Геофизические исследования скважин при фациально-циклическом изучен

ство каротажных диаграмм (совокупности вынесенных на бумажную полосу различных линий, координатной сетки, цифр

идругих знаков) заключается в том, что по их конфигурации можно произвести литолого-стратиграфическое расчленение разрезов скважин (построить литолого-стратиграфическую колонку). Взятые в целом кривые ГИС характеризуют рассматриваемый объект (разрез скважины от устья до забоя) как единую систему. Аномальные участки на кривых ГИС характеризуют элементы разреза скважины более низкого порядка: например, с их помощью можно разделить карбонатную и терригенную части разреза, выделить интервалы продуктивных толщ, крупных стратиграфических подразделений. На более глубоком уровне по конфигурации кривых ГИС можно выделять пласты горных пород по литологическому составу и пласты-коллекторы с указанием характера насыщения (рис. 1.1). Наиболее отчетливо иерархичность системы (разреза) видна на интегральных диаграммах, на которых отдельные элементы разреза скважины (пласты горных пород) характеризуются своими усредненными физическими свойствами (рис. 1.2). Эти свойства характерны

идля всей системы (разреза скважины), но ее эмерджентным свойством системного уровня является, например, упорядоченная последовательность (усредненных по пластам горных пород) геофизических показаний (на интегральных кривых ГИС – ступенчатая последовательность показаний на отрезках неравной длины). Корни таких свойств скрыты в свойствах составляющих систему элементов.

Эффективное использование диаграмм ГИС по группе скважин для построения модели геологического объекта (например, нефтяной залежи) зависит не только от конфигурации каротажных диаграмм, но и от воспринимающего ее устройства (человеческого мозга или «интеллектуального» технического устройства в виде компьютера и его программного обеспечения). Если рассматривать геологические объекты как пространственные, то составляющие их элементы можно группировать

21

в пространственно связные, компактные подсистемы различных порядков и выйти на так называемое псевдостатистическое моделирование [99], идеи которого были использованы применительно к литолого-стратиграфической интерпретации данных

ГИС [46, 47, 48, 49].

Для более полного и научно обоснованного выделения систем различных уровней в геологии целесообразно разработать иерархические модели этих систем. Моделирование в самом общем виде – это метод исследования какого-либо процесса или объекта путем воспроизведения его самого или существенных его свойств в виде материальной или мысленной модели [24, 72, 98], что показано, например, при построении горно-геометрических моделей некоторых месторождений Пермского Прикамья.

Модель – это такая система, представляемая мысленно или реализованная материально, которая отражает или воспроизводит в какой-то степени объект исследования, но в то же время способна замещать его так, что изучение этой системы дает новую информацию об изучаемом объекте. Поэтому очевидно, что всякая модель есть упрощение (огрубление), а это значит, что моделируемое строение объекта как бы освобождено от затеняющих ее деталей (локальных несущественных неоднородностей).

Иногда говорят о системно-структурном подходе, систем- но-структурной методологии, имея в виду такую ситуацию, когда решающее значение для достижения высокой эффективности исследований приобретает взвешенный выбор схемы расчленения (декомпозиции, структуризации), выявления явно выраженных оснований структуризации изучаемого объекта. Поэтому в нефтегазовой отрасли изучение связей и взаимодействия геологических систем на разных уровнях их организации позволяет подойти к пониманию значения геологических структур. Для установления закономерностей связи между частями геологических структур по данным ГИС необходим специальный логико-математи- ческий аппарат системно-структурного моделирования и, в частности, статистическая обработка промыслово-геофизической

24

информации с использованием кластерно-дискриминантного, дис- персионно-регрессионного и факторного анализов, сопоставления эмпирических распределений и т.п.

Структура системы – это устойчивая картина взаимных отношений элементов целостного объекта, который всегда может быть представлен в качестве системы. Инвариантность как важнейшая характеристика структуры системы приводит к понятию связи, так как структуры в итоге и есть не что иное, как совокупность устойчивых связей объекта изучения. Структура немыслима вне системы, равно как и система по своей архитектонике всегда структурна [63].

Учение о структурах наиболее важно и наиболее перспективно для геологических систем (геологических объектов). Если система – это нечто реальное, то структура – это тот разрез, в котором мы ее рассматриваем, т.е. структура – это мгновенный снимок внутренних взаимоотношений в системе.

На практике при геологической интерпретации данных ГИС предлагается любой изучаемый геологический объект (залежь, разрез скважины и т.п.) представлять в виде системы, состоящей из подсистем и элементов, относящихся к определенным иерархическим уровням и связанных определенными отношениями между собой.

1.2. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ ГИСВ СВЕТЕ СИСТЕМНО-СТРУКТУРНОГО ПОДХОДА

Осадочный бассейн в нефтегазоносном отношении представляет собой целостную систему и находится на более высоком интегративном уровне организации, чем слагающие его нефтегазогеологические компоненты разреза (залежь, продуктивная толща, слой). Разрез любого осадочного бассейна описывается в виде чередующихся слоев, представленных теми или иными литологическими разновидностями горных пород.

25

По литологическому составу одни породы являются нефтесодержащими породами-коллекторами, а другие, препятствующие перемещению углеводородов, плотными непроницаемыми породами (покрышками). Поэтому при выделении геологических объектов разреза различного ранга (слоев, прослоев, слойков, пластов, пропластков и т.п.) необходимо исходить из основных признаков, отражающих сущность выбираемой в качестве основной (базисной) единицы объекта.

Важнейшую роль при изучении геологических объектов играют ГИС – комплекс геофизических работ, выполняемых в скважине с целью детального изучения ее геологического разреза, выделения частей этого разреза, содержащих те или иные полезные ископаемые, оценки промышленного значения углеводородного сырья, определения положения скважин в пространстве и их технических характеристик. Сущность методов ГИС и методики интерпретации результатов скважинных наблюдений изложены во многих учебниках и справочной литературе [26, 29, 38, 39, 71]. В зависимости от физических свойств, изучаемых при каротаже скважин, различают такие методы каротажа, как электрический, радиоактивный, ядерно-магнитный, акустический и др. Полученные при каротаже величины геофизических параметров служат основой для выделения ряда разновидностей горных пород в разрезе скважины, а также для проведения границ между слоями, сложенными породами разного состава или отличающимися одна от другой по своим физическим свойствам. Данных ГИС вполне достаточно для рациональной декомпозиции разреза каждой интерпретируемой скважины и для построения в дальнейшем с помощью межскважинной корреляции общей схемы иерархического расчленения разбуренного объема земной коры на части, сменяющие одна другую по вертикали.

Выделенные по данным ГИС разновидности горных пород увязываются с петрографическими характеристиками образцов пород, полученных при бурении скважин с определенных глу-

26

бин в виде керна, шлама или проб, отобранных грунтоносами. Однако керн отбирается далеко не во всех скважинах. Поэтому относительно полные представления о петрографическом составе горных пород и условиях их залегания практически всегда опираются на данные ГИС, а переход от ГИС к геологическому описанию разрезов скважин базируется на изучении связей про- мыслово-геофизических параметров с физико-геологическими свойствами горных пород [99].

Параметры, измеряемые в процессе исследования скважин геофизическими методами, лишь в редких случаях дают возможность непосредственно определять истинные значения физических свойств горных пород, так как на показания геофизических приборов большое влияние оказывают породы, вскрытые скважиной в соседних интервалах, промывочная жидкость и проникновение фильтрата промывочной жидкости в пласт, размеры зондов и т.п. Исправление геофизических параметров осуществляется введением поправок на влияние аппаратуры, бурового раствора и длины зонда, снятием влияния фона и других мешающих факторов и приведением геофизических параметров к какому-либо стандарту (например, к двойному разностному параметру). Характеристики, полученные при каротаже скважин, нельзя отождествлять с истинными параметрами горных пород. Это своеобразные «геофизические» параметры. По существу, все геофизические методы дают лишь косвенные сведения о составе и свойствах пород, вскрытых скважиной.

Чтобы от этих косвенных сведений перейти к идентификации литологического состава, стратиграфической принадлежности пород, к оценке их истинных геолого-физических свойств, необходимо выполнить геологическую интерпретацию материалов ГИС. Для интерпретации важны не столько сами значения отдельных геофизических параметров, сколько соотношения между ними.

Интерпретация данных ГИС является обратной задачей, содержание которой сводится к тому, что по физическим пара-

27

метрам, измеренным в процессе каротажа, определяют литологию пород, выделяют пласты-коллекторы, количественно оценивают интенсивность проявления наиболее важных геологофизических свойств коллекторов и вмещающих их пород.

Сложность этой задачи и присущая ей в силу обратного характера высокая степень неоднозначности преодолеваются за счет комплексирования методов ГИС, использования эвристических методов регуляризации, детального и глубокого изучения петрофизических связей [14, 30, 38, 102].

Очень важной при геологической интерпретации данных ГИС является проблема увязки данных керна, геофизических и гидродинамических исследований. Как известно, сведения, полученные в результате наблюдений и измерений, выполняемых при разведке нефтяных и газовых залежей и месторождений других полезных ископаемых, относятся к пространственно разобщенным элементам земной коры, в совокупности непосредственно отражают состав и свойства лишь незначительной доли объема изучаемого объекта, носят фрагментарный характер. Даже при бурении разведочных скважин керн отбирается не по всему стволу скважины. В основном имеет место проходка ствола скважины трехшарошечным долотом без выноса керна. Участки перфорации, проводимой в процессе скважинных испытаний, также составляют незначительную часть от общей длины скважины.

Кроме того, различные геологические, геофизические и промысловые показатели определяются и измеряются на разных элементах объема, не совпадающих друг с другом как по месту в пространстве, так и по форме и размерам, т.е. стоят на различных ступеньках иерархической лестницы разреза скважины изучаемого геологического объекта как системы.

Достаточно детальной геологической моделью скважины может служить послойное промыслово-геологическое описание ее разреза. При бурении со сплошным отбором керна такие описания могли бы основываться на коллекторской документации

28

керна, скорректированной и пополненной с учетом данных лабораторного изучения того же керна и проб флюидов, материалов геофизических и гидродинамических скважинных исследований. Однако фактически в практике изучения нефтяных и газовых месторождений основой для составления послойных описаний разрезов скважин служат материалы ГИС, проинтерпретированные с учетом других скважинных наблюдений. Чтобы охарактеризовать изменчивость объекта исследования (разреза скважины) по глубине, задается последовательность пластов, выделенных по материалам ГИС, к которым с большей или меньшей долей условности привязываются результаты лабораторного изучения керна и скважинных испытаний [14, 30], характеризующих элементы разреза скважины различного с точки зрения иерархии уровня. Следует отметить, что какой-либо геофизический параметр по зависимости типа «показания ГИС как функция геолого-физических параметров» определяется не в отдельной точке разреза, а по какому-либо интервалу (пласту) скважины. Не случайно поэтому А.Е. Кулинкович и Н.Н. Сохранов [48, 85] весь разрез делят на относительно однородные участки, а затем находят характерные усредненные показания для каждого пласта (см. рис. 1.2). Использование интегральных кривых ГИС весьма эффективно при литологическом расчленении разрезов скважин и при проведении межскважинной корреляции.

Важнейшим документом геологической службы, характеризующим скважину как систему, является литолого-стратигра- фическая колонка, содержащая сведения о положении границ пластов и их толщинах, литологическом составе и стратиграфической принадлежности пород, которыми пласты сложены, о наличии пластов-коллекторов и характере их насыщения. Единственной непрерывной основой, на которую опирается такая колонка, обычно являются диаграммы ГИС.

Для изучения литологического состава пород используется, как известно [26, 29, 30], большое количество методов ГИС в различных сочетаниях. Оптимальный комплекс ГИС выбира-

29

ется в зависимости от конкретных геологических условий разреза. Это связано с тем, что каждый из методов ГИС обладает разной эффективностью при «узнавании» той или иной литологической разновидности пород. Так, в терригенно-карбонатном разрезе скважин нижнего карбона месторождений юга Пермского края высокопористые песчаники (коллекторы) уверенно фиксируются отрицательными аномалиями на диаграммах потенциалов собственной поляризации ПС и естественной радиоактивности ГК, положительными приращениями на микрозондах МЗ, сужением диаметра скважины за счет образования глинистой корки на стенках скважины на кавернограмме ДС. Глинистые породы уверенно отбиваются по высоким значениям ПС и ГК, характеризуются низкими показаниями при нулевом приращении на МЗ, увеличенным диаметром скважины за счет вымывания глин и образования каверн в процессе бурения, минимальными показаниями нейтронного каротажа НГК. Алевролитам, алевропесчаникам и песчано-глинистым разновидностям пород отвечают нечетко выраженные экстремальные показания на кривых ПС, МЗ, ГК, НГК, ДС (см. рис. 1.1). Все это позволяет при достаточной изученности разреза по керновым данным, опираясь на известные петрофизические зависимости, с помощью кривых ГИС с относительно высокой надежностью выделять и классифицировать основные и промежуточные литологические разности пород, используя в конкретной ситуации наиболее эффективные геофизические методы. В карбонатной части разреза существующий комплекс ГИС обычно обеспечивает надежное выделение глинистых и плотных разностей карбонатных пород и некоторых типов карбонатных коллекторов. Кривая ПС для расчленения карбонатных пород малопригодна. Плотные известняки и доломиты узнаются по повышенным показаниям НГК и низким показаниям ГК и плотностного каротажа ГГК. Против пористых карбонатных пород наблюдается обратная картина – минимальные показания НГК и повышенные ГК и ГГК. Карбонатные коллекторы фиксируются также по

30