CC BY
44
СОВМЕСТНАЯ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЫ И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КАРОТАЖНЫХ ДИАГРАММ ВИКИЗ И БКЗ
Галина Владимировна Нестерова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории электромагнитных полей, тел. (383)330-49-53, email: NesterovaGV@ipgg.nsc.ru
Игорь Николаевич Ельцов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3, доктор технических наук, доцент, заместитель директора, тел. (383)333-34-32, email: YeltsovIN@ipgg.nsc.ru
Лариса Алексеевна Назарова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н. А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук, 630091, г. Новосибирск, Красный пр. 54, доктор физико-математических наук, заведующий отделом горного породоведения, тел. (383)2170528, email: larisa@misd.nsc.ru
Леонид Анатольевич Назаров
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н. А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук, 630091, г. Новосибирск, Красный пр. 54, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией горной информатики, тел. (383)2172446, email: naz@misd.nsc.ru
В окрестности бурящихся скважин возникают сложные и разнообразные по своей физической природе процессы. Совместное рассмотрение некоторых из них -электродинамических, гидродинамических и геомеханических - в единой модели прискважинной зоны позволяет более адекватно представить эволюцию этой зоны и провести петрофизическую интерпретацию данных геофизических (ГИС) и геологотехнологических (ГТИ) исследований скважины.
В работе было изучено влияние параметров геомеханических процессов на перераспределение удельного электрического сопротивления (УЭС) в окрестности скважины и соответствующее изменение показаний зондов электромагнитного каротажа (ВИКИЗ) и электрического каротажа (БКЗ).
Ключевые слова: каротаж, скважина, удельное электрическое сопротивление,
моделирование, геомеханические процессы.
JOINT ELECTROHYDRODYNAMIC AND GEOMECHANICAL MODEL OF BOREHOLE INVIRONMENT AND APPLICATION FOR INTERPRETATION ELECTRIC AND ELECTROMAGNETIC LOGS
Galina V. Nesterova
Trofimuk Institute of petroleum geology and geophysics, Siberian branch of Russian Academy of Science, 3, Koptyug, Novosibirsk, 630090, Ph.D., scientist of Laboratory of electromagnetic fields, tel. (383)330-49-53, email: NesterovaGV@ipgg.nsc.ru Igor N. Yeltsov
Trofimuk Institute of petroleum geology and geophysics, Siberian branch of Russian Academy of Science, 3, Koptyug, Novosibirsk, 630090, Doctor of Science, associate prof., Deputy director on scientific work, tel. (383)333-34-32, email: YeltsovIN@ipgg.nsc.ru
Larisa A. Nazarova
Chinackal Institute of Mining, Siberian Branch of RAS 630091, Novosibirsk, 54 Krasny Prospekt, prof., Head of Rock Properties Department, phone (383)2170528, email: larisa@misd.nsc.ru
Leonid A. Nazarov
Chinackal Institute of Mining, Siberian Branch of RAS 630091, Novosibirsk, 54 Krasny Prospekt, prof., Head of Rock Informatics Laboratory, phone (383)2172446, email: naz@misd.nsc.ru
Complex processes of different physical nature are occurred in the borehole environment during drilling. Joint simulation of electrodynamics, hydrodynamic and geomechanical processes make possible to represent reasonably evolution of near borehole zone and to interpret geophysical well logging and geotechnical survey. Impact of geomechanical parameters on resistivity redistribution and logs of VIKIZ (induction log) and BKZ (Russian lateral log) was studied.
Key words: logging, borehole, resistivity, simulation, geomechanical processes.
Предложенная ранее методика комплексной интерпретации данных электромагнитного (ВИКИЗ) и электрического (БКЗ) каротажа на основе электрогидродинамического моделирования позволила определять физические параметры пласта и прискважинной зоны [2, 4, 6]. Однако, возникающие при бурении дополнительные поля напряжений и деформаций вызывают изменение пористости и проницаемости, являющиеся важными факторами проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. При этом изменяются распределения водонасыщенности и солености, а, следовательно, и удельного электрического сопротивления, фиксируемого комплексом электромагнитных и электрических измерений в скважинах.
Для расширения интерпретационной схемы был создан программноалгоритмический комплекс, позволяющий моделировать одновременно происходящие в окрестности скважины геомеханические [1] и гидродинамические процессы [3, 7]. Были исследованы эффекты, возникающие при учёте геомеханических процессов, и оценено их влияние на геофизические измерения в скважинах. Установлено, что в зоне проникновения значения проницаемости могут изменяться в несколько раз (рис. 1, 2). Изменение радиальных профилей УЭС, связанное с учётом процессов деформации в окрестности скважины, показано на рис. 3. Параметры геомеханической модели: коэффициент бокового отпора 0.8; сцепление пород скелета коллектора
12 МПа; угол внутреннего трения пород скелета коллектора 15°; модуль Юнга 20 ГПа; коэффициент Пуассона 0.2; типичная зависимость проницаемости пород от дифференциального напряжения взята из [8]. На рис. 4 приведены синтетические диаграммы ВИКИЗ, рассчитанные для профилей УЭС, показанных на рис. 3. При интерпретации соответствующих кривых, рассматриваемых без учёта деформационных процессов, были получены совсем иные значения пористости и проницаемости, чем были заложены в исходную модель прямого моделирования УЭС (пористость 18% вместо 20%, проницаемость 17 мД вместо 50 мД).
Была проведена верификация результатов моделирования на экспериментальных каротажных диаграммах, полученных в скважинах Когалымского месторождения. Объяснены замеченные ранее и не укладывающиеся в электрогидродинамическую модель зоны проникновения высокоомные области вблизи скважины, обусловленные геомеханическим уплотнением среды в процессе бурения. Параметры геомеханических моделей (коэффициент бокового отпора, угол внутреннего трения,коэффициент Пауссона, модуль Юнга и др.) определялись по данным геофизических исследований в скважинах месторождений Западной Сибири и измерениям на керне, проведённым в центре коллективного пользования ИНГГ СО РАН и ИГД СО РАН [5].
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, проект № 10-05-0083 5-а и Междисциплинарного интеграционного проекта СОРАН № 89.
-------- 6аучета напряжении
-------- упругий режим деформирования
-------- у пру.'о-пластический режим /¡сформировании', Т,= 12 МПа
-------- упруго-пласпшческий режим деформирования: г, = 8 МПа
к„ - природная проницаемость пласта (невскрытого)
С7, - литостатическое напряжение
Г* - размер зоны необратимых деформаций (пластичности)
Рис. 1. Распределение дифференциальных напряжений и проницаемости пород
в окрестности скважины
Изменение проницаемости при учёте процессов деформации
с»
о
О 0.1 0 2 0.3 0.4 0$
Расстояние от стенки скважины, м
Рис. 2. Радиальный профиль проницаемости при разных параметрах пласта и
деформации
а) б)
Рис. 3. Эволюция профиля УЭС при моделировании без учёта (а) и с учётом (б) процессов деформации. Легенда- время в часах после вскрытия пласта
Рис. 4. Кривые зондирования ВИКИЗ при моделировании без учёта (а) и с учётом (б) процессов деформации. Легенда- время в часах после вскрытия
пласта
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ельцов И.Н., Назаров Л. А., Назарова Л. А., Эпов М.И. Эволюция полей деформаций и фильтрационных параметров породных массивов в зонах возможных разрушений в окрестности глубоких скважин // Физическая мезомеханика. - 2010. - № 13. - 18-22.
2. Ельцов И.Н., Нестерова Г.В., Кашеваров А.А. Петрофизическая интерпретация повторных электромагнитных зондирований в скважинах // Геология и геофизика. - 2011. -Т. 52. - № 6. - С. 852-861.
3. Ельцов И.Н., Нестерова Г.В., Назарова Л.А., Назаров Л.А. Комплексная интерпретация данных каротажа с учётом моделирования гидродинамических и геомеханических процессов в окрестности скважины [Электронный ресурс] // Тезисы XIII научно-практической конференции «ГЕОМОДЕЛЬ-2011» . - Геленджик. - 11- 15 сентября 2011. - 4 с.
4. Кашеваров А. А., Ельцов И. Н., Эпов М. И. Гидродинамическая модель формирования зоны проникновения при бурении скважин // ПМТФ. - 2003. - Т. 44. - № 6. -С. 148-157.
5. Киндюк В.А. Назаров Л.А., Усольцева О.М., Цой П.А., Ельцов И.Н. Экспериментальное определение деформационных и прочностных характеристик породного массива в окрестности глубоких скважин // Тезисы докладов VII международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2011».19-29 апреля 2011 г. - Новосибирск. - С. 146-150.
6. Нестерова Г.В., А.А. Кашеваров, И.Н. Ельцов. Эволюция зоны проникновения по данным повторного каротажа и математического моделирования // Каротажник. - 2008. - № 1. - C. 52-68.
7. Aziz K., Settari A. Petroleum reservoir Simulation. London: Applied Scientific publishers ltd, 1979. - 476 p.
8. Holt R.M. Permeability reduction induced by a nonhydrostatic stress field // SPE Formation Evaluation. - 1990. - N 5. - P. 444-448.
© Г.В. Нестерова, И.Н. Ельцов, Л.А. Назарова, Л.А. Назаров, 2012
