CC BY
195
УДК 550.837 Ю.Н. Антонов
ИНГГ СО РАН, Новосибирск
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ИЗ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Yu.N. Antonov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS Koptyug, 3 , Novosibirsk, 630090, Russian Federation
TECHNOLOGY OF DISTINGUISHING PRODUCTIVE RESERVOIRS IN VERTICAL AND HORIZONTAL BOREHOLES FROM ELECTROMAGNETIC SOUNDING DATA
Electromagnetic parametrical soundings distinguish collectors with mobile oil and position of contact «water-oil». In horizontal boreholes supervise efficiency of a collector and correct drilling on an optimum interval.
Электромагнитные измерения электрической проводимости горных пород из скважин выполняются набором с геометрическими и электродинамическими подобными зондами и известны в практике геофизических исследований скважин (ГИС) как высокочастотные индукционные каротажные изопараметрические зондирования (ВИКИЗ).
Аппаратурно-методический комплекс ВИКИЗ является продуктом совместной деятельности НПП ГА «ЛУЧ» и ИНГГ СО РАН (г. Новосибирск).
Электромагнитные зондирования выполняют как в открытом стволе скважины при отсутствии обсадной металлической колонны, так и в скважинах обсаженных диэлектрическими трубами. В этих условиях зондирования позволяют расчленять геологический разрез на пласты, отличающиеся по электропроводности, а также исследовать изменения электрических свойств, которые возникают при вытеснении пластовых флюидов фильтратом буровой жидкости (воды) в процессе бурения.
Осадочные слои, и прослои разделяются на диаграммах каротажного зондирования, при толщинах превышающих 0,1 м, за счет контрастности электрической проводимости (электрического сопротивления). Выделение пластов-коллекторов, оценка их насыщения нефтью, газом, водой или их долевым соотношением, является прерогативой электрических и электромагнитных методов. Существование признаков не полного насыщения пластов-коллекторов нефтью с естественным присутствием остаточной воды (не только связанной, но и подвижной) позволяет устанавливать интервалы полного водонасыщения, интервалы с подвижной нефтью и водой и, наконец, интервалы только с подвижной нефтью.
Водонефтяной контакт (ВНК) на вертикальном интервале продуктивного пласта является важным диагностическим признаком, который устанавливают по «критическому» значению удельной проводимости.
Электромагнитными параметрическими зондированиями уровень ВНК выделяют непосредственно по диаграммам зондирования. Причиной реакции зондов ВИКИЗ на уровень ВНК заключается в следующем. Пресный фильтрат буровой промывочной жидкости, вытесняя пластовые флюиды из гидрофильного коллектора, состоящие из двух подвижных фаз (воды и нефти), создает буферную зону из соленой пластовой воды за фронтом вытесненной нефти. Этот факт, известный как «окаймляющая» зона в части пласта, подверженной действию фильтрата, отражается на диаграммах зондирования. Возникновение кольцевого буфера соленой воды на некотором удалении от скважины становится областью с повышенной электропроводностью, что приводит к росту плотности индукционных токов. При этом на совмещенных диаграммах ВИКИЗ, на интервале перехода из водоносного коллектора в его двухфазную флюидную среду, показания зондов большой радиальной глубины исследования пересекаются. Точка пересечения кривых находится на уровне ВНК.
Переходная зона, возникая с уровня ВНК, выделяется не только интервалом с постепенным снижением удельной электропроводности по данным зондов большой глубинности исследования. Показания зондов малой радиальной глубины исследования отражают переходную зону противоположным смещением диаграмм, т. е. ростом удельной электропроводности. Этот факт связан с все более и более увеличивающимся содержанием подвижной нефти. Замещение нефти водой фильтрата приводит к увеличению кажущейся электропроводности для зондов малой глубинности исследования. Таким образом, чем выше от уровня ВНК, тем ближе к скважине формируется буферная окаймляющая зона.
Изложенные закономерности по выделению ВНК и переходной зоны рассмотрены ниже на практических диаграммах ВИКИЗ. Признак «инверсии» диаграмм, вызванный буферной зоной с соленой водой, наблюдается на всем интервале переходной зоны пласта, с подвижной нефтью и с подвижной пластовой водой. По завершении признаков переходной зоны пласта, все диаграммы ВИКИЗ размещаются относительно друг друга в обратном порядке по сравнению с той частью пласта, которая находится ниже уровня ВНК. Таким образом, переходная зона является частью нефтяной оторочки, поскольку её признаки исчезают с уровня коллектора, выше которого коллектор содержит только либо подвижную нефть, либо газ. В около кровельной части коллектора подвижными являются только углеводороды. Следует отметить, что плавность градиентного изменения электропроводности по данным вертикального зондирования пласта во многом зависит от литологической однородности песчанистого коллектора.
На практике критические значения удельной электропроводности в зоне ВНК устанавливаются, как правило, на основе статистического анализа данных по площади залежи. Решение и этой задачи, наряду с выделением коллекторов и оценкой характера их насыщения, с наибольшей
достоверностью получают благодаря высокой разрешающей способности электромагнитного параметрического зондирования.
Для подтверждения изложенного рассмотрим примеры электромагнитного каротажного изопараметрического зондирования продуктивных пластов из вертикальной и горизонтальной скважин. Результаты скважинных исследований проводились в залежах пластов АС7-8 Федоровского нефтяного месторождения. Залежи относят к комплексу терригенных отложений мелового периода. Это одно из крупнейших месторождений Ханты-Мансийского округа. Материалы каротажных исследований получены силами геофизического треста «Сургутнефтегеофизика», входящего в ОАО «Сургутнефтегаз».
Результаты зондирования из вертикальных скважин. Осадочные толщи в окрестности скважины, как правило, сохраняют симметричность петрофизических свойств относительно скважины и устройств зондирования. Отсутствие значительных уклонов границ пластов способствует протеканию индуцируемых токов по их простиранию. Наклон границ пластов, не превышающий 35-40 градусов, не приводит к заметным искажениям результатов зондирования.
В практике каротажа нефтегазовых скважин для зондирования применяют наборы трехэлементных зондов, обладающих фокусирующими свойствами. Такие зонды содержат одну генераторную и две измерительные индукционные катушки. Фокусировка исключает геоэлектрические помехи из результатов измерения, которыми можно считать параметры скважины и параметры измененных частей пласта около скважины. Получение достоверных данных об электропроводности пласта-коллектора является основной задачей, поскольку по этим данным выполняют количественную оценку и характера насыщения, и подсчет запасов нефти в залежи в совокупности с другими методами исследования скважин. Вместе с тем, выявление и определение техногенных изменений электрических свойств около скважины также представляет практический интерес, в частности, для решения гидродинамических характеристик коллектора.
Решение этих задач с наибольшей достоверностью выполняется методом электромагнитного зондирования. Искаженная часть пласта, из которой частично вытеснены пластовые флюиды фильтратом бурового раствора, сама по себе, неизвестна как по геометрическим размерам вокруг скважины, так и по её удельной электропроводности. Причем, смешивание пластовых флюидов с фильтратом образует не только плавно-монотонные градиенты электропроводности среды в окрестности скважины, но и более сложные профили изменения электропроводности. В частности, при наличии подвижной нефти и пластовой воды в зоне проникновения формируются аномальные области скопления соленых пластовых вод за фронтом вытесненной нефти. Этот феномен затрудняет получать данные о неизмененной области пласта одиночными зондами, поскольку индуцируемые токи концентрируется в зоне скопления соленой воды. В таких условиях эпюра кажущихся удельных сопротивлений в радиальном от
скважины направлении отличается от монотонных кривых зондирования в интервалах с однофазным перемещением пластового флюида (например, рис. 2). Обнаружение таких аномальных зон является прямым диагностическим указанием (признаком) о наличии в коллекторе подвижной нефти.
Рассмотрим отмеченные выше особенности с помощью диаграмм
показанных на рис. 1. Здесь данные ГИС получены в вертикальной скважине сразу после бурения. Интервал разреза соответствует
терригенным отложениям готерив-баррема. Залежь пластов АС7-8 является классическим примером нефтяной оторочки для других подобных
месторождений Среднего Приобья.
Вертикальный разрез представлен методом естественной потенциалом естественной поляризации
Рис. 1
радиоактивности пород (ГК), стенок скважины (ПС) и пятью диаграммами ВИКИЗ, каждая их которых отражает состояние электрических свойств на различном радиальном удалении от скважины. На диаграммах методов ГК и ПС интервалы продуктивного (хх74-хх98м) и водоносного (х103-х108м) коллектора выделяются аномальными снижениями и радиоактивности и естественного потенциала относительно вмещающих пород. Это соответствует более или менее равномерному распределению пористости песчано-глинистого пласта. Водоносный и продуктивный интервалы пласта выделены штриховыми горизонтальными линиями. При этом продуктивный интервал разделен дополнительно. Выделение сделано по характерным изменениям диаграмм зондирования. Такое разграничение позволяет более подробно обсудить причины аномальных изменений отраженных диаграммами.
Интервал разреза между линиями «АВ» интерпретируется как водоносный с типичным увеличением электропроводности по данным зондов различной глубинности исследования по направлению от скважины в пласт.
Интервал «ВС» - переходная зона с градиентным увеличением нефти снизу вверх. Выше уровня ВНК, который отмечен точкой на пересечении с линией критического удельного сопротивления, содержание нефти постепенно увеличивается при уменьшении пластовой воды. Весь интервал переходной зоны выделяется зондами большой глубинности исследования постепенным снижением электропроводности снизу вверх. При этом наблюдается «переворачивание» каротажных диаграмм. Начиная от уровня
О)
а
х
о
п
щ
К
н
о
о.
с
о
о
(и
о
X
нО
<и
£
в
ВНК, в первую очередь, переворачиваются диаграммы длинных зондов, поскольку пресный фильтрат оттеснил пластовый флюид (в основном - воду) глубоко в пласт. При удалении вверх от ВНК все большее насыщение коллектора нефтью препятствует глубокому перемещению водного фильтрата и пластовой воды в пласт. Феномен образования буферной окаймляющей зоны является исключительно важным для заключения о наличии в коллекторе подвижной нефти. Чем меньше подвижной нефти, тем дальше от скважины формируется окаймляющая зона и, наоборот, ближе к скважине, по мере более полного заполнения пористого пространства нефтью.
Интервалы между отметками «СО» и «ОБ» характеризуются уменьшением электропроводности по данным диаграмм зондов большой глубинности исследования. При этом зона проникновения имеет повышенную электропроводность за счет замещения подвижных углеводородов фильтратом из скважины.
В качестве примера, на рис. 2 показаны кривые зондирования пластов-коллекторов с различными свойствами пластовых флюидов:
А - коллектор насыщен пластовой водой. Эта схема соответствует интервалу «А-В» на рис. 1.
В - коллектор только с подвижной нефтью. Пластовая вода находится в связанном состоянии. Интервал «О-Б» на рис. 1.
С - коллектор содержит подвижные флюиды: нефть и воду. Интервал «В-С» на рис. 1.
Как отмечалось, результаты зондирования соответствуют условию, когда соленость фильтрата меньше, чем соленость пластовой воды.
Результаты зондирования из горизонтальных скважин. Промышленные залежи нефти в полимиктовых песчаниках многих месторождений Западной Сибири находятся в нефтяной оторочке между газовой «шапкой» и подошвенной водой. Переходная зона в оторочке наблюдается, практически повсеместно на площадях Федоровского месторождения. Это связано с выдержанным уровнем ВНК и относительно низкой вертикальной проницаемостью коллекторов. Бурение горизонтальных скважин длиной в пять-шесть сотен метров выполняют в течение 10-12 суток. Количество методов геофизических исследований ограниченно. Электрометрические исследования выполняются зондами ВИКИЗ в комплексе с методом ПС.
На рис. 3 приведены диаграммы методов электрометрии, радиоактивного каротажа и траектории скважины, масштаб которой по вертикали равен двум метрам на одно деление сетки. «Горизонтальная» часть скважины начинается
С
Радиус исследования
Рис. 2
с отметки 2 240 м. Промежуточный забой находится на отметке 2 600 м. Коридор скважины не превышает 4-х метров.
По данным методов ПС и ГК весь интервал ГС условно однороден по литологическому составу с редкими интервалами «плотных» включений, которые выделяются высокими значениями на диаграммах ННКт, ВИКИЗ и частично ПС.
На нижней шкале глубин буквенными индексами выделены характерные интервалы, которые требуют толкования по данным ВИКИЗ. Здесь отметим, что удельная электропроводность для диаграмм ВИКИЗ увеличивается по направлению размещения диаграмм «сверху-вниз». Литологическая однородность разреза по данным методов радиоактивного каротажа и ПС позволяет интерпретировать колебания кривых ВИКИЗ за счет влияния пластовой воды как связанной, так и подвижной. При этом относительно высокая удельная электропроводность объясняется повышенной глинистостью отложений. Внедрение из скважины пресного фильтрата бурового раствора приводит к снижению электропроводности в окрестности скважины.
Рис. 3
Интервал «АВ» выделен наклонной частью скважины и характеризуется максимальным насыщением углеводородами. Нижняя часть интервала (2 210-2 240 м) находится в переходной зоне нефтяной оторочки и отмечается средними значениями кажущейся удельной электропроводности. «Провал» скважины на отметке 2 270 м на более глубокий уровень отразился максимальным увеличением удельной электропроводности, что трактуется повышенным содержанием пластовой воды.
Наибольший интервал горизонтальной скважины пришелся на переходную зону с невысоким содержанием подвижной нефти «ВС». Весь 250 метровый интервал выделяется хорошими свойствами по проницаемости для фильтрата, что отразилось на расхождении показаний зондов малой и средней глубины исследования около скважинной части коллектора.
На интервале «СО» наблюдается резкое изменение насыщения коллектора. Эти изменения наступили с интервала подъема скважины на более высокий уровень глубины с пересечением плотных прослоев. Здесь более четко просматривается «переворачивание» кривых относительно максимальных значений электропроводности по данным зонда средней глубины исследования. На конце интервала исследований (вправо от последнего плотного прослоя) диаграммы зондирования расположились более регулярно, т. е. так, как показано на рис. 2. В. Такая особенность зондирования является следствием минимального разрыва во времени между окончанием бурения, «промывкой» ствола буровым раствором и проведением геофизических исследований. Здесь не было и многократных операций по спуску и подъему бурового инструмента, вызывающих более сильные изменения в около скважинном пространстве коллектора.
Выводы. Электромагнитными изопараметрическими зондиро «вода-нефть» в терригенных отложениях Западной Сибири при бурении скважин на слабо соленых промывочных жидкостях. В горизонтальных скважинах контролируют эффективную продуктивность коллектора и корректируют бурение по оптимальному интервалу аппаратурой ВИКИЗ в составе комплекса, обеспечивающего каротаж в процессе бурения (аппаратура ВИК-ПБ).
Автор выражает благодарность руководству треста СНГФ за многолетнее сотрудничество и предоставление геофизического материала.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Технология исследования нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ. Методическое руководство/ Ред. Эпов М.И., Антонов Ю.Н. - Новосибирск: Из-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ СО РАН, 2000. - 121 с.
2. Антонов Ю.Н., Эпов М.И. Экспресс-оценка насыщенности переходной зоны коллекторов по данным ВИКИЗ// НТВ «Каротажник». Изд. АИС. 2001, вып. 84. - С. 103115.
3. «Нефть Сургута». Тематический сборник статей. - М.: Нефтяное хозяйство, 1997. - 275 с.
4. Антонов Ю.Н. Изопараметрическое каротажное зондирование (обоснование ВИКИЗ) // Геология и геофизика, 1980. - № 6. - С. 81-91.
5. Антонов Ю.Н. Моделирование зондов изопараметрического каротажного зондирования // Геология и геофизика, 1981. - № 10. - С. 127-131.
6. Антонов Ю.Н. Интерпретация диаграмм ВИКИЗ // НТВ «Каротажник», 1999. -Вып. 64. - С. 6-43.
7. Антонов Ю.Н., Эпов М.И., Лукьянов Э.Е., Глебочева Н.К. Электромагнитные зондирования в комплексе с геолого-технологическими исследованиями - новые перспективы ГИРС // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС. - 2003. - Вып. 103. - С. 41-59.
8. Антонов Ю.Н., Эпов М.И., Глебочева Н.К., Драпчук И.Д. Неоднородности коллекторов в горизонтальных скважинах по данным электромагнитного зондирования. //НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС, 2002. - Вып. 97. - С. 9-52.
© Ю.Н. Антонов, 2008
