ГЕОЛОГИЯ И ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ
УДК 550.832.7 © Коллектив авторов, 2014
Аппаратура и интерпретационная база электромагнитного каротажа в процессе бурения
К.Н. Каюров, В.Н. Еремин, к.т.н. (НПП ГА «Луч»),
М.И. Эпов, д.т.н., академик РАН, В.Н. Глинских, к.ф.-м.н., К.В. Сухорукова, к.т.н., М.Н. Никитенко, к.т.н. (ИНГГ СО РАН)
Адресо для связи: epovmi@ipgg.sbras.ru, kayurov@looch.ru
Ключевые слова: электромагнитный каротаж в процессе бурения, нефтегазовый коллектор, наклонная и горизонтальная скважины, удельное электрическое сопротивление (УЭС), численное моделирование, инверсия.
Electromagnetic-logging-while-drilling equipment and numerical inversion software
K.N. Kaurov, V.N. Eremin (Scientific production enterprise of geophysical equipment "Looch", RF, Novosibirsk), M.I. Epov, V.N. Glinskikh, K.V. Sukhorukova, M.N. Nikitenko (Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of RAS, RF, Novosibirsk),
E-mail: epovmi@ipgg.sbras.ru, kayurov@looch.ru
Key words: electromagnetic logging while drilling, gas-oil-saturated reservoir, deviated and horizontal well, electrical resistivity, inversion.
New Russian logging-while-drilling equipment for investigating deviated and horizontal boreholes has been developed. It consists of electromagnetic, gamma-ray and inclinometer modules. The technical features of the equipment, as well as its laboratory testing results and practical log data are considered in the paper. Along with that, we have developed the basic algorithms and software for the electromagnetic signals numerical simulation and inversion. Its testing demonstrates promising results when determining resistivity and boundaries location for the layers that are within the sondes sensitivity area. We provide an example of the inversion results for the signals measured in a three-meter water-oil saturated sand-shale reservoir penetrated by a horizontal wellbore.
При разработке месторождений нефти широко используется бурение наклонно направленных скважин с горизонтальным окончанием. При этом необходима высокоточная проводка протяженного горизонтального ствола в продуктивной части пласта. Геонавигация скважинной траектории осуществляется по данным каротажа в процессе бурения и состоит в определении положения ствола относительно границ вскрываемого пласта с учетом его латеральной неоднородности.
Строительство горизонтальных скважин в сложных геологических условиях требует применения высокотехнологичных геофизических комплексов для проведения каротажа в процессе бурения. Такие комплексы используются ведущими зарубежными сервисными компаниями Васкег Hughes, Halliburton, Schlumberger, Weather-ford. В их состав входят зонды электромагнитного каротажа, предназначенные для определения удельного электрического сопротивления (УЭС) горных пород. За последние 15 лет опубликовано большое число зарубежных работ, посвященных теории, разработке аппаратуры и методам интерпретации данных электромагнитного каротажа в процессе бурения [1-7]. Успешный российский опыт изучения нефтегазовых скважин с использованием новой автономной аппаратуры рассмотрен в работе [8]. Эта аппаратура применяется для проведения одного из современных методов высокочастотного электромагнитного каротажа (модификации ВИКИЗ,
ВЭМКЗ). Сдерживающим фактором широкого применения зарубежной аппаратуры является ее отсутствие на российском рынке. Производители не продают приборы российским геофизическим компаниям, а предоставляют в аренду или оказывают сервисные услуги. В статье рассмотрен отечественный комплекс для каротажа в процессе бурения, который является совместной разработкой НПП ГА «Луч» и ИНГГ СО РАН.
Прибор для проведения высокочастотного
электромагнитного каротажа в процессе бурения
Разработанный новый прибор для проведения высокочастотного электромагнитного каротажа в процессе бурения (ВИК-ПБ) отличается от предыдущих модификаций наличием металлического корпуса, обеспечивающего высокую прочность прибора [9]. Генераторные и приемные катушки размещены в кольцевых проточках монолитной трубы из немагнитной стали. Электронные модули расположены в герметичных отсеках стенки трубы. Зонд предназначен для оперативного определения УЭС разбуриваемых пластов и расстояний от границ коллектора до горизонтального ствола. В процессе бурения измеряются интенсивности естественного гамма-излучения (гамма-каротаж - ГК), углы наклона (зенитный, азимутальный и поворота) прибора, а также относительные амплитудно-фазовые характеристики электромагнитного поля, возбуждаемого в среде шестью трехкатушечными зондами на частоте 0,88 и 3,5 МГц.
Шифр зондов ВИК-ПБ Частота, МГц Длина, м База,м
1_ 0,88 1,40 0,35
1,05 0,18
1_Е 1,40 0,53
Н 3,5 0,70 0,18
НО 1,05 0,35
НЕ 1,05 0,53
Несимметричная конструкция электромагнитного зонда существенно уменьшает общую длину прибора и «мертвую» призабойную зону. Влияние металлического корпуса подавляется специальным сигналом, не зависящим от окружающей среды. Параметры зондов электромагнитного каротажа и их обозначения приведены в таблице. Значения рабочей частоты зондов близки к значениям этого параметра для среднего и длинного зондов ВЭМКЗ, однако расстояния между генераторной и приемными катушками иные.
Лабораторное тестирование прибора подтвердило низкий уровень шумов и высокую чувствительность сигналов к электрофизическим параметрам среды. Физическое моделирование проведено в баке (рис. 1, а), предназначенном для метрологической поверки аппаратуры электромагнитного каротажа. Бак заполнен водным раствором поваренной соли (электролит). Геометрические размеры бака (в плане 2,8x2,8 м, глубина 1,8 м) превышают длину зондовой системы, что позволяет использовать его для моделирования электромагнитных сигналов в однородной изотропной среде. В центре дна бака находится скважина. Стенки бака изолированы от вмещающей среды, УЭС которой составляет около 95 Ом-м.
Представленные на рис. 1, б диаграммы кажущегося удельного электрического сопротивления рк получены при профилировании границы воздух - электролит зондом DF10 (частота 3,5 МГц; длина 1 м) прибора ВИКИЗ и зондом HD (3,5 МГц; 1,05 м) разработанного прибора ВИК-ПБ. На форму диаграмм влияет асимметрия зондов. Из рис. 1, б видно совпадение с практической точностью измеренных значений рк с рассчитанными с помощью программно-алгоритмических средств моделирования, основанных на приближенных интегральных и точных сеточных численных методах [10, 11].
Тестирование прибора в баке показало, что он характеризуется низким уровнем шума. Наблюдается высокая степень совпадения измеренных и расчетных значений УЭС в практически важном диапазоне, соответствующем значениям УЭС терригенных и карбонатных пород Западной Сибири.
Диаграммы электромагнитного каротажа,
полученные в процессе бурения
На рис. 2 приведены диаграммы сигналов приборов ВИК-ПБ и ВИКИЗ стандартного комплекса геофизических исследований скважин (ГИС), записанные в процессе бурения на месторождениях в Томской области. Скважина с горизонтальным окончанием вскрывает пласт, состоящий из песчано-алевролитовых отложений, с тонкими прослоями глин. УЭС биополимерного бурового раствора составляло около 0,5 Ом-м, номинальный диаметр скважины - 0,146 м. Обозначение зондов ВИКИЗ: DF05 - длина зонда 0,5 м, частота 14 МГц; DF07 - 0,7 м, 7 МГц; DF10 - 1 м, 3,5 МГц; DF14 - 1 м, 1,75 МГц; DF20 - 2 м, 0,875 МГц.
На диаграммах зондов ВИК-ПБ верхний интервал скважины (2110-2202 м) выделяется повышенными значениями рк и пониженным средним уровнем интегральной естественной радиоактивности, что указывает на нахождение скважины в нефтеводонасыщенной части пласта. Расхождение значений рк на разных частотах идентифицирует понижающую зону проникновения небольшой толщины. С углублением скважины снижается рк и повышается гамма-активность. Это свидетельствует об увеличении содержания как глинистого компонента, так и минерализованной пластовой воды. Интервал 2210-2250 м слабо заглинизирован, но более водонасыщен, чем верхняя часть пласта. Ниже в малопроницаемых отложениях уровень гамма-активности соответствует глинам, а значения рк близки между собой. Высокие значения рк (30 Ом-м и более) соответствуют уплотненным изолирующим объектам, похожим на залеченные субвертикальные трещины.
Рис. 1. Схема бака (показана 1/4) (а) и диаграммы профилирования границы воздух - однородная проводящая среда, полученные по данным измерения зондами DF10 (ВИКИЗ) и НО ВИК-ПБ (б)
Рис. 2. Диаграммы сигналов приборов ВИК-ПБ и ВИКИЗ й - глубина относительно верхней точки интервала записи инклинометрии)
Диаграммы ВИКИЗ повторяют диаграммы ВИК-ПБ как по положению экстремумов, так и по значениям рк, но при этом являются более сглаженными. Диаграммы разных зондов ВИК-ПБ близки между собой вследствие того, что во время бурения зона проникновения не успела сформироваться, зонды работают на двух достаточно низких частотах. Корпус прибора ВИК-ПБ выполнен из проводящего материала, что приводит к сглаживанию сигналов и уменьшению влияния неровностей стенки скважины [11].
Таким образом, сравнительный анализ диаграмм ВИК-ПБ и ВИКИЗ показывает высокую степень их соответствия. Комплексирование данных указанных зондов, полученных во время бурения и через несколько часов или суток, позволит надежно выделять проницаемые породы разреза по особенностям сигналов, обусловленным изменениями прискважинной зоны.
Численная инверсия электромагнитных
сигналов
Анализ поведения сигналов зондов ВИК-ПБ [12] показал, что в горизонтальном интервале ствола скважины, пробуренном в продуктивной части пласта-коллектора, отмечается высокая чувствительность относительных амплитудно-фазовых характеристик к УЭС пласта и к положению его кровли и подошвы. Это указывает на возможность применения метода и аппаратуры ВИК-ПБ для решения задач геонавигации и определения УЭС пластов в процессе бурения.
В терригенном разрезе в горизонтальном направлении свойства среды меняются относительно медленно, поэтому для каждого интервала инверсии модель среды можно выбирать горизонтально-слоистую. Резкие из
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.