CC BY
248
УДК 550.832
Ю.Н. Антонов, Л.В. Сметанина ИНГГ СО РАН, Новосибирск
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ИЗ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
Yu.N. Antonov and L.V. Smetanina
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG)
3, Koptyug Av., Novosibirsk, 630090, Russia
ELECTROMAGNETIC LOGGING OF SANDY-SILTSTONE SEDIMENTS IN VERTICAL AND HORIZONTAL BOREHOLES
The main peculiarity of VIKIZ method is a possibility to determine properties of the invasion zone. This feature together with high resolution of VIKIZ allows to study transition zones and determine parts of collectors containing moveable oil and estimate heir saturation.
Введение. Бурение наклонно-направленных скважин с горизонтальным завершением является одной из экономически оправданных технологий. Горизонтальная технология бурения в сопровождении геофизического контроля над физическими свойствами среды, позволяет увеличить дебит и коэффициент извлечения нефти [1]. Нефтяную часть коллектора между подошвенной водой и газовой шапкой определяют нефтяной оторочкой в переходной зоне. Бурение горизонтальных скважин в таких объектах требует повышенного внимания, поскольку при разработке этой части пласта велика вероятность подъема подошвенной воды в зону отбора нефти. Отсутствие оперативных данных о переходных зонах отражается на качестве эксплуатации залежи горизонтальными скважинами. Проблема исследования переходной зоны в той или иной мере успешно решается методом высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ), разработанным совместно институтом нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН и научно-производственным предприятием геофизической аппаратуры "ЛУЧ".
О моделях каротажного зондирования. Бурение на пресном растворе (с минерализацией меньшей, чем у пластовой воды) изменяет электрические свойства коллекторов в переходной зоне. Многочисленными измерениями в скважинах вертикального и горизонтального бурения установлены характерные изменения удельного сопротивления вокруг скважин. Эти изменения обусловлены замещением пластовых флюидов водой фильтрата бурового агента. По форме кривой зондирования относительно шкалы удельных сопротивлений определяют характер насыщения пластов-коллекторов [2]. Благодаря высокой разрешающей способности зондов результаты зондирования можно представить тремя типовыми схемами [3].
Форма кривых зондирования или градиенты изменения удельного сопротивления могут зависеть также и от других факторов. Например, от
интервала времени между окончанием бурения и проведением каротажа; от качества изоляции коллектора от промывочных агентов при импульсных поршневых давлениях на коллектор при спусках к забою бурового инструмента и др. Несмотря на эти процессы, практические кривые зондирования остаются в рамках представленных моделей. Модель "А" соответствует водоносному пласту. Чем тоньше структура пор коллектора, тем глубже проникновение фильтрата и положе отрицательный градиент удельного сопротивления.
Рис. 1. Модели зондирования пористо-проницаемых пород с различным составом флюидов: А - коллектор водоносный. В - коллектор с подвижной нефтью и остаточной неподвижной водой. С - коллектор насыщенный подвижной водой и нефтью. Соленость водного фильтрата бурового раствора
меньше, чем соленость пластовой воды
Модель "В" соответствует коллектору с высоким насыщением подвижной нефтью (газом). Остаточная пластовая вода находится в связанном виде. Коллектор выявляется положительным градиентом удельного сопротивления по направлению от скважины. Чем меньше пластовой воды, тем круче фронт положительного градиента.
Модель "С" отражает наиболее сложные процессы взаимодействия пресного фильтрата с пластовыми флюидами. Свободное перемещение пластовой воды и нефти приводит к образованию окаймляющей зоны (скопления соленой пластовой воды) за фронтом вытесненной нефти. Инверсия удельного сопротивления является типичным свойством коллекторов с переходной зоной. Крутизна отрицательного и положительного градиентов на кривой зондирования зависит от глубины проникновения фильтрата. Её формирование определяется, в частности, сроками проведения каротажа после бурения. Значительное влияние оказывает также
контрастность в минерализации вод (пластовой и фильтрата). Практически, при всех стадиях формирования зоны проникновения наибольшей деформации подвергается инверсионная часть кривой зондирования (интервал положительного градиента). Это связано с удалением от скважины окаймляющей зоны и с её "растеканием" в геометрически большем пространстве среды.
Признаки инверсии каротажных диаграмм на интервалах проницаемых пластов являются важным для практики диагностическим признаком, указывающим на промышленную нефтеносность коллектора. Этот признак является характерным для многих залежей Западной Сибири. На примере исследования терригенных разрезов зондами ВИКИЗ в вертикальных скважинах такие неоднородности выявляются наиболее наглядно.
Вертикальные скважины. На рис.2 представлен терригенный разрез пластов АС4-8 Федоровского месторождения, крупнейшего в Западной Сибири. Интервал нефтеносных пластов АС7-8 выделен штриховыми горизонтальными линиями на уровне ВНК (1822 м) и по их кровли (1803 м). Этот интервал характеризуется более высокими фильтрационно-емкостными свойствами. Большая часть интервала представлена переходной зоной, которая выделяется увеличением удельного сопротивления снизу вверх по разрезу в удаленной от скважины зоне пласта. На всем интервале переходной зоны наблюдается инверсия диаграмм зондов малой и средней радиальной глубины исследования.
Выше, над переходной зоной, выделяются газоносные алевролиты положительным градиентом УЭС. Нижняя часть переходной зоны совпадает с ВНК и выделяется критическим значением удельного
сопротивления. Вертикальной пунктирной линией "А - А" обозначена критическая величина удельного сопротивления. По шкале измеряемого параметра критическое значение разности фаз равно 17 градусам. Этой величине соответствует удельное сопротивление равное 4.89 Ом-м. Меткой круглой формы отмечено пересечение диаграмм зондов 1,4 м и 2,0 м (начало инверсии этих кривых) с вертикальной линией "А-А". Ниже этой метки диаграммы всех зондов ВИКИЗ выделяют водоносный интервал пластов АС7-8 отрицательным градиентом кажущихся УЭС в соответствии с кривой зондирования на рис. 1 А.
Можно констатировать, что переходная зона с нефтяной оторочкой выделяется по двум характерным признакам.
Рис. 2. Вертикальный разрез терригенных отложений неокома в Западной Сибири
Во-первых, инверсия диаграмм начинается над уровнем ВНК и последовательно переходит от длинных зондов к зондам средней длины и, далее, к коротким - вверх по разрезу. Инверсия завершается на отметке 2086,5 м. Этот уровень помечен точкой на пересечении диаграмм зондов малой длины. Выше отметки диаграммы ВИКИЗ выделяют разрез положительным градиентом удельного сопротивления от скважины в пласт.
Во-вторых, по данным зондов большой длины переходная зона выделяется плавным увеличением удельного сопротивления вверх от уровня ВНК в удаленной неизмененной части пласта-коллектора.
Зондирование переходной зоны довольно часто завершается совмещением диаграмм зондов большой радиальной глубины исследования. В этом случае результаты измерений можно принять за истинные, т.е. неискаженные техногенными процессами бурения. Такие результаты зондирования позволяют оперативно оценить коэффициенты насыщения по специальной методике [4].
По результатам оперативной оценки насыщения определяется вертикальный интервал (коридор) в интервале переходной зоны с оптимальным содержанием нефти. Например, по данным ВИКИЗ, коридор для горизонтального бурения находится между отметками 2088-2092 м. Этот интервал для коридора оказывается на 3м ниже нефтегазоносной части и более чем на 8м выше от статистического уровня ВНК.
Горизонтальные скважины. Геолого-геофизическими исследованиями скважин определяются интервалы с повышенным содержанием подошвенной воды в переходных зонах, которая естественным путем проникает в залежь. Техногенные изменения флюидов в залежах также имеет место за счет прорыва закачиваемой воды.
Каротажное сопровождение горизонтального бурения скважин методом ВИКИЗ позволяет контролировать электрические свойства пород вокруг скважины. При этом зондированием измеряют изменения в зоне проникновения коллектора (ЗПК) и удаленной зоне (УЗК), где коллектор остается в естественном состоянии. По результатам зондирования оперативно определяют изменения насыщения коллектора [5]. Контроль над величинами удельного сопротивления и их радиальными градиентами дает информацию для навигации траектории бурения. Например, бурение направляют вверх на более высокий уровень, если фиксируются величины удельного сопротивления близкие к критическому значению в УЗК. Типовые формы градиентов УЭС (рис. 1) характеризуют изменения в ЗПК, что позволяет на качественном уровне интерпретировать насыщение коллекторов.
Бурение скважин с горизонтальным завершением, включая боковые врезки ствола из обсаженных скважин старого фонда, является одной из актуальных проблем. Методом ВИКИЗ и его модификациями (ВЭМКЗ и др.) выполнен большой объем геофизических работ по навигации горизонтального бурения на нефтяных месторождениях в Западной Сибири.
Данные ВИКИЗ, с одновременной записью диаграммы ПС, получаемые при исследовании горизонтальных скважин, позволяют контролировать
размещение ствола в коллекторе и характер его насыщения. Эти сведения, получаемые оперативно, способствуют оптимальному размещению ГС в переходной зоне, что, в итоге, улучшает эффективность отбора нефти из залежи.
В качестве примера, на рис. 3
приведены результаты каротажа
скважины с горизонтальным интервалом длиной более 600 м.
Значительная часть этого интервала заполнена технической водой.
Хорошие фильтрационные
свойства коллектора и данные о траектории скважины (максимальная глубина траектории - 1812 м)
подтверждают, что ствол скважины находится выше статистического уровня ВНК более, чем на 9м. По
данным метода ПС интервал
выделяется небольшой отрицательной аномалией по отношению к глинам алымской свиты (выше отметки 1772 м). Данные ГК хорошо согласуются с данными ПС. Небольшие интервалы глинистых линз, выделяемые методами ПС и ГК^ на кривых КИКИ3 Рис. 3. Горизонтальная скважина в отмечаются совмещением диаграмм. интервалах прорыва технической
Данные ВИКИЗ представлены воды
двумя треками. На втором треке
приведен результат третьего промежуточного каротажа, а на следующем -шестой окончательный каротаж. Промежуточные исследования были выполнены на шесть дней раньше окончательного каротажа. На интервале перекрытия (до отметки 2330 м) отчетливо видны изменения электрических свойств на малых расстояниях от скважины (зонды 0.5 - 1.0 м). При этом данные зонда большой радиальной глубины исследования (2 м) не изменяются на интервале перекрытия.
Около кровельная часть пластов АС7-8 (интервал 1800 - 1806 м) отмечается положительным градиентом УЭС зондами средней и большой длины и высоким фильтрационным свойством по данным ПС. Таким образом, данные ВИКИЗ и ПС позволяют выделять наиболее эффективные по насыщению интервалы коллектора нефтяных оторочек.
Линия "А - А" на полях диаграмм ВИКИЗ соответствует критическому значению удельного сопротивления. Смещение диаграмм влево от этой линии указывает на обводнение значительных интервалов разреза - сотни метров.
Главным показателем обводнения, как и в вертикальных скважинах, являются значительные расхождения в диаграммах зондов ВИКИЗ с
отрицательным градиентом УЭС, который завершается низкими значениями кажущихся удельных сопротивлений (существенно ниже критических).
Заглубление ГС на 5 - 6м ниже отметок 1805 - 1806м привело скважину в зону прорыва технической воды по интервалам коллектора с низким фильтрационным сопротивлением. Приведенный материал промежуточного каротажа (второй трек диаграмм ВИКИЗ), полученный ранее окончательного каротажа, уже содержал информацию о повышенном содержании воды в залежи нефти. После ввода скважины в эксплуатацию, количество технической воды существенно превысило долю нефти в дебите жидкости.
Исследования горизонтальных скважин с высоким содержанием подвижной нефти и малым дебитом пластовой воды характеризуются удельным сопротивлением, превышающим критическую величину удельного сопротивления для данной залежи [6].
Выводы. От известных методов электрического зондирования скважин метод ВИКИЗ отличается уникальной разрешающей способностью. Данные ВИКИЗ позволяют "увидеть" весьма тонкую текстуру электрически неоднородных осадков. При фильтрации бурового агента с известными электрическими свойствами, иными, чем у пластовых флюидов, определяется характер насыщения коллекторов. Эти задачи решаются на качественном уровне оперативно по данным кажущихся значений измеряемых величин. Количественные оценки выполняются по результатам определения истинных параметров коллекторов.
Данные ВИКИЗ эффективно выявляют зоны прорыва техногенных вод. Электрометрический контроль позволяет своевременно принять необходимые меры для коррекции траектории горизонтального ствола скважины по нефтяной оторочке с оптимальным содержанием нефти.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Калинин А.Г., Левицкий А.З., Никитин Б.А. Технология бурения разведочных скважин на нефть и газ. Учеб. для вузов. - М., Недра, 1998. 440 с.
2. Антонов Ю.Н. Интерпретация диаграмм ВИКИЗ. //НТВ "Каротажник", 1999, вып. 64. С. 6-43.
3. Технология исследования нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ. Методическое руководство. / Ред. Эпов М.И., Антонов Ю.Н. Новосибирск: Издательство СО РАН, НИЦ ОИГГМ СО РАН, 2000. 121 с.
4. Антонов Ю.Н., Эпов М.И. Экспресс-оценка насыщенности переходной зоны коллекторов по данным ВИКИЗ. // НТВ "Каротажник". Изд. АИС. 2001, вып.84. С.103-115.
5. Антонов Ю.Н., Эпов М.И. Способ геонавигации горизонтальных скважин. Патент РФ № 2230343. 2004г.
6. Антонов Ю.Н., Эпов М.И., Глебочева Н.К. Неоднородности коллекторов в горизонтальных скважинах по данным электромагнитного зондирования // НТВ "Каротажник". Тверь: Изд. АИС, 2002. Вып. 97. С. 9-52.
© Ю.Н. Антонов, Л.В. Сметанина, 2009
