Kozhevnikov_D.A._i_dr._Teoriya_geofizicheskih_issledovaniy_skvazhin

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

имени И.М. ГУБКИНА

Кафедра геофизических информационных систем

Д. А. Кожевников К. В. Коваленко

ТЕОРИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН

Учебно-методическое пособие

Москва 2018

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

Факторами повышения качества обучения являются системный подход, активный (исследовательского) метод; сокращение времени на пассивное усвоение информации, повышение самостоятельности работы студентов.

Закреплению лекционного материала и самостоятельной учебно-исследовательской работы служат семинарские занятия и лабораторные практикумы. Студенты закрепляют и расширяют знания в области физики и математики по профилю ГИС, петрофизики и интерпретации результатов геофизических исследований скважин и привыкают пользоваться современными физическими, математическими экспериментальными методами. Целью дисциплины является выработка творческого подхода к каждой задаче, применение для ее решения теории физических полей, законов физических явлений и процессов, принципов, методов и результатов смежных областей науки и техники. При комплексной интерпретации необходимо учитывать все многообразие фи- зико-математических моделей, описывающих закономерности физических полей в системе скважина-пласт, механизмов взаимодействий седиментационных, флюидодинамических, геохимических, термодинамических, электрохимических и прочих факторов и процессов.

Цель курса решение прямых и обратных задач электрических, электромагнитных, акустических и ядерно-геофизических исследований геологических разрезов нефтяных и газовых месторождений для выявления петрофизических характеристик коллекторов нефти и газа.

В курсе «Электромагнитные и акустические исследования

3

скважин» студенты знакомятся с теоретическими основами электрических, магнитных и акустических методов исследования скважин. Знание теории необходимо для научно-обоснованного выбора методов электрических, магнитных и акустических исследований скважин и их интерпретации. В лекциях излагаются наиболее существенные аспекты курса. Практические работы студенты выполняют под руководством преподавателей.

Для оценки контрольных и практических работ учебным планом предусмотрен зачет.

Методические указания для курса «Электромагнитные и акустические исследования скважин» основаны на классической работе В.Н.Дахнова «Электрометрия и магнитометрия скважин» [2].

Курс «Ядерная геофизика и радиометрия скважин» для студентов геофизической специальности является одной из базовых дисциплин. Ядерная геофизика изучает методы исследования геологического строения земной коры, основанные на изучении ядерных свойств элементов, входящих в состав горных пород. К этим методам, в частности, относятся радиометрические методы поисков и разведки месторождений, изучения поэлементного состава горных пород и др.

В задачу курса входит ознакомление студентов с физической сущностью, теоретическими основами и практическим приложением указанных отраслей знаний. После завершения курса студенты должны:

владеть элементами профессиональной математической культуры и навыками системного и алгоритмического мышления;

знать физические закономерности физических полей в однородных средах и в системе скважина-пласт;

изучить физические и теоретические основы геофизических методов исследования скважин.

4

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВХХ веке появилась новая область научных задач проектирование больших и сложных систем. Большая система это упорядоченное определенным образом множество взаимосвязанных элементов, образующих некоторое целостное единство, и совокупность технических средств, обеспечивающих coгласованную работу большого числа (до сотен тысяч) компонентов. К таким системам относится геофизические информационно-измеритель- ные системы, включающие различные аппаратурно-методические комплексы и методики интерпретации данных ГИС.

Эта новая область привела к возникновению специальной теоретической базы, известной как системный анализ или общая теория систем. Если традиционные теории занимались закономерностями существующих объектов, то новая научная область главное внимание уделяет знаниям закономерностей создания теорий.

Впроектировании новой большой системы используются не только новые материалы и машины, но разрабатываются десятки новых теорий, новые математические методы, призванные эти теории обслуживать. По этой причине проектировщик больших систем вынужден решать проблему такого типа: «Сколько и каких теорий необходимо разработать, чтобы данную большую систему можно было спроектировать?».

Геофизические информационно-измерительные системы (ГИИС) представляют собой аппаратурно-методические комплексы, оснащенные скважинными приборами с датчиками (сенсорами) физических полей, методиков (технологией) измерений, каналами связи и способами интерпретации вместе с соответ-

ствующим метрологическим и программно-алгоритмическим обеспечением [1].

5

Геофизические методы отличаются большим разнообразием и используют все виды физических полей электрические, электромагнитные, ядерных излучений, гравитационное, механических напряжений, тепловые.

За редким исключением, геологические задачи не решаются каким-то одним из методов ГИС. Отсюда вытекает принципиальная комплексность и интерпретация получаемых результатов. Соответственно, интерпретацию разделяют на однометодную и комплексную.

Теория методов ГИС решает широкий круг задач, в частности:

литолого-стратиграфическое расчленение разреза и выделение коллекторов;

количественная оценка фильтрационно-емкостных свойств

икомпонентного (минералогического) состава коллекторов нефти и газа;

выявление продуктивных коллекторов, оценка геологических и извлекаемых запасов (определение эффективных толщин, газожидкостных и водонефтяных контактов и прослеживание их динамики; оценка величин насыщения; выделение заводненных интервалов, в том числе со специфическими вытесняющими агентами);

геохронная и литологическая корреляция разрезов, пространственное динамическое геофлюидальное моделирование месторождений;

формирование проектов разработки месторождений и их мониторинг1.

На завершающей стадии разработки месторождений определение коллекторских свойств необходимо для:

1Этот список не претендует на исчерпывающую полноту.

6

параметров, глубинность исследования и вертикальная разрешающая способность);

различными технологиями измерений.

Качество методического и интерпретационно-алгоритмичес- кого обеспечения определяется уровнем физико-математической обоснованности алгоритмов однометодной (одномерной) интерпретации и «геологическая интеллектуальность» системы комплексной (многомерной) интерпретации. Под геологической интеллектуальностью системы комплексной интерпретации понимается степень влияния законов надпородного уровня (седиментогенеза, циклостратиграфии, скольжения фаций, и т.д.), когда изучаемый объект рассматривается, с точки зрения закономерностей образования вмещающих отложений или геологического разреза в целом.

Качество однометодной интерпретации определяется степенью использования физических законов, привлекаемых для теоретического построения интерпретационных моделей, алгоритмов решения прямых и обратных задач методов ГИС. Эти законы отражают физическую природу используемых методов и количественно выражаются дифференциальными и интегродифференциальными уравнениями математической физики (Максвелла, Лапласа, Навье-Стокса, переноса излучения Больцмана, гидродинамики, диффузии и теплопроводности, и др.). Эти уравнения линейны. Однако, изучение физических свойств горных пород, проявляющихся во взаимодействиях с интерферирующими полями различной физической природы, ставит на первое место описание нелинейных эффектов.

Разработка способов количественной интерпретации данных каждого отдельно взятого метода ГИС включает различные, но взаимосвязанные, проблемы: решение прямой задачи, обоснова-

8

ние интерпретационного (или непосредственно петрофизического) параметра, построение интерпретационной модели, выявление метрологических характеристик, обоснование петрофизической модели, решение обратной задачи, построение алгоритма интерпретации.

Под решением прямой задачи понимается расчет показаний прибора в системе скважина-пласт при фиксированных геологотехнических условиях измерений. Прямая задача включает:

изучение закономерностей физического поля в системе скважина-пласт;

анализ интерпретационных зависимостей;

изучение влияния на показания скважинных приборов радиальной неоднородности системы скважина–пласт (в частности, изменений физических свойств пород в околоскважинных зонах);

выявление таких специальных характеристик поля (и аппаратуры), как глубинности исследования – геометрическая и информационная, а также вертикальная разрешающая способность;

выявление метрологических характеристик аппаратуры и правил (измерительных процедур и технических средств) их определения;

поиск критериев и технических возможностей для оптимизации аппаратуры.

Целевой функцией критериев оптимальности информационноизмерительной системы по ее метрологическим характеристикам является результирующая погрешность определения искомого интерпретационного (петрофизического) параметра. Величина этой погрешности зависит от чувствительностей показаний не только от определяемого параметра, но и всех параметров-помех.

9