ИНК

3.3. - Использование ИНГК для выделения нефтенасыщенных коллекторов по плотностному эффекту

Выводы к главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Усовершенствование интерпретации данных импульсного нейтронного каротажа с аппаратурой PDK-100 в условиях терригенного разреза Западной Сибири"

Актуальность темы.

Широкое промышленное применение импульсных нейтронных генераторов началось в конце 50-х годов прошлого столетия. Первый скважинный генератор нейтронов впервые в мире испытан в России в 1961г. Он был создан по инициативе акад. Г.Н. Флерова и проф. Ф.А. Алексеева (создателя и первого директора ВНИИЯГГ) коллективом специалистов: Б.Г. Ерозолинским, Д.Ф. Беспаловым, Ю.С. Шимелевичем, А.С. Школьниковым и многими другими.

Теоретической основой послужили фундаментальные физические исследования нестационарной диффузии Г.М. Франка, Ф.Л. Шапиро, А.В. Антонова, А.И. Исакова и др. Развитие и внедрение метода выполнено усилиями очень многих специалистов: Кантора С.А., Поляченко АЛ.Петросяна Л.Г., Шимелевича Ю.С., Резванова Р.А., Боголюбова Е.П., Миллера В.В., Лухминского Б.Е., Басина Я.Н., Школьникова А.С., Аксельрода С.М., Путкарадзе Л.А., Еникеевой Ф.Х. Амурского А.Г., Цейтлина В.Г., Хаматдинова Р.Т., Черменского В.Г. и многих других.

Теория физических полей, лежащих в основе метода импульсного нейтронного каротажа (ИНК) создана Ю.П. Булашевичем, В.Ф.Захарченко, И.Г Дядькиным, С.А. Кантором, Р.А. Резвановым, А.Л. Поляченко. Дальнейшему развитию метода способствовали численные модели, созданные Поляченко А.Л., и статистические модели на основе метода Монте-Карло, созданные Денисиком С. А., Резвановым Р.А., 'Дядькиным И.Г., Лухминским Б.Е. и др. Обзор современных теоретических представлений ИНК содержится в монографии (Теория нейтронных методов, Из-во Недра, С.А Кантор, А.Л.Поляченко и др).

В дальнейшем началось бурное промышленное применение импульсного нейтронного каротажа (ИНК) в Волго-Уральском регионе, связанное с тем, что метод блестяще решал задачу определения водо-нефтяных контактов (ВНК) за колонной в условиях сильной минерализации пластовых вод. Это означало, что появился простой каротажный метод контроля процесса эксплуатации коллектора.

В 70-80гг при переходе в Западную Сибирь внедрение метода замедлилось из-за низкой минерализации пластовых вод. Аналогичное замедление произошло и в Волго-Уральском регионе из-за сильного опреснения пластовых вод в процессе эксплуатации при закачке поверхностных вод для поддержания пластового давления. Потребовалось усложнение аппаратуры и приемов обработки и интерпретации. Обзор современных отечественных применений ИНК (главным образом, в режиме ИННК) можно найти в обзорах Теленкова В.М.(Каротажник, 2002, №84, 2005, № 123-124).

За рубежом метод также интенсивно применялся и развивался, причем зарубежная аппаратура по основным параметрам стала опережать отечественную. Основные отличия состояли в следующем: за рубежом применяли в основном модификацию ИНГК (импульсный нейтронный гамма-каротаж), тогда как у нас в стране применялась модификация ИННК (импульсный нейтрон-нейтронный каротаж). Считалось, что ИНГК методически более богат, хотя его аппаратура более дорогая. В России применяли, в основном, низкочастотные генераторы нейтронов (до 20 Гц) и обрабатывали только пластовую компоненту сигнала, поскольку из-за перегрузок скважинная компонента сильно искажалась. Напротив того, за рубежом использовали высокочастотные генераторы нейтронов (800-1000Гц) и использовали обе компоненты сигнала (СИГМА-пласта и СИГМА-скважины). За рубежом давно было осознано, что только двухкомпонентная двухзондовая обработка сигнала позволяет определить СИГМА пласта с требуемой на сегодня погрешностью (2%), используя базу обработки 1000-1250мкс. Измеренная погрешность в качестве одной из главных метрологических характеристик прибора обязательно выводится на выходные презентационные файлы (планшеты), что практически отсутствует в отечественной аппаратуре. Более того, компания Шлюмберже выпустила прибор RST с так называемым двухимпульсным режимом ИНК, что позволяет, по их утверждениям, определять СИГМА пласта с еще более высокой точностью (Нефтяное обозрение, осень 96г, стр 36).

В России же считали, что СИГМА-пласта в режиме ИННК решает все методические задачи, и для этого высокой частоты не требуется. Скважинная аппаратура ИНГК для производственного использования появилась недавно (АИНК-42), но генератор нейтронов остался низко-частотным.

Автор в процессе своей работы в компании «ПетроАльянс CKJI» более 7 лет работал с генератором нейтронов PDK-100 (Baker Hughes - Baker Atlas) и другой аппаратурой, входящей в комплекс исследований открытого ствола и обсаженной скважины. В последнее время автор принимает участие в исследовании горизонтальных (вторых) стволов, причем эти материалы частично включены в работу. Им накоплен опыт каротажа и интерпретации более 30 скважин. Кроме того, автор проводил измерения и с отечественной аппаратурой (ИГН-4, ИГН-6, ИГН-7, РГН и др.).

Появилась уникальная возможность сопоставить аппаратурные и методические возможности отечественных и зарубежных приборов, а также режимов ИННК и ИНГК на различных объектах Западной Сибири, чему посвящена данная работа. Ранее такие сопоставления выполняли на очень простых расчетных моделях, не удовлетворяющих современным требованиям к точности измерений (1.5-2%).

Цель работы - анализ режимов измерений ИННК и ИНГК и разработка приемов интерпретации с использованием малых времен (100-300 мкс) на основе прибора PDK-100.

Основные задачи исследований: сопоставительный анализ режимов измерений ИННК и ИНГК на основе прибора PDK-100; детальный анализ метрологии прибора в режимах ИННК и ИНГК на моделях Когалымского филиала компании «ПетроАльянс СКЛ» с целью установления фактических погрешностей прибора в указанных режимах; анализ скважинных материалов с целью поиска приемов определения нефтенасыщености в условиях неизвестной минерализации пластовой воды; повышение точности вычисления текущей нефтенасыщенности для количественной оценки различных методов повышения нефтеотдачи; использование ИНК в комплексе с другими методами ГИС для поиска новых перспективных горизонтов, которые ранее по различным причинам были пропущены (например, глинистые и маломощные коллектора).

Научная новизна.

1. Впервые на единой аппаратурной основе генератора нейтронов PDK-100 выполнен сопоставительный анализ режимов измерений ИННК и ИНГК. Выявлены сравнительные достоинства и недостатки этих режимов.

2. На большом массиве модельных и скважинных измерений, полученных с помощью генератора нейтронов PDK-100, доказана перспективность использования ближней временной области (БВО) (80-300мкс) для решения различных методических задач (например, оценка насыщения за колонной).

3. Работами компании «ПетроАльянс СКЛ» начиная с 1998г показано, что комплексирование измерений метода С/О (аппаратура MSI) и ИНГК с высокочастотным генератором (аппаратура PDK-100) повышает надежность оценки насыщения коллектора за колонной.

Основные защищаемые результаты.

1. - На основе модельных и сопоставительных скважинных измерений прибором PDK-100 в режиме ИННК и ИНГК показано, что режим ИНГК, обладает рядом преимуществ перед ИННК (более высокая точность, более четкое разделение скважиниой и пластовой компонент сигнала и т.д.).

2. - Накопленный автором в компании «ПетроАльянс СКЛ» опыт работы с высокочастотным генератором типа PDK-100 показывает, что данная аппаратура открывает новые методические возможности работы в ближней временной области БВО (позволяет выделять нефте- и газонасыщенные интервалы, оценивать состояние ближней зоны).

3. - Автором показано, что система метрологии прибора PDK-100, которая включает калибратор 2437ХВ, программу поквантовой обработки двухзондового сигнала по двухкомпонентной схеме с определением СИГМА пласта и скважины и вычислением погрешности, набор файлов оценки качества (MSD, TTLC, GATE, SGMA), может быть рекомендована при проектировании метрологии отечественных генераторов нейтронов.

ВВЕДЕНИЕ

Широкое промышленное применение импульсных нейтронных генераторов началось в конце 50-х годов прошлого столетия. Это было обусловлено большим вниманием к научно-исследовательским работам в области ядерной геофизики со стороны виднейших ученых страны и огромными темпами разработки крупнейших нефтяных месторождений СССР. Использование генератора нейтронов позволило эффективно решить вопрос контроля за разработкой месторождений. Один из первых макетов импульсного генератора нейтронов был опробован в 1959году. Он разрабатывался Г.Н. Флеровым, Ф.А. Алексеевым, Б.Г. Ерозолинским, Д.Ф. Беспаловым, Ю.С. Шимелевичем, А.С. Школьниковым. Научные работы Ю.П. Булашевеча, С.А. Кантора, Р.А. Резванова, А.Л. Поляченко, Д.А. Кожевникова [1-3] и многих других создали фундамент для успешного использования аппаратуры импульсного генератора нейтронов в производстве. В развитии теории и методик использования импульсной аппаратуры участвовала большая группа научных организаций - ВНИИЯГГ, ВНИИГИС, ВНИИНЕФТЕПРОМГеофизика, НВНИИГГ, АЗВНИИГеофизика и много других.

Почти за полвека своего развития было разработано большое количество геофизической аппаратуры на базе импульсных генераторов нейтронов. В конце 80-х и начале 90-х годов Россия оказалась в тяжелом экономическом и политическом кризисе. Это привело к тому, что в области импульсных генераторов нейтронов в нашей стране произошло отставание от мирового уровня. К настоящему времени это отставание значительно сократилось, а в некоторых областях наша страна выходит вперед. В производстве накоплен большой опыт использования методов импульсных генераторов нейтронов для решения широкого круга задач в различных геолого-технологических условиях. В XXI веке продолжаются работы по созданию новой аппаратуры с использованием импульсного генератора нейтронов как у нас в стране, так и за рубежом.

Исторически сложилось так, что уже более 40 лет в нашей стране развивается и используется метод ИННК, а за рубежом ИНГК. В компании «ПетроАльянс» накоплен уникальный опыт использования метода ИНГК с аппаратурой PDK-100 фирмы Western Atlas. В Западной Сибири за пять лет было проведено более 400 каротажных исследований. Они проводились в открытом стволе и в обсаженных скважинах. Основной объем работ открытого ствола приходится на исследования при бурении вторых стволов. В обсаженных скважинах главным образом решалась задача выделения нефтенасыщенных интервалов. Кроме Западной Сибири аппаратура PDK-100 широко использовалась и в других нефтегазоносных провинциях России.

Аппаратура PDK-100 была разработана и внедрена в производство в начале 80-х годов, выдержала несколько модификаций. Фирмой производителем были проведены усовершенствования данной аппаратуры, что позволило соответствовать ей современному уровню. Для проведения работ в режиме ИННК в одном из комплектов, по инициативе главного геолога компании «ПетроАльянс» Стенина В.П., детекторы гамма излучения, были заменены счетчиками тепловых нейтронов. Это позволило получить уникальную возможность сравнить ИННК и ИНГК на единой аппаратурной базе мирового уровня.

Нефтяные месторождения, находящиеся на средней и поздней стадии разработки характеризуются большой выработкой разведанных коллекторов, прорывами закачиваемой воды и неконтролируемым изменением минерализации и химического состава пластовых вод в процессе разработки нефтяных объектов. Таким образом, на повестку дня для исследований в обсаженных скважинах методами импульсных генераторов нейтронов ставятся следующие задачи:

- определение нефтенасыщености в условиях неизвестной минерализации пластовой воды;

- поиск продуктивных коллекторов, которые на этапе разведки не разведывались (глинистые и маломощные коллектора).

- повышение точности вычисления коэффициента нефтенасыщенности для количественной оценки различных методов интенсификации добычи.

Современный технический и методический уровень использования ИННК и ИНГК открывает большие перспективы для решения этих задач.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Ракитин, Михаил Владиславович

ВЫВОДЫ:

Выполненный анализ скважинных исследований, проведенных аппаратурой PDK-100 в модификациях ИНГК и ИННК, позволяет сделать следующие выводы:

- В условиях Западной Сибири при использовании стандартной методики обработки данных ИНГК в условиях чистых коллекторов, отсутствия нагнетаемой воды и известных с достаточной точностью Z-водьи Z-нефти? ^песчаника» Кп вычисление коэффициента нефтенасыщенности осуществляется с такой же точностью, как и методом С/О.

- В условиях глинистых коллекторов (Кгл>5%) даже при отсутствии воды нагнетания использование стандартной методики не позволяет надежно определить коэффициент нефтенасыщенности, в связи с недостаточной точностью расчета Кгл. По литературным данным при использовании метода ИННК в глинистых коллекторах также не удается вычислить коэффициент нефтенасыщенности.

- В условиях присутствия воды нагнетания использование стандартной методики не позволяет вычислить коэффициент нефтенасыщенности по ограничению самого метода.

- При интерпретации следует учитывать возможность перетока воды или нефти по заколонному пространству. В случае поступления воды в продуктивный пласт, Кн может быть значительно занижено, а при поступлении нефти в водонасыщенный пласт Кн может быть значительно завышено.

- При использовании метода двух временных окон короткого зонда можно разделять продуктивные и водонасыщенные коллектора по методам ИННК и ИНГК в условиях низкой минерализации пластовых вод. Ограничением использования скоростей счета является субъективный характер нормирования. Кроме этого, при наличии воды нагнетания эффективность данного метода может быть сведена к нулю.

- На материалах скважинных исследований, так же как и на модельных исследованиях, показано, что современный уровень аппаратуры ИНК позволяет фиксировать разный характер вычисления водородосодержания методами ИННК и ИНГК.

- Теоретическое положение о двух экспонентном описании спада ИНК позволило подобрать эмпирический параметр DA, который на основе разной плотности воды и нефти позволяет на полуколичественном уровне выделять продуктивные интервалы в условиях месторождений Западной Сибири при использовании аппаратуры PDK-100. Основным отличием ее от отечественной аппаратуры является использование высокочастотного генератора нейтронов, что позволяет точнее регистрировать данные ИНК в области малых времен. Возможность проведения методов ИННК и ИНГК на единой аппаратурной базе PDK-100 позволила на практическом уровне оценить достоинства и недостатки каждого из этих методов, а также показала дополнительные возможности для изучения маломощных коллекторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе модельных измерений с аппаратурой PDK-100 и MSICO установлено следующее:

1. Среднеквадратичные погрешности измерений СИГМА (MSD) составляют для ИННК - 0.3 З.Е. и ИНГК - 0.2 З.Е. (с доверительной вероятностью 85%). Такой уровень погрешностей ИНГК позволяет надежно разделять водо- и нефтенасыщенные интервалы при минерализации пластовых вод 15-30г/л NaCl.

2. Динамический диапазон оценки СИГМА при ИННК шире, чем при ИНГК. Режим ИНГК обеспечивает более высокую скорость счета, что снижает погрешности измерений до обозначенных выше величин. Метод ИННК не требует коррекции фона, а ИНГК требует коррекции фона на каждом кванте глубины. Конфигурация нестационарных кривых ИНГК обеспечивает более четкое разделение пластовой и скважинной компоненты. Это позволяет использовать в методических целях ближнюю временную область (БВО).

3. Система метрологии прибора PDK-100, которая включает калибратор 2437ХВ, программу поквантовой обработки двухзондового сигнала по двухкомпонентной схеме с определением СИГМА пласта и скважины и вычислением погрешности, набор файлов оценки качества (MSD, TTLC, GATE, SGMA, etc) может быть взята за основу при проектировании метрологии отечественных генераторов нейтронов.

4. Тремя различными приборами ННК надежно установлена неидентичность водонасыщенной и нефтенасыщенной частей модели на полигоне г.Когалым по нейтронным свойствам. Это означает, что данную модель можно использовать только как средство поверки нейтронных приборов (оценка постоянства показаний) и нельзя использовать как средство метрологии.

На основе анализа большого объема скважинных измерений в

Когалымском регионе выполнено следующее:

5. Автор подобрал эмпирический параметр DA (разность начальных амплитуд), который позволяет на полуколичественном уровне выделять продуктивные интервалы в условиях месторождений Западной Сибири при использовании аппаратуры PDK-100. При использовании метода двух временных окон короткого зонда можно разделять продуктивные и водонасыщенные коллектора по методам ИННК и ИНГК в условиях низкой минерализации пластовых вод.

6. В условиях Западной Сибири при использовании стандартной методики обработки данных ИНГК для чистых коллекторов, отсутствии нагнетаемой воды и известных с достаточной точностью L , L , L , К вычисление коэффициента воды нефти песчаника п нефтенасыщенности осуществляется с такой же точностью, как и методом С/О. Для глинистых коллекторов (К >5%) применение стандартной методики не позволяет надежно определить коэффициент нефтенасыщенности.

7. Метод ИНГК позволяет при благоприятных обстоятельствах определять перетоки воды и нефти по заколонному пространству.

8. Автор показал возможность с помощью ИНГК выделять маломощные коллектора в обсаженных скважинах (1-1.5м), ранее пропущенные при эксплуатации, которые могут быть дополнительным источником прироста запасов

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ракитин, Михаил Владиславович, Москва

1. Ерозолимский Б.Г., Школьников А.С., Исаков А.И. «Применение импульсного нейтронного источника для исследований в нефтяных скважинах» Атомная энергия, 1960, т.9, вып.2, с. 144-145.

2. С.А. Кантор, Д.А. Кожевников, A.JI. Поляченко, Ю.С.Шимелевич Теория нейтронных методов исследования скважин. М., Недра, 1985.-224с.

3. Р.А. Резванов Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. М., Недра, 1982г, 368с., таблиц 17, ил. 132, список лит. -29 назв.

4. Техническое описание аппаратуры PDK-100. Westerm Atlas, 1992г

5. Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика (под редакцией В.М. Запорожца) М., Недра, 1978. 247с.

6. Импульсный нейтронный каротаж. МУ 41-06-02-83 Методические указания по проведению измерений и интерпретации результатов, ВНИИЯГГ, 1984г.

7. Программное обеспечение по обработке данных PDK-100. Westerm Atlas, 1995г;

8. Кожевников Д.А. Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазопромысловой геологии, М., Недра, 1974, 184с.

9. G. Simpson, SPE, and L. Jacobson., SPE, Hallibarton Energy Services, F. Salazar, SPE, Hallibarton de Mexico, S.A. Evaluation and Monitoring Reservoirs Behind Casing With a Modern Pulsed Neutron Tool. 1998, SPE 39872

10. W.C.H. Neuman, Chevron Petroleum Technology Co. (retired), M. J. Sullivan, and D.L. Belanger, Cabinda Gulf Oil Company "An Investgation of Density Derived from Pulsed Neutron Capture Measurements" 1999, SPE 56647

11. В.М. Муравьев Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1973.384стр.

12. Альбом палеток и номограмм для интерпретации промыслово-геофизических данных М., Недра, 1984. -200с (ВНИИнефтепромгеофизика)

13. Х1.Н.З. Заляев Методика автоматизированной интерпретациигеофизических исследований скважин. Минск, «Университетское», 1990г, 141стр.

14. Техническая инструкция по использованию программного пакета WDS, описание программы обработки данных аппаратуры PDK-100, Western Atlas, 1992г

15. Ильина Т.Д. «Развитие ядерной геофизики в СССР (1917-1962гг.» М., Наука, 1977, с. 211

16. Аппаратура RMT Elite, рекламный буклет Halliburton 2001г.

17. Аппаратура RST, рекламный буклет Schlumberger, 2001г.

18. Richard С. Odom, Computalog Research, Robert D. Wilson, Richard K. Ladtkow, Computalog Wireline Services "Log Examples with a Prototype Three-Detector Pulsed-Neutron Sysytem for Measurement of Cased-Hole Neutron and Density Porosities" 2001, SPE 71042

19. Мартьянов И.А., Старцев А.А., Шиканов А.Е., Федына Е.А., Рудое И.В., Двухкомпонентная модель показаний импульсного нейтронного каротажа. Геоинформатика, М., 1998, №2, стр. 31-34.

20. Цейтлин И.Г., Урманов Э.Г., Прилипухов В.И., Методика определения декремента затухания плотности тепловых нейтронов и коэффициента пористости пород по данным двухзондовой аппаратуры ИНК // НТВ «Каротажник», Тверь, изд. АИС, 1997,вып.30, с Л 06-111.

21. В.М. Теленков, Г.А. Калмыков,Определение текущей нефтенасыщенности методом ИННК. Опыт работ. // НТВ «Каротажник», Тверь, изд. АИС,2004, вып.12-13(125-126) с.48-62.

22. Э.Г. Урманов, В.И. Прилипухов, Определение текущейнефтегазонасыщенности коллекторов в обсаженных скважинах наоснове ИНК. // НТВ «Каротажник», Тверь, изд. АИС,2004, вып. 12-13(125-126) с.158-179

23. А.Г. Амурский, И.А. Титов, Ф.Х. Еникеева, Б.К. Журавлев, А.Н.

24. Тропинин. Применение аппаратурно-методического комплекса АИНК-89 для определения нефтегазонасыщенности горных пород. // НТВ «Каротажник», Тверь, изд. АИС,2004, вып.12-13(125-126) с.138-158

25. Винокуров А.А., Серебрянский В.В., Ильин И.В., Фисенко А.Н,,Пенязь К.Г. Применение новых технологий в аппаратуре спектрометрического каротажа // НТВ «Каротажник», Тверь, изд. АИС,2004, вып.2(115) с.75-84

26. Булашевич Ю.П. Теория нейтронного каротажа в применении к разведке нефтяных и угольных месторождений Изв. АН СССР. Сер. геофиз., 1948г, т.ХП, №2, с. 155-168, 1951, т.1, №3, с.31-36.

27. Флеров Г.Н., Алексеев Ф.А., Ерозолимский Б.Г. Перспектвы использования радиоактивных излучений в геологии при поисках и разведке полезных ископаемых. Тр. Всес. совещ. по применению радиоактивных изотопов. М., Гостоптехиздат, 1958, с.17-28.

28. Франк Г.М. Импульсный метод исследования свойств медленных нейтронов. Тр. ФИАН СССР, 1962, т. 14, с. 117-146.

29. Руководство по применению промыслово-геофизических методов для контроля за разработкой нефтяных месторождений. М.: Недра 1978.

30. С.Г. Бородин, A.JI. Поляченко Метод и технология определения сечения поглощения нейтронов в неоднородных интервалах (разрезах) по данным ИНК // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2005. Вып. 14 стр.91-111.

31. Поляченко A.JJ.Теория нестационарной диффузиитепловых нейтронов в двухслойной бесконечной среде с цилиндрической границей раздела. Известия АН СССР. Сер. геофиз. 1964. №4 стр.532-547.

32. Шапошникова Т.А. Создание конечно-разностного аппарата для расчета полей излучения при нейтронометрии скважин. Канд. Дис. М., ВНИЯГТ, 1982.

33. Кожевников Д.А. Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазопромысловой геологии, Изд. 2-е, перераб. И доп. М., Недра, 1982.

34. JT.A. Путкарадзе Оценка текущей и остаточной нефтенасыщенности коллекторов по результатам ИНК обсаженных скважин // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2001. Вып. 84 стр.125-135.

35. В.М. Телешов Технология определения текущей нефтенасыщенности коллекторов при контроле за разработки нефтегазовых месторождений Нижневаротвоского района // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2002. Вып. 84 стр. 72-94.

36. В.М. Телешов, В.Г. Бутов, В.Ф. Полыгалов, В.А. Перегинец Геофизические методы контроля выработки продуктивных пластов на примере месторождений Нижневартовского района // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2005. Вып. 10-11 (123-124) стр. 72-88.

37. А.А. Чередниченко Производственный отчет о применении ИНГК (PDK-100) и С/О (MSI) Когалымском филиале. ПетроАльянс, М., 1999г.

38. А.А. Чередниченко, Б.Е. Путинский, М.В. Ракитин, Д.В. Цымбал Сравнительный анализ эффективности применения ИННК и ИНГК на единой аппаратурной основе прибора PDK-100 // Геофизический вестник, М., Изд. ГЕРС 2005. Вып. 9 стр. 17-21.

39. Б.Е. Лухминский ИНК 40 лет спустя. // Доклад на конференции по ядерной геофизике в Бугульме, 2003г.

40. Лухминский Б.Е., Тепляков А.В. Применение методов теории возмущений при решении сложных задач ГИС методом Монте-Карло. // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2003. Вып. 107 стр. 71-76.

41. И.А. Мартьянов, В.А. Юдин, В. Цейтлин, Я.Н. Басин Методические рекомендации по исследованию нефтяных скважин импульсным нейтронным каротажем с закачкой меченого вещества. М., ВНИИгеоинформсистем, 1987.

42. Юдин В.А. Основы использования фильтрационных процессов в прискважинной части пласта при промыслово-геофизических исследованиях. М., ВИЭМС, 1980г.

43. Шапошникова Т,А., Юдин В.А. Некоторые особенности технологии закачки меченых растворов при каротаже с гидродинамическим воздействием. //Сб. Ядерная геофизика при поисках и разведке месторождений нефти и газа. М., ВНИИЯГГ, 1981, с. 10-15

44. Стенин В.П., Б.Е. Лухминский. Компьютерное сопровождение разработки нового поколения ядерных методов ГИС с использованием программного комплекса MCNP4C (ПетроАльянс). // Доклад на конференции по ядерной геофизике в Бугульме, 2003г

45. Выделение продуктивных пластов геофизическими методами в обсаженных скважинах при доразведке месторождений нефти и газа. Временное методическое пособие. НВНИИГГ, Саратов, 1971г. с. 160

46. Рекламный буклет аппаратуры ЦСП-2ИНГК-43М. ОАО НПП «ВНИИГИС»

47. Р.Т. Хаматдинов, В.Г. Черменский, В.А. Велижанин Проблемы и перспективы современного состояния приборостроения врадиоактивном каротаже. // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2003. Вып. 101 стр. 26-34.

48. Р. Т. Хаматдинов, В.А. Велижанин, В.Г. Черменский Определение текущей нефтенасыщенности методом ИННК. Опыт работ. // «Каротажник», Тверь, изд. АИС,2004, вып. 12-13(125-126) с.48-62.

49. А.А. Чередниченко Производственный отчет о внедрении аппаратуры МАРКА-ПАС в Когалымском филиале. ПетроАльянс, М., 2003г.

50. И.Ракитин М.В. Опыт использования импульсного нейтронного каротажа в различных модификациях на месторождениях Западной Сибири. Доклад на VII международной конференции «Новые идеи в науке о Земле», М., Изд-во МРРГУ, 2005г, стр. 21

51. Д.А.Есюнин, Б.Е. Лухминский, Д.В. Цымбал Алгоритмы оценки макросечения захвата нейтронов в пласте ^пласта в задачах ИННК и ИНГК и их программная реализация // Геофизический вестник, М., Изд. ГЕРС 2005. Вып. 9 стр.15-17.

52. Neutron Lifetime Log // Dresser Atlas, Dresser Industries, Inc., 1983r