CC BY
99ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
УДК 550.832.53
B.В. Черепанов, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ)
C.К. Ахмедсафин, ПАО «Газпром»
С.А. Кирсанов, ПАО «Газпром», s.kirsanov@adm.gazprom.ru
С.А. Егурцов, ООО «ИНГТ» (Москва, РФ), s.egurtsov@iogt.ru Ю.В. Иванов, ООО «ИНГТ», y.ivanov@iogt.ru А.И. Лысенков, ООО «ИНГТ», a.lysenkov@iogt.ru
А.В. Меркулов, ООО «Газпром добыча Ямбург» (Новый Уренгой, РФ)
Нейтронные методы в настоящее время играют одну из ведущих ролей в исследованиях скважин, направленных на обеспечение устойчивой, эффективной и рентабельной добычи углеводородного сырья. В статье рассмотрено современное состояние и освещены перспективные направления развития технологий нейтронного каротажа скважин при решении широкого круга задач, связанных с освоением нефтегазоконденсатных месторождений. Основная задача обозначена как устранение дисбаланса между уровнем развития аппаратурной составляющей технологий нейтронного каротажа и интерпретационно-методического сопровождения. Перечислены важнейшие отличительные черты нейтронных методов геофизических исследований скважин. Делается вывод о том, что для исследования обсаженных газовых скважин подходят только стационарный с радионуклидными нейтронными источниками нейтронов и импульсный нейтронный каротаж. Отдельное внимание уделяется технологии мультиметодного многозондового нейтронного каротажа. Оцениваются перспективы развития технологии импульсного нейтронного каротажа.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ, РАДИОНУКЛИДНЫЕ ИСТОЧНИКИ НЕЙТРОНОВ, ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ НЕЙТРОНОВ, ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ, МУЛЬТИМЕТОДНЫЙ МНОГОЗОНДОВЫЙ НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ, ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫЕ ЗАПАСЫ.
Технологические вызовы, вставшие в последние годы перед оте -чественной газовой отраслью, во многом связаны с изменением структуры текущих запасов углеводородов и, как следствие, с усложнением условий их освоения. В частности, уменьшаются запасы действующих месторождений, обеспечивающих основной объем добычи в зоне Единой системы газоснабжения,увеличивается доля залежей с падающей добычей. Вовлечение в разработку ресурсов газа,сосредоточенных в отложениях ачимовской толщи, тюменской свиты и сенонском комплексе, позволит в значительной мере компенсировать
падение добычи углеводородного сырья (УВС) в основном газодобывающем районе страны. Тем не менее разведка и освоение последних относится к ресурсоемким мероприятиям, требующим применения инновационных подходов и современных технологий. С учетом сложившейся ситуации по ограничению доступа к зарубежным технологиям актуальными становятся вопросы создания и внедрения отечественных наукоемких разработок, совершенствования методов обработки и интерпретации информации, в том числе геолого-геофизической.
Этим требованиям в полной мере соответствуют современные
технологии нейтронного каротажа с радионуклидными и импульсными источниками нейтронов, играющие в настоящее время одну из ведущих ролей в исследованиях скважин нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ).
Внедрение нейтронных методов исследований газовых и нефтяных скважин на базе радионуклидных источников для решения широкого круга задач, вставших перед нефтяной и газовой отраслями, относится к первой половине 50-х гг. XX в. В 60-е гг. в практику геофизических исследований скважин начинают внедряться импульсные модификации нейтронных методов. Физические
основы нейтронных методов по своей сути неизменны, а вот базирующиеся на них технологии успешно развиваются, реализуя различные аппаратурные сочетания зондов и методов, методиче -ское, интерпретационное и математическое обеспечение, области применения и набор решаемых задач [1].
Сейчас в мире многие компании занимаются развитием и применением нейтронных технологий в интересах нефтегазовой отрасли. Нейтронные методы оценки и контроля нефтегазонасыщеннос-ти - это мировой тренд последнего времени.
АКТУАЛЬНОСТЬ ВОПРОСА
Современные российские технологии нейтронного каротажа представляют собой мощный инструмент исследования и имеют значительный потенциал развития, позволяющий существенно расширить круг решаемых ими задач и повысить качество (потре -бительскую ценность) получаемой информации на всех этапах жизни скважин при правильном методическом обеспечении их применения. Следует отметить, что уровень развития аппаратурной составляющей технологий нейтронного каротажа несколько опережает уровень интерпретационно-методического сопровож-
дения, где остается еще много методически «не охваченных» новых технических возможностей современной нейтронной аппаратуры, которая продолжает непрерывно совершенствоваться. Актуальной задачей ближайшего времени стало устранение этого дисбаланса, и на это направлены усилия авторов.
В целом развитие отечественных технологий нейтронного каротажа, применяемых в ПАО «Газпром», находится на вы -соком уровне, успешно создаются импортооперажающие комплексы приборов и методик, не имеющие мировых аналогов, которые можно обоснованно отнести к прорывным технологиям, направленным на укрепление инновационного технологического потенциала ПАО «Газпром» и ускорение технологического развития РФ.
Важнейшими преимуществами нейтронных методов геофизических исследований скважин (ГИС) НГКМ выступают:
- зависимость показаний нейтронных полей, главным образом, от элементного состава скелета горных пород и насыщающих их флюидов. Существенные различия в нейтронных параметрах флюидов, насыщающих поровое пространство коллекторов, и скелета породы позволяют производить геолого-геофизическую интер-
претацию показаний нейтронных методов в целях определения флюидосодержания;
- практически полное отсутствие влияния структуры и текстуры горных пород, а также гид-рофильности, гидрофобности, трещиноватости коллекторов на показания нейтронных методов, что значительно упрощает задачу изучения насыщения коллекторов, а в комплексе с методами ГИС, чувствительными к особенностям геологического строения порового пространства коллектора, комплексно позволяет определять насыщение коллектора углеводородными флюидами и особенности строения коллекторов;
- высокая информативность при исследованиях в газонаполненных скважинах с многоколонной конструкцией и возможность проведения исследований их без глушения (через лубрикаторное оборудование);
- возможность проведения одновременной диагностики насыщения порового пространства коллектора с использованием двух физико-геологических предпосылок: дефицита содержания хлора, а также дефицита плотности и водородосодержания коллекторов, насыщенных углеводородными флюидами, относительно водонасыщенных;
Ре1го
СЕОБОЕМСЕ
РФ, 115114, Москва Летниковская ул. 10, стр. 4
КОМПЛЕКСНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ВРЕМЕННАЯ ОБРАБОТКА И ГЛУБИННАЯ МИГРАЦИЯ
СТРУКТУРНАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
ПРОГНОЗ СВОЙСТВ РЕЗЕРВУАРА
ИНТЕГРИРОВАННОЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ И ФИЛЬТРАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
www.ptgeos.com
Тел.: +7(495)995-52-30 inforu@ptgeos.com
Рис. 1. Комплексный прибор нейтронного зондирования КПНЗ-48. Общий вид
- возможность оценки содержания химических элементов горных пород и насыщающих их флюидов по результатам спектрального анализа нейтронного гамма-излучения.
Одним из основных факторов, осложняющих определение параметров насыщения порово-го пространства коллекторов углеводородными флюидами в применяемом комплексе ГИС, выступает обсадка скважины стальной колонной или наличие многоколонной конструкции, что исключает возможность применения электрических и электромагнитных методов и делает методы нейтронного каротажа здесь безальтернативными. Исключение составляет лишь электрический (дивергентный, нано) каротаж через колонну, применяемый в заглушенных газовых скважинах с извлеченными на-сосно-компрессорными трубами (НКТ).
Из трех групп существующих в настоящее время методов нейтронного каротажа - радионук-лидных, импульсных и С/О-спек-трометрии - для исследования газовых объектов С/О-каротаж не применим из-за низкого содержания углерода в порах коллектора и невозможности приборов С/О-каротажа работать через НКТ. Таким образом, для исследования обсаженных газовых скважин пригодны лишь методы нейтронного каротажа в модификациях -стационарный с радионуклидными нейтронными источниками нейтронов и импульсный нейтронный каротаж. У каждого из них свои области применения, преимущества и недостатки, которые определяются прежде всего физическими основами этих методов и геолого-техническими условиями скважины.
МУЛЬТИМЕТОДНЫЙ МНОГОЗОНДОВЫЙ НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ
В настоящее время при участии специалистов ПАО «Газпром» разработана и успешно применяется технология мультиметодного многозондового нейтронного каротажа (ММНК). В ней реализованы практически все виды взаимодействия нейтронов с породой и насыщающими ее флюидами, регистрируемые стационарными (радионуклидными) нейтронными методами на стадии рассеяния быстрых нейтронов, поглощения тепловых нейтронов и гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов радиаци-онно-активными химическими элементами горных пород и насыщающих их флюидов. Основные технические решения по инновационным аппаратурным и методическим разработкам, положенным в основу технологии ММНК, защищены патентами РФ. Актуальность и перспективность разработанной технологии подтверждена решением экс-пертно-технического совета ФБУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», которым данная технология рекомендована для использования в производственных и научных организациях. По результатам рассмотрения применения технологии ММНК на Методическом совете по геологоразведочным работам на нефть и газ при Федеральном агентстве по недропользованию (Роснедра) поручено подготовить предложения по ее широкому применению в районах, где по геолого-техническим условиям это экономически оправдано.
В чем же состоят преимущества и особенности технологии ММНК и реализующих ее приборно-
аппаратных комплексов (технология реализована несколькими модификациями малогабаритной аппаратуры типа КА-МИД-СРК-К, КПНЗ-48 и т. п.)?
Во-первых, это мультиметод-ность и многозондовость. В основном нейтронном модуле аппаратуры ММНК установлено до шести разноглубинных зондов (рис. 1), которые реализуют все известные модификации стационарного нейтронного каротажа (муль-тиметодность), применяемого в нефтегазовых скважинах (нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам (ННКнт), нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННКт), нейтронный гамма-каротаж (НГК) и спектрометрический нейтронный гамма-каротаж (СНГК)). Это обеспечивает максимальную информативность технологии ММНК в условиях многоколонных конструкций скважин. Многозондовость технологии дает уникальную возможность разноглубинного зондирования прискважинной зоны для определения характера радиального распределения насыщенности коллектора углеводородными флюидами: возрастающий, постоянный или убывающий. Технология ММНК позволяет надежно разделять полезные данные, связанные с фильтраци-онно-емкостными свойствами пластов-коллекторов и их насыщением, и «шум», вызванный техногенными помехами, в максимально широком диапазоне геолого-технических условий.
Во-вторых, это независимое и одновременное получение всех необходимых подсчетных параметров в любых геолого-технических условиях в рамках области применимости.
В-третьих, в минимальном влиянии глинистости коллекторов
НГК (СНГК) -нейтронный гамма-каротаж (спектрометрический гамма-каротаж)
2ННКт -двухзондовый нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам
Кг ближняя зона/средняя/дальняя -коэффициент газонасыщенности в ближней/средней/ дальней зоне
ГИС при бурении
1К 1 - данные индукционного каротажа (ИК) по зонду 1
Определение характера насыщения нижнемеловых пластов-коллекторов и положения текущего газоводяного контакта по данным ММНК в газовой скважине Западной Сибири и сопоставление с данными ГИС открытого ствола
- газ - нефть;
- газоконденсат - продукт;
- вода - - газоводяной контакт;
I | - газонасыщение (Кг) зон: БУ - индекс продуктивного пласта неокомских отложений 1 - ближняя зона; 2 - средняя зона; 3 - дальняя зона.
Рис. 2. Пример применения технологии ММНК в целях определения характера насыщения пластов-коллекторов в обсаженной действующей скважине
и минералогического состава глин на определяемые параметры газонасыщенности.
В-четвертых, определение под-счетных параметров в действующих скважинах, в том числе через НКТ, т. е. без временных, информационных и экономических потерь из-за глушения (освоения) скважин и вывода их из эксплуатации.
В-пятых, комплексность исследований. Интегрированные модули (сопряженные в пространстве) спектрометрического гамма-каротажа, магнитоимпульсной дефектоскопии, термометрии, барометрии и резистивиметрии дополнительно позволяют единовременно получать данные о горных породах, их насыщении, техническом состоянии и термо-
барических условиях эксплуатации скважины, тем самым расширяя область применения ММНК.
В-шестых, информативность геолого-промысловых исследований по нефтегазонасыщенности коллекторов слабо зависит от характера заполнения ствола скважины (вода, газ, буровой раствор и их смеси) и ее конструктивных особенностей.
Оценка состояния цементной крепи скважины
Технология ММНК на поздней стадии разработки месторождения
Оценка остаточных запасов
Доразведка месторождения
Скважины НГКМ
Исследования низкопроницаемых коллекторов сТРИЗ УВС
Подсчет запасов
Оценка литологического состава пород
Оценка содержания петрогенных химических элементов по ГИРЗ
По геологическим данным
По комплексу ГИС
Рис. 3. Общая схема применения технологии ММНК для решения геологических задач на поздней стадии разработки НГКМ
Применение технологии ММНК эффективно на различных стадиях эксплуатации скважин НГКМ. Так, на этапе разработки месторождений определяемые на основе технологии ММНК величины и распределение вычисленных значений параметров насыщения порового пространства углеводородными флюидами в радиальном направлении от стенки колонны позволяют эффективно решать следующие задачи:
- определять в коллекторах те-кущие значения коэффициентов газонасыщенности, нефтегазона-сыщенности;
- оперативно определять глубины текущего газонефтяного, газоводяного контакта и линейные размеры переходных зон;
- фиксировать остаточные запасы газа в обводнившейся части продуктивных отложений и выделять продуктивные пропущенные (линзовидные) коллекторы, не вовлеченные в процесс разработки;
- выделять в обводняющихся газовых скважинах интервалы с кинжальным прорывом пластовых вод по коллекторам с высокими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС) (суперколлекторам) и заблокированные нижележащие газонасыщенные коллекторы с более низкими ФЕС;
- по результатам обработки спектрального состава нейтронного гамма-излучения оценивать содержание петрогенных химических элементов (кальция и кремния) в горных породах, что позволяет совместно с комплек-
сом ГИС открытого ствола более качественно строить объемную модель геологического разреза;
- диагностировать техногенные процессы, происходящие в скважине и в прискважинной зоне.
На рис. 2 приведены результаты исследований газовой скважины одного из месторождений Западной Сибири с определением характера насыщения нижнемеловых песчано-алевритовых пластов-коллекторов и положения текущего газоводяного контакта по данным ММНК. На позднем этапе разработки месторождений одной из актуальных задач становится оценка остаточных запасов газа в обводнившихся продуктивных отложениях с дальнейшим их включением в разработку или списанием с баланса.
Контроль за остаточными скоплениями газа в обводнившихся продуктивных отложениях в эксплуатационном фонде скважин НГКМ желательно производить в два этапа.
На первом этапе - обобщение и анализ геофизических, геологических, промысловых материалов, а также мониторинг результатов постоянно действующих гидродинамических моделей в целях прогнозирования состояния коллекторов с низкими фильтрационно-емкостными свойствами как потенциальных объектов невыработанных скоплений газа в обводнившихся продуктивных отложениях.
На втором этапе - детальные геофизические исследования выделенных по результатам обоб-
щения потенциальных объектов с трудноизвлекаемыми запасами (ТРИЗ) и невыработанными скоплениями газа в обводненных продуктивных отложениях путем применения технологии ММНК.
На рис. 3 приведена общая схе -ма применения технологии ММНК для решения геологических задач на поздней стадии разработки НГКМ.
Необходимость наращивания ресурсной базы, в том числе ее восполнения на обустроенных площадях месторождений с развитой инфраструктурой,считается экономически эффективным (наименее капиталоемким) и наиболее предпочтительным среди возможных способов продления сроков эксплуатации базовых газовых месторождений, т. к. в настоящее время большинство сеноманских газовых залежей Западной Сибири, разрабатываемых ПАО «Газпром», находятся на поздней стадии разработки. Падение добычи вынуждает недропользователей к поиску ресурсов для ее поддержания, в том числе введению в разработку более сложных нижележащих горизонтов - неоком, ачимовская толща и др., а также надсеноманские отложения (турон, сенон). С 2017 г. в ПАО «Газпром» реализуется утвержденная Программа освоения нетрадиционных и трудно-извлекаемых ресурсов газа.
При известных ограниченных возможностях «классических» геофизических методов развитие и совершенствование технологии ММНК и ее применение при ис-
следованиях низкопроницаемых коллекторов с ТРИЗ УВС определяется как перспективное. Об этом свидетельствует накопленный опыт ее применения.
Перспективы развития технологии ММНК на основе радионук-лидного нейтронного источника связаны с определением химических элементов горных пород и насыщающих их флюидов на основе применения высокоэффективных спектрометрических детекторов с высоким разрешением путем анализа спектрометрического распределения гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) от радиационно-активных химических элементов. Кроме этого, не полностью реализованы и требуют дальнейшей разработки аналитические возможности технологии ММНК по диагностике заполнения заколонного пространства цементами различного состава, определения линейных размеров каверн, образующихся в результате выноса песка из сла -босцементированных песчаников, контроля результатов гидроразрыва пласта с различными типами пропанта. Актуальным признано повышение термостойкости аппаратуры технологии ММНК.
ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ
В настоящее время ведущие зарубежные компании располагают представляющими интерес технологиями определения элементного состава горных пород и насыщающих их флюидов на базе спектрометрических модификаций импульсных нейтронных методов (импульсный спектрометрический нейтронный гамма-каротаж). Отечественные технологии в этом направлении имеют хорошие научно-технические заделы, и дальнейшее их развитие считается одной из первостепенных задач.
По оценке авторов статьи, весьма перспективным становится развитие технологий импульсного нейтронного каротажа (ИНК) с применением генераторов с управляемым выходом нейтронов, что позволит более качественно определять водородо-содержание пород и насыщающих их флюидов и повысить чувствительность метода к газонасыщенности коллекторов.
Кроме того, с точки зрения методических возможностей в различных модификациях ИНК и радиационной безопасности представляют интерес дейтерий-дей-териевые генераторы нейтронов с излучением нейтронов с энергией 2,5 МэВ. Закономерности пространственно-энергетического распределения нейтронов и ГИРЗ будут близки к распределению от радионуклидных нейтронных источников, чем соблюдается преемственность методического обеспечения и что позволит использовать существующие разработки по ММНК.
ВЫВОДЫ
Современные российские технологии нейтронного каротажа представляют собой мощный инструмент исследования и имеют значительный потенциал развития, позволяющий существенно расширить круг решаемых ими задач, повысить качество, потребительскую ценность и достоверность получаемой информации, влияя тем самым на эффективность и рентабельность добычи УВС на разных этапах освоения НГКМ.
Актуальной задачей ближайшего времени выступает ускоренное развитие методического и программно-интерпретационного обеспечения в целях соблюдения соответствия его уровня техническим возможностям непрерывно
совершенствуемой современной нейтронной аппаратуры.
Применение инновационных технологий многозондовых и многометодных модификаций нейтронных методов на базе ра-дионуклидных нейтронных источников и управляемых генераторов нейтронов обеспечивает в том числе повышение достоверности и оперативности подсчета (пересчета) запасов УВС на НГКМ, включая остаточные запасы обводненных залежей и ТРИЗ.
Перспективными направлениями совершенствования и развития технологий исследования скважин НГКМ на основе нейтронных методов выступают:
- специализация комплексов нейтронных методов по областям применимости для решения актуальных геологических, технологических и технических задач, направленных на повышение точности подсчета запасов, коэффициента извлечения газа и коэффициента извлечения нефти, обеспечение промышленной и экологической безопасности скважин НГКМ;
- развитие направления исследований по оценке содержания радиационно-активных химических элементов в горных породах и насыщающих их флюидах в целях оценки литологии горных пород и насыщения коллекторов на базе стационарных и импульсных нейтронных методов с применением высокоэффективных спектрометрических гамма-детекторов с высоким разрешением;
- повышение термобаростой-кости скважинной аппаратуры;
- реализация технологий стационарных и импульсных нейтронных методов для автономных вариантов аппаратуры, а также аппаратуры для каротажа во время бурения.■
ЛИТЕРАТУРА
1. Развитие технологии многозондового нейтронного каротажа для исследования газонасыщенности в обсаженных скважинах. Методология и практика применения / Под ред. В.В. Черепанова. М.-Тверь: «ПолиПРЕСС», 2018. 238 с.
2. Разнообразие проектов. Интервью заместителя Председателя Правления ПАО «Газпром» В.А. Маркелова // Газпром. Корпоративный журнал ПАО «Газпром». № 4. 2018. С. 16-23.
