CC BY
79
ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ПЕСЧАНИКОВ ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА
Вячеслав Николаевич Глинских
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 3, кандидат физико-математических наук, зав. лабораторией скважинной геофизики, тел. (383)330-45-05, e-mail: GlinskikhVN@ipgg. sbras.ru
Галина Владимировна Нестерова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 3, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории электромагнитных полей, тел. (383)330-49-53, e-mail: NesterovaGV@ipgg.sbras.ru
Работа посвящена использованию компьютерных моделей электропроводности глинистых песчаников в схеме интерпретации данных электромагнитного каротажа нефтегазовых скважин. Показаны возможности определения петрофизических параметров породы по данным электромагнитного каротажа. Получены количественные оценки флюидонасыщения и пористости заглинизированных коллекторов на основе численной двумерной инверсии как синтетических, так и практических диаграмм.
Ключевые слова: моделирование, инверсия, электромагнитный каротаж, модель электропроводности, глинистость.
PETROPHYSICAL MODELS OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF SHALY SANDS FOR ELECTROMAGMANETIC LOG INTERPRETATION
Vyacheslav N. Glinskikh
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian branch of Russian Academy of Science, 630090, Russia, Novosibirsk, 3, Koptyug, Ph.D., chief of Laboratory of borehole geophysics, tel. (383)330-45-05, e-mail: GlinskikhVN@ipgg.sbras.ru
Galina V. Nesterova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian branch of Russian Academy of Science, 630090, Russia, Novosibirsk, 3, Koptyug, Ph.D., senior scientist of Laboratory of electromagnetic fields, tel. (383)330-49-53, e-mail: NesterovaGV@ipgg.sbras.ru
Computer models of shaly sand conductivity used during electromagnetic logging interpretation are described. Possibility of rock parameters determination from sounding data was shown. Estimation of porosity and saturation of clayed reservoir on the base of 2D inversion both of synthetic and real logs were received.
Key words: simulation, inversion, electromagnetic logging, conductivity model, clay content.
При петрофизической интерпретации данных электрокаротажа на основе единой геоэлектрической и гидродинамической модели [5-8; 10; 15] в качестве петрофизического соотношения, связывающего гидрофизические параметры (водонасыщенность, солёность) и удельную электропроводность (УЭП) чаще всего используется тот или иной вид уравнения Арчи [2, 9]. Это уравнение ограничивается случаем только «чистых» песчаников и не учитывает ряд факторов, в том числе глинистость, которая может значительно повышать общую электропроводность породы [4].
Для корректной оценки насыщения необходим учет объемной доли и состава глинистого материала, а также пространственного распределения глинистых частиц в породе. К настоящему времени построены модифицированные уравнения, которые могут использоваться для изучения различных типов горных пород. В данной работе в качестве
петрофизического соотношения используются уравнения, описывающие представленные в литературе модели трехкомпонентных сред, включающих непроводящий кремневый песок, флюид и глинистые частицы [11-14].
Рассмотрим модель песчано-глинистого коллектора, вскрытого скважиной на глинистом буровом растворе и состоящего из трех пластов. В результате проникновения фильтрата бурового раствора в пласты и оттеснения пластовой воды и нефти в каждом из прослоев образуется зона проникновения, радиус которой в данной модели считается одинаковым для всех трёх пластов, водонасыщение в зоне равно 0.9 д.е. Неизменённые части пластов имеют водонасыщение 0.25, 0.5 и 0.75 д.е. Коэффициенты глинистости и пористости на интервале коллектора постоянны и составляют 0.1 и 0.15 д.е. Остальные параметры модели либо априорно заданы, либо их можно оценить с достаточной точностью по данным других методов ГИС.
Для данной модели пласта проведено численное моделирование диаграмм электромагнитного каротажа (ВИКИЗ) с использованием модели электропроводности рассеянной глины [11]. Моделирование основано на приближенном подходе, описанном в [1]. Получены оценки влияния количества глинистого материала на сигналы разности фаз и отношения амплитуд. На рис. 1а показаны вертикальные распределения эффективной УЭП в зонах проникновения (ЗП) и неизмененных частях пластов (П) с глинистостью 0.05 (штриховые линии), 0.1 (сплошные линии) и 0.2 д.е. (штрих-пунктирные линии). Увеличение глинистости приводит к
увеличению УЭП коллектора в целом. Здесь же показаны диаграммы разностей фаз (рис. 1б) и отношений амплитуд (рис. 1в) короткого (0.5 м) и длинного (2.0 м) зондов ВИКИЗ. В целом, диаграммы отражают типичную геоэлектрическую ситуацию пространственно неоднородного коллектора. Увеличение глинистости приводит к увеличению значений разности фаз и уменьшению отношений амплитуд. Проведённое численное моделирование и сравнительный анализ диаграмм показывают, что как модели
электропроводности, описывающие различный генезис глинистого вещества,
так и его количество оказывают существенное влияние на измеряемые сигналы.
Для выявления возможностей количественной оценки петрофизических параметров песчано-глинистых коллекторов проведена двумерная инверсия диаграмм с использованием модели электропроводности рассеянной глины. По практическим данным электромагнитного каротажа сделаны оценки водонасыщения верхнеюрских заглинизированных коллекторов. В качестве дополнительной информации привлекались результаты комплексной интерпретации данных потенциала самополяризации (ПС), гамма-каротажа (ГК) и нейтронного каротажа (НК), по которым определены глинистость и пористость с использованием принятых зависимостей, установленных по керну.
Рис. 1. Вертикальные распределения эффективной УЭП для модели электропроводности, описывающей рассеянную глину, при различной глинистости (а), синтетические диаграммы разностей фаз (б) и отношений амплитуд (в) короткого и длинного зондов ВИКИЗ.
На рис. 2 представлены результаты численной инверсии данных ВИКИЗ на интервале заглинизированного коллектора. Коллектор перекрыт глинистыми отложениями и подстилается плотным карбонатным прослоем. По данным ПС, ГК и НК рассматриваемый коллектор характеризуется уменьшением пористости от 0.18 до 0.14 д.е. и увеличением глинистости от 0.051 до 0.164 д.е. с глубиной. С учётом данных о глинистости (1) на интервале коллектора получены количественные оценки водонасыщения в неизмененных частях пластов (3) и окаймляющих зонах (4), а также уточнено
распределение пористости (2) по глубине (рис. 2а, сплошные линии). Также проведено восстановление водонасыщения с использованием минимального значения глинистости (штриховые линии). Как видно, без учёта глинистости оценка водонасыщения на интервале коллектора значительно завышена (до 15%). Вертикальные распределения эффективной УЭП в прискважинных зонах и неизмененных частях пластов показаны на рис. 2 б. Сравнительный анализ практических (сплошные линии) и синтетических (штриховые линии) диаграмм ВИКИЗ указывает на их хорошее соответствие и удовлетворительный подбор модельных параметров (рис. 2 в). Расхождение диаграмм в среднем не превышает 3-4% для всех зондов. Отметим, что полученные результаты в этом и в предыдущих примерах удовлетворительно согласуются с результатами оперативной интерпретации. Данный пример в целом иллюстрируют возможности использования моделей электропроводности глинистых песчаников при интерпретации данных электромагнитного каротажа.
Рис. 2. Вертикальные распределения петрофизических параметров (а), эффективной УЭП в зонах проникновения, окаймляющих зонах и неизмененных частях пластов (б), практические и синтетические диаграммы ВИКИЗ (в) на интервале заглинизированного коллектора
Наряду с вышеописанными моделями электропроводности, проведен анализ моделей, учитывающих описание поверхностной проводимости. Известно, что разные глинистые породы существенно отличаются по удельной поверхности [4]. Создана программа расчёта поверхностной
проводимости по формуле, учитывающей строение диффузного двойного слоя [3].
В заключение укажем следующее. Разработанные компьютерные модели электропроводности глинистых песчаников включены в систему количественной интерпретации данных электромагнитного каротажа. Проведено численное моделирование и анализ относительных амплитуднофазовых характеристик в моделях терригенных заглинизированных пластов-коллекторов. Возможность использования моделей электропроводности глинистых песчаников при интерпретации данных электромагнитного каротажа проиллюстрирована на практических примерах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глинских В.Н., Никитенко М.Н. Линеаризованные решения двумерных прямой и обратной задач высокочастотного электромагнитного каротажа в проводящих средах с учетом токов смещения // Геология и геофизика. - 2013. - Т. 54. - №12. - С. 1942-1951.
2. Дахнов В.Н. Интерпретация каротажных диаграмм. М-Л, 1941. - 496 с.
3. Делахей П. Двойной слой и кинетика электродных процессов. М.: «Мир» . - 1967.
- 252 с.
4. Дорогиницкая Л.М. Количественная оценка добывных характеристик коллекторов нефти и газа по петрофизическим данным и материалам ГИС. - Томск: Изд-во STT. - 2007. - 278 с.
5. Ельцов И.Н., Нестерова Г.В., Кашеваров А.А. Петрофизическая интерпретация повторных электромагнитных зондирований в скважинах // Г еология и геофизика. - 2011.
- Т. 52. - № 6. - С. 852-861.
6. Ельцов И.Н., Назаров Л.А., Назарова Л.А., Нестерова Г.В., Эпов М.И. Интерпретация геофизических измерений в скважинах с учетом гидродинамических и геомеханических процессов в зоне проникновения // ДАН. - 2012. - Т. 445. - № 6. - С. 671674.
7. Эпов М.И., Ельцов И.Н., Кашеваров А.А., Соболев А.Ю., Ульянов В.Н. Эволюция зоны проникновения по данным электромагнитного каротажа и гидродинамического моделирования // Геология и геофизика. - 2004. - Т. 45. - № 8. - С. 1031-1042.
8. Alpak F.O., Torres-Verdin C., Habashy T.M. Petrophysical inversion of borehole array-induction logs: Part I — Numerical examples // Geophysics. - 2006. - V. 71. - No. 4. - P. F101-F119.
9. Archie G.E. The electrical resistivity log as an aid in determining some reservoir characteristics // Tran. AIME. - 1942. - V. - 146. - P. 54-62.
10. Epov M.I., Yeltsov I.N. Integrated Resistivity and Invasion Model of Invaded Zone // Petrophysics. - 2004. - V. - 45. - No 2. - P. 198.
11. Lima de O.A.L., Sharma M.M. A grain conductivity approach to shaly sandstones // Geophysics. - 1990. - V. 55. - No 10. - P. - 1347-1356.
12. Lima de O.A.L., Sharma M.M. A generalized Maxwell-Wagner theory for membrane polarization in shaly sands // Geophysics. - 1992. - V. 57. - No 3. - P. 431-440.
13. Lima de O.A.L. Water saturation and permeability from resistivity, dielectric and porosity log // Geophysics. - 1995. - V. 60. - P. 1756-1764.
14. Lima de O.A.L., Niwas S. Estimation of hydraulic parameters of shaly sandstone aquifers from geoelectrical measurements // J. of Hydrology. - 2000. - V. 235. - P. 12-26.
15. Torres-Verdm C., Alpak F.O., Habashy T.M. Petrophysical inversion of borehole array-induction logs: Part II - Field data examples // Geophysics, 2006. - V. 71. - No.5. - P. G261-G268.
