Магнитометрические исследования нефтегазовых скважин Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

е

12

ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА

4/Н (69) август 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

При изучении нефтегазовых месторождений новая информация может быть получена при комплексировании скважинных магнитометрических исследований с современным аппаратурно-методическим комплексом измерений и интерпретации различных геофизических полей в скважинах. В настоящее время при геологическом изучении районов, перспективных на нефтегазовые месторождения, широко применяется комплекс аэро-, наземных и скважинных геофизических методов, включающих и магнитометрию.

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Ю.Г. АСТРАХАНЦЕВ

Н.А. БЕЛОГЛАЗОВА Институт геофизики УрО РАН г. Екатеринбург

Магнитная минерализация на нефтяных месторождениях отмечается в зонах регрессивного метаморфизма, приуроченного к областям разуплотнения пород и повышенной проницаемости газа и флюидов, хорошо отмечаемым по магнитометрическим данным. Это обусловлено изменением магнитных свойств осадочных пород по латерали и новообразованием новых магнитных минералов при воздействии углеводородов на вмещающие породы. Для выявления закономерностей размещения нефтегазовых месторождений и их достоверного прогнозирования необходимо изучение глубокозалегающих нефтегазоносных комплексов и интрузий, встречающихся в осадочных отложениях. Проведение сква-жинной магнитометрии позволяет проводить литологическое расчленение разрезов нефтегазовых скважин по контрастности магнитных свойств пластов и их элементов залегания и увязывать его с данными наземной и аэромагнитной съёмок в районах бурения скважин [Иголкина, Астраханцев, 1999].

Резко возросший за последние десятилетия уровень магнитометрической аппаратуры, методики и программного обеспечения для обработки и интерпретации магнитных данных позволяет расширить круг решаемых

И.И. ГЛУХИХ Г.В. ИГОЛКИНА

геологических задач и реализовать построение вероятностных петромагнитных разрезов на месторождениях углеводородного сырья. Определяющим условием для этого явилась возможность непрерывных измерений одновременно всех трех составляющих вектора геомагнитного поля, величины магнитной восприимчивости горных пород, магнитного азимута и зенитных углов скважины. Это позволило решать сложные геологические задачи и перейти от качественного истолкования полученной магнитометрической информации к её количественному истолкованию.

В настоящее время в Институте геофизики УРО РАН разработан и опробован аппа-ратурно-программный комплекс, позволяющий одновременно проводить непрерывные магнитометрические и инклинометрические исследования наклонно-направленных скважин как в открытом стволе, так и в легкосплавных бурильных трубах. Комплекс включает в себя цифровой скважинный магнитометр-иклинометр нового поколения и программное обеспечение, позволяющее производить непрерывную регистрацию измеряемых параметров на персональный компьютер и оперативно обрабатывать полученную информацию непосредственно в полевых условиях.

Использование жестко закрепленных феррозондов, бесколлекторных систем определения их ориентации (акселерометры типа АТ1305, АТ1104 (ОКБ «Темп» г Арзамас)) и новых магнитных материалов позволяет существенно повысить точность измерений [Астра-ханцев, 1998; Потапов и др., 1999; Астраханцев, Пономарев, 1985]. Такой принцип построения аппаратуры воплощен в комплексном сква-жинном магнитометре-инклинометре МИ-3803, который позволяет одновременно проводить непрерывные измерения вертикальной и горизонтальной составляющих модуля геомагнитного поля, магнитной восприимчивости горных пород, подсеченных скважиной, магнитного азимута, визирного и зенитного углов скважины (рис.1).

Прибор разработан в нескольких модификациях с питанием от сети переменного тока или аккумуляторов. При использовании ориентаторов по патенту РФ [Астраханцев, 1996 (б)] возможно проведение измерений в горизонтальных скважинах. Акселерометры, используемые в скважинном приборе, содержат температурные датчики, используемые для программной коррекции ухода «нуля» и коэффициента преобразования ориентаторов. Такая коррекция необходима при большом диапазоне рабочей температуры (0-120°С), особенно в субвертикальных скважинах.

Для обеспечения высокой точности измерений геомагнитного поля при помощи феррозондов в приборах этого типа было обеспечено [Астраханцев, 1996 (а), Астраханцев, 1996 (б), Глухих и др., 1995]:

• требуемое быстродействие магнитометра при переключении феррозондов;

• приемлемый уровень собственных шумов феррозонда, в целом магнитометра и температурная стабильность датчиков;

• требуемая линейность выходного сигнала магнитометра в широком диапазоне изменения магнитного поля;

• высокая помехозащищенность магнитометра от полей промышленной частоты.

В зависимости от условий измерений, скважинный прибор может быть помещен в корпус диаметром от 38 до 70 мм. Прибор работает с использованием одножильного бронированного кабеля длиной до 6 км. Регистрация информации осуществляется в режиме непрерывной передачи данных, что позволяет его стыковать не только ►

Рис. 1 Схематическое изображение трехкомпонентного скважинного магнитометра-инклинометра, сконструированного на основе жестко закрепленных феррозондов и акселерометров

Ф

ЭКСПОЗИЦИЯ 4/Н (69) август 2008 г.

ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА

Диапазон измерений:

составляющих вектора геомагнитного поля ±804 03 нТл

азимута скважины 0-3600

угла отклонения скважины от вертикали 0-1800

магнитной восприимчивости 50Ч0-5 -2 ед.СИ

Погрешность измерений:

составляющих вектора геомагнитного поля ±0.01^±20 нТл

азимута (при зенитном угле >2°) ±1,50

зенитного угла ±100

Питание:

от сети переменного тока 220 В, 50 Гц

Габариты:

скважинный прибор 1800х(38-70) мм

наземный пульт 100x140x160 мм

Условия эксплуатации:

температура -10- 1200 С

давление до 100 МПа

Табл. 1 Основные технические характеристики скважинного магнитометра-инклинометра МИ-3803-М

Рис. 2 Результаты скважинной магнитометрии по скважине №155 Кечимовского месторождения

с персональными компьютерами, но и с компьютеризированными каротажными комплексами типа «Гектор», «Вулкан» разработки фирмы «Эликом», г Уфа.

Блок магнитной восприимчивости содержит ^-датчик, состоящий из намагничивающей катушки, приемного феррозонда и компенсационной катушки. Сигнал с феррозонда преобразуется той же схемой магнитометра в сигнал постоянного тока и далее в цифровой код.

Программно-методическое обеспечение позволяет реализовать непрерывную регистрацию измеряемых величин параллельно с коррекцией глубин по магнитным меткам, их предварительную обработку и визуальный просмотр информации в процессе измерения. Регистрируемые параметры в двоичных кодах записываются в память компьютера. Последующая программная обработка включает расчет Z- и Н-составляющих магнитного поля, азимута, зенитного и визирного углов скважины в функции глубины с внесением всех поправок в измеренные параметры. Производится скаляция глубин по выбору через 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 и 10,0 м с автоматическим осреднением азимута и визирного угла (ф), что позволяет проводить инклинометри-ческие измерения как в открытом стволе, так и в легкосплавных бурильных трубах (ЛБТ). Дальнейшие расчеты позволяют определить траекторию скважины непосредственно в полевых условиях. Выходные данные представляются в [^-формате.

Программное обеспечение для интерпретации скважинных измерений позволяет производить построение векторов аномального магнитного поля и определять:

• пространственное положение тел с повышенной магнитной восприимчивостью в околоскважинном пространстве;

• определять элементы залегания магнитных тел, подсеченных скважиной, по скачкам магнитного поля;

• вычислять намагниченность горных пород и моделировать магнитные поля от нескольких тел.

Применение скважинной магнитометрии (измерение магнитной восприимчивости и магнитного поля) позволило изучить распределение магнитной минерализации и изменение магнитного поля и его градиента с глубиной в чехлах древних (Тимано-Печорская СГ-5, Кол-винская ) и молодых (Тюменская СГ-6) платформ, а также в трех глубоких разведочных скважинах Западной Сибири.

Расчленение разреза скважины основано на различиях в величине и характере кривых магнитной восприимчивости и магнитного поля подсеченных пород. Магнитные породы, вскрытые нефтегазовыми скважинами, имеют различные магнитные свойства и менее четкую, по сравнению с рудными скважинами, дифференциацию по магнитным свойствам с вмещающими породами. Для слабомагнитных объектов соотношение по магнитной восприимчивости между магнитным телом и вмещающей породой не превышает 1 -2 порядков. Более однородными по магнитным свойствам являются осадочные породы глины, алевролиты, аргиллиты, песчаники, известняки и доломиты. Магнитная восприимчивость их варьируется в пределах 0-400И0-5 ед. СИ. Последнее обстоятельство является благоприятным фактором для магнитной корреляции разреза на нефтегазовых месторождениях. Магнитометрические исследования, проведенные в Тимано-Печорской СГ-5 и Колвинской параметрической скважине, показали, что магнитные долериты, вскрытые скважинами в интервале глубин 4000-5000 м на фоне слабомагнитных известняков, аргиллитов и алевролитов, выделяются четкими аномалиями магнитной восприимчивости и магнитного поля.

Впервые для расчленения осадочного разреза скважинная магнитометрия была проведена в Тюменской сверхглубокой скважине СГ-6, вскрывшей в верхней части разреза осадочные слабомагнитные породы, которые характеризуются значениями магнитной восприимчивости до 4010-5 ед. СИ, Za до -100 нТл.

В 1994-1995 гг. измерения выполнялись в скважинах Кечимовского месторождения

Западной Сибири (Астраханцев, Иголкина, 2000), где была показана эффективность скважинной магнитометрии при расчленении осадочного чехла и пород палеозойского фундамента (рис. 2).

Данные скважинной магнитометрии в этом районе показывают, что осадочные породы, подсеченные нефтегазовыми скважинами, слабо магнитны, а кривые магнитной восприимчивости ® и магнитного поля сильно дифференцированы, что связано с неоднородным распределением и количеством магнитных минералов в осадочном чехле. Низкими значениями магнитной восприимчивости и магнитного поля характеризуются песчаники, величина магнитной восприимчивости которых не превышает 4010-5 ед. СИ. Повышенными магнитными свойствами отмечаются алевролиты и аргиллиты, у которых величина ® до 15010-5 ед. СИ. Лабораторные исследования выявили в качестве носителей намагниченности пирротин, магнетит и маггемит. Разработанный комплекс признаков корреляции по магнитным параметрам (величина магнитной восприимчивости, величина и знак магнитного поля, величина и направление естественной остаточной намагниченности, определенной по скважинным измерениям, и другие магнитные параметры) позволил с достаточной степенью достоверности провести сопоставление и корреляцию магнитных пород месторождения.

Магнитные базальты, вскрытые одной из скважин среди осадочных пород на глубинах 3501-3512 м, 3520-3526 м и 3537-3549 м, обладают величиной магнитной восприимчивости от 2500 до 380010-5 ед. СИ и величиной аномалии вертикальной составляющей магнитного поля Zа до -3000 нТл (рис.2). Аномалия модуля горизонтальной составляющей Н составляет 6000 нТл. Кривые ® и Za сильно дифференцированы. Характер кривых Za и Н позволил сделать вывод о том, что базальтовые тела являются секущими по отношению к вмещающим породам. Определение элементов залегания базальтов по скачкам ►

14 ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА

4/Н (69) август 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

скважин // Геофизика , 1995. № 4, С. 145-150. Иголкина Г.В., Астраханцев Ю.Г., Глухих И.И, Литвинов Е.П. Перспективы и возможности

магнитного поля подтвердило юго-западное С учетом изменения азимута и наклона общей скважин // Уральский геофизический вестник-

падение пород. естественной намагниченности, в разрезе №1 Екатеринбурп урО рАН,20°а С. 10-17.

Ещё одна проблема, которую, возмож- скважины выделены три интервала. Первый, 5. Астраханцев Ю.Г, Псжомарев В.1-1. .

- с 1299315 (СССР) МКИ G01V 3/18/ Устрой-

но, позволит решить магнитометрическое представленный плагиоклаз-оливиновыми jwur,. ^чн««

, . _ ство для измерения магнитной восприимчиво-

исследование нефтегазовых скважин - по- порфировыми базальтами, характеризуется сти гоных пород 1985 ДСП

вышение эффективности ядерно-магнит- средней величиной общей естественной на- 6 Б™ валоГА'н^гош^га Портнов ВС

ного каротажа (ЯМК). Применение мето- магниченности 90 сА/м, углом наклона -380 и ' Определение намагниченности пород в сква-

да ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) в азимутом -1310. Второй, где в интервале глу- Жине по результатам измерения магнитного

искусственных магнитных полях открыло бин 3790-3850 м встречены пиллоу-базаль- поля и магнитной восприимчивости // Геология

новые возможности исследования свойств ты, имеет средние значения соответственно и разведка, 1992. № 2. С. 116-121.

пластов и пластовых флюидов (Ядерно- 119 сА/м, -110, +130. Третий интервал, для 7. Глухих и и- Иголкина Г^ Астраханцев Ю.П

магнитный..., 2002; Расширение..., 2006). которого характерно переслаивание плагио- Магнитометрия глуб°™^ ^ м^хтубоких

Появилась возможность оценить общую клаз-оливиновых порфировых, флоу- и пла-

пористость пласта и разложить ее на ком- гиоклаз-оливин-хлоритовых порфировых ба-

поненты: эффективную п°ристость, пори- зальтов,характеризуетсясреднимизначениями скважинной магнитометрии при исследовании

стость капиллярно-связанной воды и ми- соответственно 183 сА/м, +490 и +380. При осадочных разрезов и палеозойского фунда-

кропористость глин (Мурцовкин и др., 2004). известной величине магнитной восприимчи- мента Западной Сибири по результатам изме-

Высокая эффективность метода в немалой вости пород, предлагаемая методика позво- рений в глубоких скважинах // Электрические

степени связана с возможностью точно- ляет оценить и их естественную остаточную и электромагнитные исследования в нефтега-

го расчета намагничивающего магнитного намагниченность. В скв. 504В выделенные ^ых гамж^ах. Новосибирск: С° вд^ НИЦ

поля и высокочастотного поля, вызывающе- интервалы отличаются и по естественной °ИГГМ, 1999 г с.291-298.

го прецессию, в заданной зоне исследова- остаточной намагниченности: первый интер- 9 Иголкина ГВ- Бахвал°в А.К °пределение намагниченности зон магнетитовой минерализа-

ния (Матюшин и др., 2000). Но существен- вал - среднее значение модуля 97 сА/м, на- _ v

ции по данным скважинной магнитометрии //

ную погрешность при этом может оказать КПонение ^ азимут -63°; втор°й интервал Наука и образование - ведущий фактор стра-

изменение магнитных свойств среды (там - соответственно 113 сА/м, +40, -10; третий тегии «Казахстан-2030»: Тр. Междун. науч.

же; Мурцовкин, Топорков, 2000). Как пока- интервал - также соответственно 161 сА/м, конф. Караганда, 1998. С. 692-695

зали лабораторные исследования (Keating, +260 и +730. 10.Иголкина Г.В., Белоглазова Н.А. Определение

Knight, 2007), время поперечной релакса- Таким образом, оценка общей есте- намагниченности пород по измерениям вну-

ции жидкости Т2, насыщающей пористую ственной намагниченности по результатам треннего магнитного поля и магнитной воспри-

среду, зависит от свойств поверхности пор. скважинной магнитометрии, расчленение имчивости в сверхтубоких сжмжитх // Теория

Повышенное содержание магнитных ми- разреза по магнитным свойствам позволят и практика геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электромагнитных

нералов в пластах приводит к увеличению выбрать оптимальные параметры ядерно-

г I- i-i-ni- полей: Тр. Междун. конф. Воронеж: Квадрат,

локального градиента магнитного поля, что магнитного каротажа для изучения нефте- 1996 с 86-87

в свою очередь сокращает время релакса- газовых залежей. 11. Матюшин Е.М., Барляев В.Ю., Мурцовкин В.А.,

ции флюида, а, следовательно, приводит При бурении нефтегазовых скважин Хаматдинов Р.Т. Первый российский прибор

к искажению результатов интерпретации. возникает ряд проблем, связанных с при- ядерно-магнитного каротажа с использованием

Получение дополнительной информации менением специфической технологии поля постоянных магнитов // Геофизика, 2000.

о магнитных свойствах пород, слагающих бурения, а также с повышенной кавер- № 1. С. 43-50.

стенки скважины, позволит скорректировать нозностью стволов скважин. Примене- 12.Мурцовкин В.А., Митюшин Е.1У1.,Малинин АВ.

интерпретацию полученных результатов ние бурового раствора с повышенными Выбор режимов измерений при ядерно-магнитном каротаже для определения нефтена-

ЯМК. Оценка естественной намагничен- магнитными свойствами приводит к ад- v v ,, J .

сыщенности продуктивных пластов // Геофи-

ности горных пород, вскрытых скважиной, сорбированию его на стенках скважины, зика 2004 № 4 С 10-26

проводится по измеренным значениям со- в кавернах и зонах поглощения, а также 13.Мурцовкин В.А., Топорков В.Г. Новая техно-

ставляющих геомагнитного поля и магнитной проникновение магнитных металлических логия петрофизических исследований керна,

восприимчивости пород в скважине. В основ- частиц в каверны и трещины позволяет шлама и флюидов // Каротажник, 2000. № 69.

ном, имеющиеся программы направлены на выделить зоны трещиноватости и раздро- С. 84-96.

определение вертикальной (остаточной и ин- бленности в разрезах нефтегазопоисковых 14.ПотаповА.Н.,ШерендоТ.А.,АстраханцевЮ.Г., дуцированной) намагниченности (Бахвалов скважин по магнитным измерениям. Соз- Шулик ^^ Нехорошков В..П. Использование и др., 1992; Иголкина, Бахвалов, 1998). Ме- дание базы фактического материала по нанокристаллических и амо^ых сплавов в тодика вычисления по результатам скважин- нефтегазовым месторождениям различных измерений полной естественной намаг- ного типа, а также комплексная интерпре-

16.Скважинная магнитометрия при изучении магнитоактивного слоя океанической зем-

скважинных феррозондовых магнитометрах

// В.кн. Структура и свойства нанокристал-

лических металлов, Екатеринбург, УРО РАН, ниченности пород, предложенная в работе тация данных скважинной магнитометрии,

.- ч 1999 г. С. 38-39.

(Иголкина, Белоглазова, 1996), основана на магнитных исследований керна с другими _ ____________________„„„,-, „„„„,„„„„

v ' г " 15.Расширение возможностей производ-аппроксимации магнитных пластов тонкими методами ГИС позволит повысить досто-

ственного применения российской тех-

призмами. Критерием достоверности пред- верность решения геологической задачи нологии ядерно-магнитного каротажа

лагаемой модели объекта с вычисленными изучения закономерности распределения , D ,-

„ ' „ в искусственном поле / В.Ю. Барляев,

значениями естественной намагниченности нефтегазоносности с глубиной для различ- в в Барташевич В К Громцев и др //

является сходимость измеренного и рас- ных геодинамических районов России. ■ Каротажник 2006' № 24 С 97 107

считанного магнитных полей. Получаемая __' ■ - ■ ■ ■

информация позволяет проводить дополнительное расчленение разреза по величине и СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ной коры / Ю.Г. Астраханцев, А.Н. Бахвалов, направлению естественной намагниченности Н.А. Белоглазова и др. // Науки о Земле пород. 1. Астраханцев Ю.Г. Патент России №2063052. - Найти и извлечь: Тр. Междун. конф. СПб,

Апробация предложенного алгоритма и G01V 3/18 Блок первичных преобразователей 2006. (С033).

разработанной на его основе программы для скважинного магнитометра-инклинометра, 17. Ядерно-магнитный томографический каротаж

1996(а), бюлл. №18. / Р.Т. Хаматдинов, Е.М. Митюшин, В.Ю. Барляев

Астраханцев Ю.Г. Патент России №2066184. и др. // Каротажник, 2002. № 100. С. 138-171.

G01V 3/18 Блок первичных преобразователей 18.K. Keating, R. Knight. A laboratory study to de-

скважинного магнитометра-инклинометра, termine the effect of iron oxides on proton NMR

гая. 2006). Основой послужили магнито- 1996(б), бюлл. №18. measurements // Geophysics, 2007. V. 72. № 1.

метрические измерения в скважине, выпол- 3. Астраханцев Ю.Г. Цифровой шахтно-сква- P. E27-E32.

ненные сотрудниками Института геофизики жинный магнитометр-инклинометр // Депо- 19.Ponomarev V.N., Nekhoroshkov V. L. First me-

УрО РАН (Ponomarev, Nekhoroshkov, 1983). В нированная статья в ВИНИТИ 11.12.1998 asurements of the magnetic field within ocean

интервале 3764-3920 м модуль естественной №3638-В98. crust // Initial reports of the deep sea drilling

намагниченности меняется от 2,0 до 560 сА/м. 4- Ас"Фаханцев Ю'П, l/lrarnrna Г.В. Скважинная project. Leg 68 and 69. Washington, 1983. V.

магнитометрия при исследовании нефтегазовых LXIX. P. 271-279.

слабомагнитных объектов была проведена на примере скв. 504В глубоководного морского бурения на Коста-Риканском рифте (Скважин-