Основы промысловой геофизики

Основы промысловой геофизики

1. Метод потенциалов вызванной поляризации (ВП)

В методе потенциалов вызванной поляризации (ВП) используют свойства горных пород поляризоваться при протекании через них постоянного поляризующего тока. В горных породах после выключения поляризующего тока в течение некоторого времени наблюдается убывающее электрическое поле, известное под названием поля вызванных потенциалов.

Природа вызванных потенциалов недостаточно изучена. Однако большинство исследователей находят, что в горных породах, обладающих ионной проводимостью (практически все осадочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электрокинетических явлений, происходящих на границе электролит-непроводящая среда под воздействием электрического поля. Некоторые исследователи считают, что возникновение поля связано с деформацией двойного электрического слоя на поверхности минеральных частиц под воздействием поляризующего тока, другие - с образованием микроскопических концентрационных элементов за счет изменения чисел переноса ионов в капиллярах разных сечений.

Определите проницаемость коллектора при значениях приведенного коэффициента вызванной электрохимической активности А_в=0,05; 0,1; 0,6.

Дано:

А_в=0,05; 0,1; 0,6

Определить: k_пр - ?

Решение:

Перспективен метод ВП для выделения нефтяных пластов, обводнившихся в процессе разработки пресной водой. В некоторых районах между вызванными потенциалами и проницаемостью песчаников k_пр наблюдается коррелятивная связь, которую можно использовать для приближенного определения коэффициента проницаемости.

Зависимость приведенного коэффициента вызванной электрохимической активности А_в от коэффициента проницаемости k_пр девонских песчаников-коллекторов Татарии. Таким образом при:

А_в=0,05 k_пр = 0,6 мкм²

А_в=0,1 k_пр = 0,06 мкм²

А_в=0,6 k_пр = 0,005 мкм²

. Прямые качественные признаки выделения коллекторов

Коллектор это - порода, способная вмещать нефть, газ или воду и отдавать их при разработке в любых, даже незначительных количествах. Рассмотрим, как разделить породы, обладающие коллекторскими свойствами и способными отдавать флюид от плотных пород или пород способных содержать флюид, но не способных его отдавать.

Прямым качественным признаком коллектора является проникновение фильтрата ПЖ в пласты, которое устанавливается по данным ГИС и является следствием движения пластовых флюидов в поровом пространстве породы. Очевидно, что прямой информацией о наличии коллекторов в разрезе является получение притоков пластовых флюидов при опробовании и испытании пластов, в том числе приборами на каротажном кабеле. Прямые качественные признаки используются как для непосредственного выделения коллекторов в разрезах скважин, так и для обоснования количественных критериев.

Определение эффективных газо- и нефтенасыщенных толщин включает выделение коллекторов, оценку характера их насыщенности и положений газонефтяного, водонефтяного или газоводяного контактов (ГНК, ВНК и ГВК соответственно) между пластовыми флюидами.

Границы пластов-коллекторов устанавливаются по диаграммам геофизических методов согласно общеизвестным правилам, описанным в учебниках и справочниках по интерпретации, а также в соответствующих руководствах по методам ГИС.

Кривые большинства методов ГИС симметричны. На этих кривых интервалы, в которых амплитуда регистрируемого параметра изменяется от значений во вмещающих породах до значения в пласте-коллекторе, равны длине зонда. Границы пласта соответствуют серединам этих интервалов.

В методах РК (ГК, НК, ГГК) при применении аппаратуры для аналоговой записи кривые асимметричны, сдвинуты в направлении движения прибора за счет влияния интегрирующей ячейки. Границы пластов толщиной более 1 м необходимо определять по началу крутого подъема и спуска кривой. Вместо этого иногда авторы отчетов с подсчетом запасов допускают отступления от этого правила и проводят границы пластов по середине интервалов спуска и подъема кривой, что приводит к досадным ошибкам (иногда значимым) при определении толщин выделенных коллекторов.

Среди видов ГИС, применяемых при изучении вскрытых скважиной горных пород, наибольшей информативностью и достоверностью при выделении в изучаемом разрезе проницаемых интервалов, т.е. пластов-коллекторов, обладают так называемые прямые методы исследования пласта опробования пластов приборами на кабеле ОПК и метод гидродинамического каротажа ГДК. Факт получения из пласта флюида в любом количестве и измерения пластового давления аппаратурой ОПК и ГДК является прямым доказательством наличия коллектора независимо от геофизической характеристики пласта. Неполучение притока флюида из пласта при ОПК и ГДК в случае благоприятной геофизической характеристики не является достаточным основанием для отнесения пласта к неколлектору. В таких случаях требуется проведение дополнительных (повторных) исследований.

Прямые качественные признаки являются наиболее надежным способом выделения коллекторов. Они основаны на доказательстве подвижности пластовых флюидов. Таким доказательством является установление факта наличия проникновения в пласты фильтрата ПЖ и формирования (или расформирования) зон проникновения; эти факты в большинстве случаев являются достаточным признаком коллектора.

В коллекторах со сложной структурой пустотного пространства прямые качественные признаки устанавливаются чаще всего только по материалам ГИС, выполненным по специальным методикам и фиксирующим формирование зоны проникновения при:

• повторных измерениях во времени при сохранении свойств ПЖ в стволе скважины (методика временных измерений);

• измерениях на ПЖ с различными физическими свойствами (методика двух ПЖ с различной минерализацией, методики с закачкой активированных меченных жидкостей);

• направленном воздействии на пласты путем создания дополнительной репрессии (методика «каротаж-репрессия-каротаж») или депрессии («каротаж-испытание-каротаж»).

В обсаженных скважинах прямые качественные признаки устанавливаются при повторных измерениях стационарными импульсными видами нейтронного каротажа (НК), свидетельствующих о расформировании во времени зоны проникновения.

Весьма информативными для выделения коллекторов являются также данные ГТИ (данные механического каротажа, расходометрии, газового каротажа и результаты анализа шлама и керна).

Признаками проникновения по данным ГИС являются:

• сужение диаметра скважины d_с по сравнению с номинальным d_н (диаметр долота), фиксируемое на кавернограмме, микрокавернограмме, профилограмме;

наличие глинистой корки;

• наличие положительных приращений на диаграмме микрозондов (показания потенциал-микрозонда выше показаний градиент микрозондов, при этом оба значения невысокие);

• наличие радиального градиента удельного сопротивления, устанавливаемого при сравнении удельного сопротивления породы, определенного по диаграммам электрических методов с различным радиусом исследования;

• изменение во времени показаний различных геофизических методов, отражающее формирование во времени зоны проникновения фильтрата бурового раствора в коллектор.

Выделение коллектора по наличию глинистой корки

Сужение диаметра на диаграммах методов, исследующих профиль скважины, указывает на присутствие глинистой корки на стенке скважины против исследуемого пласта, что является одним из признаков коллектора. Поскольку исследования каверномером входят в стандартный комплекс изучения терригенного разреза, этот признак коллектора широко используют при массовой обработке геофизических материалов.

Наличие корки не является признаком коллектора в следующих случаях:

а) против тонких плотных прослоев, расположенных в мощном пласте-коллекторе; глинизация стенки скважины происходит в них благодаря «размазыванию корки, образовавшейся в коллекторе выше и ниже;

б) в призабойной зоне ствола скважины, вскрывшей неколлекторы, где сужение диаметра скважины может быть вызвано осаждением частиц шлама;

в) в любых участках разреза, не являющихся коллектором, где образуются сальники, обусловленные низким качеством глинистого раствора или неудовлетворительной подготовкой скважины к промыслово-геофизическим исследованиям.

Нередко полагают, что толщина глинистой корки является характеристикой проницаемости коллектора. В действительности, толщина корки зависит, в первую очередь, от качества глинистого раствора - чем хуже качество раствора (т.е. чем выше его водоотдача и ниже коллоидальность), тем при прочих равных условиях толще корка. Поэтому наличие корки большой толщины является прежде всего признаком неудовлетворительного качества раствора. Только на ограниченном участке отдельной скважины, пройденном при постоянном режиме бурения, толщина корки может являться качественной характеристикой проницаемости.

Выделение коллектора по диаграмме микрозондов

Положительные приращения на диаграмме микрозондов - надежный признак межзернового коллектора в той мере, в какой надежен признак наличия глинистой корки. Следовательно, в рассмотренных выше случаях, когда присутствие корки не является признаком коллектора, нельзя считать признаком коллектора и положительные приращения.

Положительные приращения в коллекторе на диаграммах микрозондов могут отсутствовать при следующих условиях:

а) глинистая корка имеет большую толщину (более 2 см); показания микрозондов одинаковы, поскольку при этом потенциал-микрозонд, как и градиент-микрозонд, исследует гликистую корку;

б) водоносный коллектор имеет очень высокую проницаемость как по напластованию, так и по нормали к напластованию; в результате расформирования промытой зоны удельное сопротивление среды, исследуемой потенциал-микрозондом, близко к удельному сопротивлению глинистой корки рк.

При бурении скважин на технической воде кавернограммы и диаграммы микрозондов обычно не используют для выделения в разрезе межзерновых коллекторов, поскольку заметных глинистых корок при фильтрации в коллекторы не образуется. Если в разрезе скважины, пробуренной на воде, имеются мощные пласты глин и глинистых пород, содержание глинистого материала в промывочной жидкости в процессе бурения становится значительным; в этом случае отдельные пласты-коллекторы могут отмечаться сужением диаметра и соответственно положительными приращениями на диаграмме микрозондов.

Выделение коллектора по наличию радиального градиента‚ удельного сопротивления, установленного по диаграммам электрометрии

Наличие проникновения фильтрата бурового раствора в пласт устанавливают, сравнивая значения удельного сопротивления породы, полученные при интерпретации диаграмм электрических методов с различным радиусом исследования R, т.е. изучая характер изменения удельного сопротивления породы в радиальном направлении по нормали к оси скважины (рис. 1). При этом по данным интерпретации устанавливают либо наличие радиального градиента сопротивления, либо его отсутствие. Наиболее распространенный способ установления радиального градиента сопротивления - интерпретация кривых бокового электрического зондирования. При интерпретации кривых БЭЗ в пластах-коллекторах большой мощности получают кривые зондирования, характеризующие проникновение, повышающее (рэп> рп) или понижающее (рэп < рп) удельное сопротивление пласта, и двухслойные кривые рп< рэп > рп.

Кривые БЭЗ типа рэп = рп характерны:

) для водоносных коллекторов, насыщенных минерализованной пластовой водой (С_в>20 г./л); в этом случае величина рэп существенно превышает рп;

) для продуктивных коллекторов с высоким содержанием остаточной воды, обусловленным либо значительной глинистостью коллектора, либо незначительным расстоянием по высоте по отношению к ВНК;

) для слоистых продуктивных коллекторов, представленных чередованием тонких прослоев коллекторов и глин.

Рис. 1. Радиальный градиент удельного сопротивления поподы-коллектора.

Графики р= f(R) для коллекторов: 1 - продуктивного; 2 - водоносного; 3 - скважина; 4 - глинистая корка; 5 - промытая зона продуктивного (р_пл,пр) и водоносного (р_пл,вп) коллекторов;

- зона проникновения продуктивного (р_{эп, пр}) коллекторов; 7 - неизменная часть коллектора

Проникновение, понижающее удельное сопротивление породы, реже встречается в практике интерпретации; оно характерно для хороших коллекторов с высоким коэффициентом нефте-газонасыщения (k_нг≥ 85%) при бурении скважин на растворе, удельное сопротивление фильтрата которого р_ф несущественно отличается от удельного сопротивления пластовых вод.

В практике интерпретации используют также другие приемы обнаружения радиального градиента сопротивления; они основаны на сопоставлении истинных или кажущихся значений удельного сопротивления, получаемых по диаграммам обычных или фокусированных зондов с различным радиусом исследования. для решения рассматриваемой задачи чаще всего сопоставляют значения р_н или р_к следующих пар зондов: стандартных потенциал-зонда (АМ = 0,2-0,5 м) и градиент-зонда (АО = 2-2,5 м); малого (АО = 0,2-0,5 м) и большого (АО ≥ 4 м) градиент-зондов, микроэкранированного (МБК) и экранированного (БК) зондов; экранированного и индукционного зондов; двух экранированных зондов с различной глубинностью исследования.

Другой способ сравнения показаний фокусированных зондов электрометрии с разной глубинностью - совмещение кривых, например МБК и БК, в одинаковом логарифмическом масштабе сопротивлений в пределах исследуемого участка разреза. Совмещение осуществляют таким образом, чтобы показания зондов совпали в плотных породах; тогда в коллекторах с повышающим или понижающим проникновением будет отмечено расхождение показаний с соответствующим знаком (рис. 2).

Рис. 2. Выделение продуктивных коллекторов в терригенном разрезе по данным ГИС.

- продуктивный коллектор; 2 - неколектор; I - микросферический зонд; экранированный зонд; II - короткий; III - длинный

Выделение коллектора по данным временных исследований

В необсаженном стволе происходит формирование во времени зоны проникновения в коллекторах. Поэтому показания методов электрометрии, кавернометрии (в первую очередь) в интервалах залегания коллекторов во времени изменяются, что позволяет, сравнивая диаграммы одного и того же метода, зарегистрированные в различное время в одинаковом масштабе, выделять коллекторы по расхождению показаний (при совпадении показаний в интервалах плотных пород). В обсаженной скважине происходит расформирование зоны проникновения в коллекторах, что также создает предпосылки для выделения коллекторов по диаграммам повторных измерений геофизическими методами, в первую очередь радиометрии (рис. 3).

В необсаженных скважинах при оптимальных условиях проведения первого и повторных замеров коллекторы отмечаются во времени увеличением толщины глинистой корки, изменением показаний на диаграммах микрозондов, в первую очередь потенциал микрозонда, изменением показаний на диаграммах различных зондов, а также фокусированных зондов электрометрии. Наиболее отчетливое изменение показаний методов электрометрии во времени происходит в условиях ярко выраженного проникновения, повышающего или понижающего удельное сопротивление пласта в зоне проникновения; при незначительном отличии удельных сопротивлений зоны в неизмененной части коллектора не следует ожидать существенного изменения во времени показаний методов электрометрии.

Специальные повторные замеры по определенной программе выполняют в отдельных параметрических или оценочных скважинах, как правило, в продуктивных участках разреза. В этом случае стремятся обеспечить оптимальное время первого и последующего измерений, а также создать дополнительные условия, позволяющие усилить роль фактора времени с помощью изменения гидростатического давления в скважине или физических свойств бурового раствора пород повторными измерениями.

Рассмотренные геофизические методы выделения межзерновых коллекторов неприменимы в скважинах, бурящихся с раствором на нефильтрующейся основе (РНО) вследствие самой природы такого раствора, исключающей возможность фильтрации в породы-коллекторы промывочной жидкости и появления признаков коллектора, связанных с образованием зоны проникновения. Поэтому в скважинах, бурящихся с этим раствором, коллекторы выделяют по количественным признакам, используя граничные значения параметров, соответствующие границе коллектор - неколлектор.

НГМ в обсаженной скважине, с учетом стандартного комплекса ГИС.

- газоносный коллектор; 2 - неколлектор; I, II диаграммы НГМ первого и заключительного замеров, заштрихованные участки диаграмм соответствуют коллекторам

Широко применяется подход, когда данные анализов керна (Кп, Кпр, Кгл и т.д.) привязываются к «работающим» и «неработающим» интервалам разреза, определенным с помощью результатов испытаний. Если результаты исследования керна позволяют разделить образцы по типу пустотного пространства (литологии, принадлежности к стратиграфическому горизонту), то можно подготовить несколько выборок для получения самостоятельных граничных значений характеристик продуктивных пород по выбранной дифференциации. В пределах «работающих» и «неработающих» интервалов необходимо усреднить значения характеристики, определенной на керне. Далее ля этих выборок строятся распределения, по которым и определяют граничные значения исследуемых характеристик продуктивного пласта (рис 4).

Рис. 4. Распределения открытой пористости коллекторов и плотных пород порово-кавернового типа, построенные путем сопоставления данных керна и результатов испытаний пластов

коллектор поляризация пористость

При определении граничных значений характеристик коллекторов, определенных по данным ГИС, можно привлекать прямые качественные признаки (наличие глинистой корки, радиальный градиент сопротивлений, измеренных зондами с разной глубинностью исследований, изменение показаний методов ГИС, выполненных по специальным методиками фиксирующих формирование или расформирование зоны проникновения). На основании прямых качественных признаков по диаграммам ГИС разрез дифференцируют на коллекторы и плотные интервалы. Таким образом формируют статистические выборки. На рис 5 приведено распределение открытой пористости коллекторов и плотных пород, полученные в результате интерпретации данных ГИС для интервалов с разным типом пустотного пространства.

Рис. 5 Распределения открытой пористости коллекторов и плотных пород порово-кавернового типа, определенной по данным ГИС при выделении коллекторов с помощью «прямых признаков»

При получении граничных значений характеристик коллекторов необходимо учитывать «Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газа объемным методом», которые являются официальным документом ГКЗ РФ. Эксперты ГКЗ настаивают, что невозможно одновременно применять две и более характеристики в качестве граничных значений, если одна получена из первой напрямую с использованием петрофизических связей. Допустим, что для некоторого месторождения граничное значение пористости, полученное по прямым качественным признакам равно 6% (рис 6).

Рис. 6 Зависимость «пористость - абсолютная проницаемость»

Суммарная эффективная толщина при этом будет складываться из пластов лежащих на графике выше линии 1-1. Построим теперь связь «открытая пористость - абсолютная проницаемость». Из построенной связи легко установить граничное значение по проницаемости К_пр.гр=0,07мД. Для более достоверного выделения коллектора возможно дополнительно подключить в качестве критерия абсолютную проницаемость. Однако в этом случае из числа проницаемых пластов будут исключены пласты, лежащие на графике левее линии 2-2 и имеющие пористость выше кондиционной. Нельзя использовать две и более коррелируемых характеристики продуктивных отложений для поиска граничных значений. Но, если имеются независимые характеристики продуктивных отложений, каждая из которых существенно влияет на наличие коллекторов в разрезе продуктивных отложений, их не только можно, но и нужно использовать в качестве характеристик, разделяющих коллекторы и неколлекторы.

Например, для продуктивных карбонатных отложений Верхневозейского месторождения было доказано отсутствие связей между пористостью и глинистостью (рис. 7). В то же время было показано, что относительная глинистость имеет существенные корреляционные связи с остаточной водонасыщенностью и проницаемостью. Поэтому второй критерий для выделения коллекторов (первый использовал для выделения коллекторов граничную пористость) базировался на граничной относительной глинистости коллекторов.

Рис. 7. Сопоставление показаний метода естественной радиоактивности и определенной по данным ГИС открытой пористостью продуктивных отложений по блоку 1с Верхневозейского месторождения

Нетрадиционные методики поиска граничных значений характеристик коллекторов

Одной из методик поиска граничных значений характеристик коллекторов, стала методика, получившая название «развал на кучи». Идея заключается в том, что если выборка образцов керна содержит два класса (коллектор, неколлектор), то эти классы должны «отмечаться» своими вершинами на кривой распределения. Иными словами, распределение образцов, относящихся к двум классам, должно быть двухмодальным (двухвершинным). В общем случае разделить такое распределение на однородные составляющие статистическими методами невозможно. Задача существенно упрощается и может быть решена, если одно или оба распределения являются нормальными. Изучив фактические материалы Верхневозейского месторождения, мы убедились в том, что распределение плотных образцов очень хорошо аппроксимируется нормальным распределением. Поэтому задача разделения неоднородного распределения на два однородных распределения решалась для случая, когда левое распределение (для неколлекторов) является нормальным. На рис. 5,6 представлены распределения открытой пористости для коллекторов и неколлекторов, полученные рассмотренным способом.

Рис. 8. Неоднородное распределение открытой пористости для выборки образцов порового типа без разделения на коллектор и неколлектор для Верхневозейского месторождения

Рис. 9. Распределения открытой пористости для коллекторов и плотных пород порового типа

Другой способ, позволяющий разделять породы на коллектор и неколлектор, основан на поиске корреляций между характеристиками, используемыми в «универсальных критериях выделения коллекторов» и «привычными» характеристиками, позуемыисми для решения этой же задачи в традиционных методиках, именно, льоткрытой пористостью, аномалией метода СП и других.

Универсальные критерии выделения коллекторов выглядят так:

Если Кв + Конг = 1, то порода неколлектор

Если Кв + Конг< 1, то порода коллектор для нефти (газа).

Если Кв*+ Конг< 1, то порода коллектор для воды.

Определение характера насыщения коллектора.

Если Кв<Кв*, то коллектор отдает нефть (газ)

Если (1-Конг)<Кв<Кв, то коллектор отдает нефть (газ) с водой.

Если Кв>=(1-Конг), то коллектор отдает воду.

Таким образом, для перехода от универсальных критериев выделения коллекторов к общепринятым критериям, использующих в качестве «разделяющих» (коллекторы и неколлекторы) характеристик пористость, аномалию СП и др., необходимо найти корреляционные связи между суммами Ков+Конг (выделение продуктивных коллекторов) и Кв*+Конг (выделение водоносных коллекторов), с одной стороны, и пористостью, аномалией метода СП и др. «привычными» характеристиками, с помощью которых разделяют коллекторы и не коллекторы в традиционных методиках.

Выводы

· Существует огромное количество методик, по которым различные
специалисты пытаются разделять породы на коллектор-неколлектор

· Зачастую традиционные методики в силу различных причин (отсутствие керна, некондиционные результаты испытаний и т.д.) не в состоянии решить проблему выделения коллектора. В таких случаях приходят на помощь нетрадиционные методики и использование петрофизических моделей.

· Современные интерпретационные программы должны давать возможность геофизикам использовать полный набор средств для разделения пород на коллектор-неколлектор.

Список литературы

1.   Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А., Африкян А.Н. Промысловая геофизика. Уч. для вузов. Под.ред. д.г.-м.н. В.М. Добрынина, к.т.н. Н.Е. Лазуткиной - М:ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004 г. - 400 с. ил.,

2.   Методические рекомендации по подсчету геологических запасов нефти и газообъемным методом. Под редакцией В.И. Петерсилье, В.И. Пороскуна, Г.Г. Яценко, Москва-Тверь ВНИГНИ, НПЦ «Тверьгеофизика», 2003.

3.   Петрофизические основы комплексной интерпретации данных геофизических исследований скважин. Элланский М.М. Издательство ГЕРС. 2001 г.