Новые возможности геофизических методов при исследовании скважин через обсадную колонну и буровой инструмент
K. Valouiski M.Sc.1,Р.М. Василина2, В.Г. Стельмах2,
1Roke Technologies Ltd. www.roke.ca
2ООО “ГЕО-ДЕЛЬТА-КБ”, 03062, г. Киев, пр. Победы 65. www.geodeltakb.com
Постоянная потребность в наращивании ресурсной базы все чаще требует от специалистов нефтегазовой отрасли переинтерпретации материалов промысловой геофизики (ГИС) старого фонда скважин, с целью обоснования и выделения пропущенных нефтегазоперспективных горизонтов.
Анализ месторождений и проведенных промыслово-геофизических работ на них позволяет выделить следующие основные проблемы и недостатки в результате которых были пропущены отдельные пласты и залежи:
– ограниченность комплекса ГИС (СК, ГК, Каверн.) в интервалах над основным объектом разработки;
– отсутствие ряда основных методов ГИС в старом комплексе (при выполнении старого комплекса ГИС отсутствуют такие основные методы как АК, ИК, а иногда МБК, БК и др.);
– несовершенство, в то время, методических подходов к интерпретации, из-за отсутствия уверенной оценки коэффициента пористости.
Просмотр материалов ГИС старого фонда скважин и проведения отдельных дополнительных методов ГИС, которые позволяют оценить, как фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) так и характер насыщения пластов позволит в определенной степени решить вышеприведенные проблемы.
ООО “ГЕО-ДЕЛЬТА-КБ” для решения геологических задач предлагает технологию QuadTM компании Roke Technologies Ltd (Канада). Технология QuadTM предусматривает проведение исследований за один спуск-подъем в закрытом стволе скважин комплексом ядерных методов и их специальную обработку, и интерпретацию. Исследования можно проводить в скважинах через буровой инструмент при наличии четырех металлических колон.
Привлечение новой технологии позволит определять следующие параметры залежи:
– достоверное определение пористости пород;
– достоверное определение величины нефтегазонасыщенности пласта;
– дифференциация разреза по проницаемости;
– определение относительной плотности отложений и проницаемости с целью уточнения нефтегазонасыщенности продуктивных интервалов;
– создание литологической модели разреза скважины;
– количественное определение глинистости пород;
– оценка степени загрязнения прискважинной зоны пласта буровым раствором, цементом, и оценка зоны повреждения в процессе перфорации.
В результате проведенных исследований недропользователь получит достоверные сведения о выделенных продуктивных пластах-коллекторах с определением их ФЕС, что позволит повысить объемы добычи углеводородов в отдельных скважинах, и как следствие приведет к приросту запасов углеводородов в целом по месторождению.
Технология QuadTM является наиболее достоверным средством измерения пористости по сравнению с оборудованием для открытого ствола типа компенсированного нейтронного, гамма-гамма плотностного (ГГКп) и акустического зондов, используемых для определения пористости в настоящее время.
В нестандартных коллекторах ни один прибор не сравнится с технологией QuadTM по качеству и достоверности измерений по сравнению с данными определенными на образцах кернового материала (рисунок 1).
Разработанный специально для проведения исследований через эксплуатационную колонну QuadTM использует сбалансированную конфигурацию, которая практически устраняет влияние обсадной колонны и открытого ствола.
Возможность проведения каротажа в автономном режиме является еще одной положительной чертой данной технологии. Поскольку регистрация может успешно выполняться с доставкой оборудования на забой, как с использованием геофизического кабеля, так и на трубах НКТ и стальной проволоке. Что в свою очередь делает данную технологию незаменимой при проведении исследований в наклоннонаправленных и горизонтальных интервалах скважины.
Технология QuadTM является автономной геофизической системой, которая предназначена для определения пористости и насыщения пластов. Система состоит из скважинного прибора, системы сбора и обработки данных и интерпретационного пакета.
В состав скважинного прибора QuadTM входят датчики: ГК, ФГК, 2ННКт, 2НГК, температуры, резистивиметра (рисунок 2).
Рисунок 1 – Сравнение значений пористости, определенной по керновым данными с пористостью определенной с использованием технологии QuadTM
Рисунок 2 – Схематическое изображение скважинного прибора QuadTM
Технические характеристики скважинного прибора QuadTM приведены в таблице 1. Из приведенных характеристик можно увидеть, что в технологии QuadTM используется мощный источник быстрых нейтронов с выходом нейтронов 22,2 1010 Бк (6 Кюри) с энергией 4,5 МэВ.
Таблица 1 – Технические характеристики прибора QuadTM
|
Температура макс. |
1 час: 302 °F (150 °C) |
|
Макс. давление |
15,000 psi (137.9 MПa) (1406 кг/cм2) |
|
Диаметр |
1-11/16 in (1.69 in) (42.9 мм) |
|
Макс. диаметр скважины |
не применимо, если спускается децентрализовано |
|
Мин. диаметр скважины |
1.71 in (43.4 мм) |
|
Длинна сборки / Вес / Питание |
15.98 ft (4.87 м) / 85 lb (38.6 кг) / 180 В DC та 42 мA |
|
Макс. скорость записи |
30 ft/min (9.0 м/мин) |
|
Мин. скорость записи |
13 ft/min (4.0 м/мин) |
|
Кабель |
Одножильный |
|
Диапазон измерений |
-3 to 70 пористость по известняку (p.u.) |
|
*Точность |
± 0.5 p.u. ниже 7 p.u. пористости |
|
|
± 7 % записанной величины выше 7 p.u. пористости |
|
*Повторяемость |
± 2 p.u. для 15% пористости по известняку |
|
**Применимо на децентрализованных инструментах в централизованной 4,5 in (114.3мм) колонне заполненной пресной водой с номинальной 15 % пористости и однородного материала кольца |
|
|
Глубина исследования |
Зависит от замедления матрицы и индекса захвата, 36 in (91.4 см), по оценкам, в сочетании НН и НГ сигнала для децентрализованных инструментов в 4.5 in (114.3 мм) колоне, диаметр долота 6.25 in. |
|
Вертикальное Разрешение: |
1 ft (305 мм) принимая во внимание надлежащий контраст породы выше и ниже зоны интереса |
|
Точка записи: |
Измерения от нижней точки прибора |
|
Короткий зонд НН |
2.60 ft (0.79 м) |
|
Длинный зонд НН |
1.87 ft (0.57 м) |
|
Короткий зонд НГ |
4.66 ft (1.42 м) |
|
Длинный зонд НГ |
5.41 ft (1.65 м) |
|
Тип детектора: |
He3Пропорциональный счётчик, NaI (Tl) Сцинтилляционный |
|
Тип источника: |
Am241Be |
|
Мощность источника |
6 Curie (Ки) (22,2·1010 Бк) з енергией 4.5 MeВ |
|
ГК – Верхняя секция |
|
|
Диапазон Измерения |
0 to 500 API (0 – 50 мкР/ч) |
|
Повторяемость |
± 5 % API величины |
|
Вертикальное разрешение |
8 in (203 мм) в сочетании с хорошим контрастом породы выше и ниже зоны интереса |
|
Точка записи |
Измерения от нижней точки прибора |
|
ГК |
5.38 ft (1.64 м) |
|
ГК отфильтрованный |
3.64 ft (1.11 м) |
|
Тип детектора |
NaI (Tl), Сцинтилляционный |
Все датчики прибора QuadTM (кроме локатора) калибруются. Датчики радиоактивных методов проверяются и согласуются попарно на стадии производства. Согласованные детекторы нормализуются по стандартам фирмы Roke, которые созданы в процессе проектирования прибора QuadTM.
Еще одной характерной особенностью прибора QuadTM является использование модификации ГК, который работает в режиме регистрации гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ). Благодаря чему значительно повышается точность определения глинистой компоненты горных пород, что положительно влияет на определение фильтрационно-емкостных параметров исследуемых коллекторов.
В общем методика интерпретации результатов исследований проведенных аппаратурой QuadTM базируется на общепринятых методических подходах, которые используются при интерпретации нейтронных методов выполненных типичной геофизической аппаратурой. Где определения пористости сводится к решению уравнения вида:
Кпн = Кп·ωзап + Кгл·ωсвв
где Кпн – нейтронная пористость, определенная по данным нейтронных методов; Кп – открытая пористость; Кгл – объемная глинистость; ωзап и ωсвв – водородный индекс флюида в поровом пространстве и водородный индекс в глинистом материале соответственно.
Несмотря на то, что в основе методов нейтронного каротажа по тепловым нейтронах и нейтронного гамма-каротажа лежат разные физические принципы измерения пористости, флюид, заполняющий поровое пространство будет по-разному влиять на показания соответствующих методов.
Схематически вышеизложенное представлено на рисунке 3. Как видно из данного рисунка флюид, который заполняет поровое пространство, влияет на НН и НГ поле по-разному, вызывая при этом неоднозначность решения уравнения нейтронной пористости.
Рисунок 3 – Влияние заполнителя порового пространства на величину пористости, которая определяется по данным ННК и НГК
Из вышеприведенного рисунка можно сделать выводы, что погрешность определения пористости при ННК противоположная погрешности при определении пористости при НГК для большинства флюидов порового пространства. Соответственно возможно найти такую комбинацию между ННК и НГК при которой, на пористость, рассчитанную на основе данных методов, влияние флюидов порового пространства будет минимальным (рисунок 4).
Рисунок 4 – Сопоставление пористости по НГК и ННК для минимизации влияния флюида.
Пористость, на которую влияние флюида, заполняющего поровое пространство является минимальным называется общей пористостью по данным технологии QuadTM, Quad Total Porosity (QTP).
Для расчета насыщения используется кривая флюида (QL), которая представляет собой максимальную погрешность пористости методов ННК и НГК с учетом влияния порового флюида. То есть вместо компенсации погрешностей определения пористости, проводится суммирование погрешностей по флюиду в поровом пространстве. Графически данный процесс изображен на рисунке 5.
Рисунок 5 – Сопоставление пористости по НГК и ННК для максимального влияния флюида.
В случае, если поровое пространство заполнено пресной водой QTP = QL. При росте минерализации QL > QTP, при ωзап <1 – QL < QTP (рисунок 6).
Рисунок 6 – Сопоставление QTP и QL.
При интерпретации результатов каротажа проводится совмещение кривых QTP и QL в интервалах с определенной минерализацией флюида порового пространства.
При этом на каротаже будут существовать интервалы где QTP и QL совпадают. Интервалы где кривая QTP > QL будут насыщенные углеводородами, или же водой меньшей минерализации чем вода в которых кривые совпадают. Интервалы где кривая QTP < QL будут насыщены более минерализованной водой чем интервалы где кривые совпадают.
Расхождение кривых QTP и QL можно использовать для определения насыщения (рисунок 7).
Рисунок 7 - Пример использования расхождения кривых QTP и QL для определения насыщения пластов-коллекторов.
Сопоставляя кривые QTP и QL, смещаем кривую QL для ее совпадения с кривой QTP в точке с минерализацией А. Далее зная свойства углеводородов (точка В), определяем максимальное различие между кривыми QTP и QL для 100 % насыщения углеводородами (Х – максимальное различие для заданных параметров флюидов). Измеренные расхождения сравниваются с максимальными (для 100 % насыщения). Полученная величина будет представлять собой количество углеводородов в пласте, то есть насыщение.
В технологии QuadTM реализована возможность определения относительной плотности горных пород. Возможность определения относительной плотности продуктивных отложений основывается на связи между интенсивностью поля гамма-квантов, которые образовались в результате взаимодействия тепловых нейтронов с породой и плотностью горных пород, которым наполнен разрез скважины.
Теория определения относительной плотности схожа с той которая реализована в устройствах Neoscope фирмы Schlumberger. Используя сбалансированное соотношение между ННК и НГК, нормализуется реакция отдельных кривых на пористость. Предполагая, что изменение плотности в зависимости от заполняющей флюида незначительна, по сравнению с вмещающими породами, должно наблюдаться соотношение между плотностью и пористостью. В упрощенном варианте процесс определения плотности сводится к определению соотношения между показаниями нейтронных методов. Когда показания НГК уменьшается по отношению к показам ННК, то в разрезе скважины присутствуют более плотные породы и наоборот.
Как показывает практика, результаты определенной относительной плотности достаточно хорошо коррелируются с данными ГГКп. Результаты определения относительной плотности используются для введения поправки за плотность в кривые QL, построения литологической колонки, выделение газонасыщенных интервалов.
Одной из наиболее характерных особенностей технологии QuadTM есть то, что в ней реализована возможность регистрации гамма-излучения радиационного захвата. Благодаря чему информативность и достоверность результатов интерпретации данных нейтронных методов технологии QuadTM успешно конкурирует с комплексами ГИС, которые проводятся в открытом стволе скважины.
Бесспорным является то, что комплексное использование ГК в обычной модификации и с регистрацией ГИРЗ, позволит довыделить пропущенные продуктивные интервалы, которые считались заглинизироваными при исследовании полимиктовых коллекторов. Использование данных методов позволит избежать случаев, когда раскрытые продуктивные отложения относились к бесперспективными из-за отсутствия притока пластового флюида, что было вызвано кольматацией прискважинной зоны пласта буровым раствором или цементом.
Подводя итоги, следует отметить основные преимущества и отличия результатов каротажа полученных с использованием технологии QuadTM:
– кривая глинистости получена с использованием комплексной интерпретации 2ННК, 2НГК и ГК в модификации ГИРЗ более чувствительна к наличию зоны кольматации прискважинной части пласта по сравнению с любыми данными комплекса ГИС для открытого ствола.
– расчет насыщения методом Quad, происходит с стороны нефти. То есть рассчитывается содержание нефти, а все что не нефть или газ, или вода. В интерпретации данных открытого ствола интерпретация ведется со стороны воды, поскольку только вода проводит электрический ток. Соответственно все, что не вода, или нефть, или газ.
– насыщение с использованием технологии QuadTM рассчитывается для объемного измерения, тогда как в открытом стволе электрический ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. А для поправки за объемную модель измерений, в уравнение насыщения вводятся дополнительные коэффициенты (Кгл, структурные коэффициенты а, m, n), влияние которых в зачастую больше, чем непосредственно измеряемый параметр ρв.
– регистрация данных Quad в обсаженных скважинах, через буровую колонну в автономном режиме или непосредственно на кабеле, позволяет получать данные о ФЕС коллекторов по алгоритмам максимально приближенными к алгоритмам обработки данных открытого ствола, в условиях, когда проведение полного комплекса открытого ствола технически невозможно.
Сравнивая технологию QuadTM с импульсными методами нейтронного каротажа, можно отметить следующее, что исследуемые параметры (декремент затухания, отношение С/О) всех методов (ИННК, ИНГК, С/О) зависят от двух параметров – пористости и насыщения. Соответственно, чтобы однозначно определить характер насыщения пластов-коллекторов по данным импульсных нейтронных методов необходимо знать их пористость.
В случае, когда пористость по данным методов открытого ствола известна, на результаты импульсных нейтронных методов будет влиять обсадная колонна, цемент в заколонном пространстве, изменение диаметра скважины после проведения каротажа и др. Поэтому при проведении исследований будет наблюдаться несоответствие между измеренной пористостью (в открытом стволе) и характером насыщения продуктивных отложений.
При условии, что пористость будет определяться по данным импульсных методов, снова возникнет неоднозначность при определении пористости, так как нейтронные характеристики флюида порового пространства неизвестны.
Для интерпретации данных технологии QuadTM используется пористость, которая определена на тех же детекторах, что и характер насыщения. То есть пористость рассчитана непосредственно для условий, при которых проводится определение характера насыщения. При этом пористость определяется таким образом, что влияние флюида, который насыщает поровое пространство, минимально.
При интерпретации данных технологии QuadTM используется неоднозначность, как по водородному индексу, так и по минерализации порового флюида, как на поле тепловых нейтронов (при ННК), так и на поле вторичного гамма-излучения (при НГК). Ни один импульсный метод не совмещает в себе обе физические основы измерения (используется или нейтрон-нейтронная или нейтронная гамма неоднозначность). Использование двух физических основ значительно расширяет динамический диапазон измерения. Низкая минерализация пластовых вод не создает ограничений для использования технологии QuadTM.
Для уменьшения влияния ближней зоны (при ИННК задержки до 600 мкс, а иногда и больше) технология QuadTM использует 4 детектора, минимизируя влияние ближней зоны. Именно поэтому, неудовлетворительный цементаж, наличие нескольких колонн и сложные скважинные условия не являются ограничением для получения достоверных данных.
Литература:
1. Латышова М.Г., Мартынов B.Г., Соколова Т.Ф. Практическое руководство по интерпретации ГИС: Учеб. пособие для вузов. М.: 000 "Недра-Бизнесцентр", 2007.- 327 с.
2. Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газа объемным методом. Под редакцией В.И. Петерсилье, В.И. Пороскуна, Г.Г. Яценко. -Москва-Тверь: ВНИГНИ, НПЦ "Тверьгеогизика", 2003
3. Резванов Р. А. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. Учебник для вузов. М., Недра, 1982. 368 с.
4. Горбачев Ю.И. Геофизические исследования скважин: Учеб. для вузов/Под ред. Е.В. Каруса. - М.:Недра, 1990. 398с
5. N. Reichel, M. Evans, F Allioli and all. Neutron-Gamma density (NGD): Principles, field test results and log quality control of a radioisotope-free bulk density measurement, SPWLA 53rd Annual Logging Symposium, June 16-20 2012.
6. Introduction to Wireline Log Analysis. Copyright 1992 Western atlas International, Inc., Houston Texas
7. W. Scott Keys, L.M. MacCary Application of borehole geophysics to water-resources investigation Book 2 Chapter E1, United States Government printing office 1971.
