Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы статистически-корреляционной интерпретации материалов геофизических исследований скважин. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
И.А. Мельник
ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКИ-КОРРЕЛЯЦИОННОЙ
ИНТЕРПРЕТАЦИИ МАТЕРИАЛОВ
ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН
Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета
Издательство
Томского политехнического университета
2022
1
УДК 550.832(075.8)
ББК 33.131:26.2я73
М48
Мельник И.А.
М48 Основы статистически-корреляционной интерпретации материа-
лов геофизических исследований скважин : учебное пособие /
И.А. Мельник ; Томский политехнический университет. – Томск :
Изд-во Томского политехнического университета, 2022. – 69 с.
ISBN 978-5-4387-1062-2
В пособии изложены новые принципы интерпретации материалов геофизических исследований скважин. Данные принципы базируются на геохимических процессах, проходящих в земной коре, и формально-логической теории,
построенной на основе статистически-корреляционного анализа массива геофизических данных. Показаны примеры его практического применения, способы выявления низкоомных нефтегазоносных залежей, подтверждена валидность этого метода.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 21.05.03
«Геофизические методы исследования скважин», и геофизиков-
интерпретаторов каротажа скважин при поиске и разведке углеводородного
сырья.
УДК 550.832(075.8)
ББК 33.131:26.2я73
Рецензенты
Доктор геолого-минералогических наук,
старший научный сотрудник, доцент
главный научный сотрудник лаборатории подсчета запасов
ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
А.А. Дорошенко
Доктор геолого-минералогических наук
ученый секретарь ООО «НОВАТЭК НТЦ»
Ю.Н. Долгих
ISBN 978-5-4387-1062-2 © ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2022
© Мельник И.А., 2022
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2022
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .......................................................................................................... 4
1. Краткий обзор методов ГИС для изучения горных пород ..................... 6
2. Решаемые задачи при традиционной интерпретации
материалов ГИС ........................................................................................ 10
Контрольные вопросы и задания ............................................................. 13
3. Теория статистически-корреляционной
интерпретации данных ГИС .................................................................... 15
3.1. Геохимические основания метода СКИ ........................................... 16
3.2. Формально-логические основания применения метода СКИ ........ 22
Выводы ....................................................................................................... 27
Контрольные вопросы и задания ............................................................. 28
4. Примеры практического использования метода СКИ .......................... 29
4.1. Подтверждение
интенсивностей вторичных процессов ............................................. 29
4.2. Интенсивности вторичных геохимических процессов
в качестве индикаторов углеводородных коллекторов .................. 34
4.3. Методы выявления низкоомных
нефтегазонасыщенных коллекторов ................................................. 41
4.4. Статистические параметры интенсивностей
преобразования породы как показатели присутствия
проницаемых разломов и качества флюидоупоров ........................ 51
Выводы ....................................................................................................... 59
Контрольные вопросы и задания ............................................................. 59
валидности метода СКИ при определении
Заключение .................................................................................................... 61
Обозначения и сокращения.......................................................................... 63
Список литературы ....................................................................................... 65
Приложение ................................................................................................... 68
3
ВВЕДЕНИЕ
Принципиально новые идеи в науке всегда реализуются с огром-
ными сложностями.
Это происходит не только в области теоретических разработок, но
и по направлениям экспериментальных и эмпирических работ. Иногда
даже положительные фактические данные не являются аргументом в
пользу реализации нового направления. Поэтому осуществление и
внедрение в производство технологических приёмов, основанных на
новых
ческого фактора тормозится повсеместное внедрение нового метода интерпретации данных каротажа скважин в производство поиска и разведки углеводородного сырья. Одним из возможных условий ускорения
внедрения новых методов является издание учебников и учебных пособий, по которым будут обучаться
менять полученные знания на практике.
принципы статистически-корреляционного метода интерпретации материалов геофизических исследований скважин (ГИС) [18–20, 22, 23].
Приведены примеры и методические подходы реализации этого способа
интерпретации, разрабатываемые на протяжении полутора десятка лет и
в итоге сформированные в определенную технологию
ванных методах ГИС и основные решаемые задачи при традиционной
интерпретации каротажных диаграмм [1, 10]. В следующих главах
представлены теория и практические результаты применения иного,
статистически-корреляционного способа интерпретации материалов
ГИС и петрофизических характеристик.
ключается в концепции
поступающих в коллектор флюидов на два и более физико-химических
параметра среды, регистрируемых геофизическими приборами. Корреляционные связи между выборочными данными регистрируемых параметров представляют собой отклик геохимического процесса, обусловленного наложенным эпигенезом. И здесь неважно – зависимы или независимы между собой параметры. Корреляция между ними происходит
вследствие
корреляционной связи обусловлены интенсивностью доминирующих
процессов геохимического преобразования породы. Поэтому при выделении флюидопроницаемых интервалов с определенными корреляцион-
принципах, происходят достаточно длительное время.
Вследствие проявления рассмотренного выше негативного челове-
молодые люди и в дальнейшем при-
В пособии изложены геохимические, математические основы и
[15, 24, 27, 29, 32].
В первой и второй главах дана краткая информация об использо-
Новизна статистически-корреляционной интерпретации (СКИ) за-
одновременного геохимического воздействия
внешнего влияния. Величины статистических параметров
4
ными параметрическими связями можно вычислить условную интенсивность конкретного вторичного геохимического процесса в исследуемом интервале.
Интенсивность процесса преобразования породы зависит от отношения времени трансформации минералов к времени фильтрации смеси
флюидов в исследуемом интервале. Это отношение пропорционально
статистическим параметрам. В учебнике даются геохимические основания и математические принципы, обосновывающие теоретический
фундамент этого метода. Подтверждается валидность определения интенсивности геохимических процессов. И самое важное, используя разработанную технологию статистически-корреляционной интерпретации
данных ГИС, с целью выявления пропущенных продуктивных низкоомных залежей, обусловленных вторичными процессами, можно исследовать все песчаные коллекторы во всех скважинах месторождения углеводородов без изучения каменного материала.
На практике были «отработаны» интенсивности пяти процессов:
каолинитизации, карбонатизации, пиритизации, пелитизации и образования двойного электрического слоя в глинистых минералах (см. приложение). При определенных условиях данные процессы могут быть
индикаторами: присутствия углеводородов; наличия поверхностной
электрической проводимости в гетерогенных средах; существования
каналов глубинной фильтрации. Развитие данного метода для определения интенсивностей
вторичных процессов позволит выявить другие
корреляционные зависимости.
Пособие построено таким образом, чтобы учащийся смог понять
физическую суть статистически-корреляционного метода, закономерности проявления корреляционных связей от различных петрофизических
и литологических характеристик породы и в комплексе связать результаты интерпретации с геологическими условиями образования залежей
нефти и газа. Здесь показаны статистические
алгоритмы, которые мож-
но использовать на практике.
Изучение данного пособия предполагает знание студентами следующих дисциплин: «Физика», «Математика», «Химия», «Геофизические
исследования скважин», «Литология», «Петрофизика», «Геохимия».
Пособие предназначено для магистрантов и аспирантов нефтяных специальностей и служит основой для выполнения практических занятий и
самостоятельной работы учащихся с литературой. Будет полезно и спе
-
циалистам геофизикам-интерпретаторам.
5
1. КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ГИС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
В открытом стволе скважины в обязательном порядке проводят
комплекс геофизических исследований с целью получения литологопетрофизической информации о характеристиках пород залегающих пластов. Основной задачей интерпретации материалов ГИС являются поиск
продуктивных, нефтегазонасыщенных коллекторов и определение фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) соответствующих пород [2, 4, 13].
Стандартный комплекс геофизических исследований скважин
представляет собой совокупность следующих
радиоактивные методы: гамма-каротаж скважин (ГК), плот-
ностной гамма-гамма-каротаж (ГГК), спектральный гамма-каротаж
(СГК), нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННКт)
либо нейтронный гамма-каротаж (НГК), импульсный нейтроннейтронный метод каротажа (ИННК);
электрические методы: метод кажущего сопротивления (КС),
боковое каротажное зондирование (БКЗ), микрокаротаж (МК), индукционный каротаж (ИК), высокочастотный индукционный каротаж изопараметрического зондирования (ВИКИЗ), метод потенциалов собственной поляризации (ПС);
акустические методы (АК): методы акустического каротажа по
скорости и по затуханию.
Перечисленные методы используют почти во всех скважинах, как в
поисково-разведочных, так и в эксплуатационных. В особых случаях,
для наиболее точного определения характера насыщения, используют
ядерно-магнитный каротаж (ЯМК). Для уточнения литологопетрографических характеристик породы сложных разрезов часто используют
спектральные методы нейтронно-гамма-каротажа скважин.
В обязательном порядке применяются каверномер и термокаротаж.
С целью хроностратиграфической корреляции скважин используют методы измерения магнитной восприимчивости и естественной остаточной намагниченности. Для корректировки структурно-текстурных характеристик породы, её минералогического состава применяют сканерные изображения (имиджи).
Интегральный гамма-каротаж основан на регистрации
естественного спектра гамма-активности горных пород, который задается элементами радиоактивных семейств тория и урана, а также изотопом калия-40, который испускает 0,12 гамма-квантов (энергией 1,46 МэВ)
на один распад. Для элементов семейств урана и тория наибольшей интенсивностью и проникающей способностью испускающих фотонов облада-
методов каротажа:
всего
6
ют изотопы Th
232
и Ra
226
с соответствующей энергией гамма-квантов –
2,62 и 1,76 МэВ. На диаграмме интегральная гамма-активность показана в
мкР/ч. Спектральный гамма-каротаж породы основан на регистрации
дифференциального естественного энергетического спектра фотонов по
энергиям: 1,46; 1,76; 2,62 МэВ.
Плотностной гамма-гамма-каротаж базируется на процессах облучения и регистрации гамма-излучения, рассеянного в породе. При
энергии до
2,2 МэВ гамма-кванты в большей степени взаимодействуют
с электронной оболочкой атома и не чувствительны к химическому составу. Радиационные фотоны используемых изотопов Cs
137
и Co60 соот-
ветствуют этой энергии выхода.
Стационарный нейтронный гамма-каротаж основан на генерации
быстрых нейтронов от радиоактивного источника с дальнейшим замедлением энергии и поглощением потока тепловых нейтронов горной породой. В результате поглощения нейтронов атомными ядрами породы
ядра переходят в возбужденное энергетическое состояние. Возбуждение
снимается посредством гамма-излучения. Интенсивность регистрируемого гамма-потока зависит от плотности потока тепловых нейтронов,
поглощающей и излучающей способностями атомных ядер. При
нейтрон-нейтронном каротаже по тепловым нейтронам интенсивность регистрируемых тепловых нейтронов обусловлена замедляющей
и поглощающей способностями породы. Замедляющая способность
среды в основном зависит от её водородосодержания, а поглощающая –
от содержания бора, железа, гадолиния, самария и
т. д. Двухзондовый
ННКт в процессе регистрации полезного сигнала позволяет отсечь поглощающую способность и полностью связать регистрируемый сигнал с
водородосодержанием.
Метод ИННК заключается в изучении нестационарных нейтрон-
ных полей, создаваемых генератором нейтронов, который работает в
импульсном режиме с частотой следования импульсов от 10 до 500 Гц.
Сущность импульсного режима заключается в
облучении породы импульсами нейтронов определенной длительностью, следующими друг за
другом через определенный промежуток времени. После истечения
времени задержки включается наземная измерительная аппаратура, и на
протяжении времени окна временного анализатора измеряется плотность нейтронов. Декремент затухания плотности потока тепловых
нейтронов характеризует поглощающую способность среды.
Информационность электрических методов каротажа скважин очень
высокая
. В практике исследований скважин наиболее востребован метод
измерения кажущего удельного электрического сопротивления (УЭС).
Показания УЭС зависят от мощности пласта, размера зонда, диаметра
7
скважины, а также зоны проникновения и УЭС промывочной жидкости.
Учет данных влияний с их поправками, при постоянном электрическом
токе и изменяющей разности потенциалов, позволяет применить закон
Ома для определения истинного УЭС породы в зависимости:
от пористости, влажности, структуры и анизотропии породы;
состава флюидов и минерализации воды;
УЭС минералов, слагающих горные породы;
температуры и давления исследуемого пласта.
Обратная задача ГИС – это определение характеристик среды (используя уравнение Дахнова–Арчи) по измеренным параметрам электрического поля. С уменьшением размера зонда уменьшается радиус исследования, что позволяет изучить геометрические параметры зоны проникновения, УЭС промывочной жидкости, отбивать границы маломощных
пластов и, соответственно, вносить численные поправки
. Для определения истинного УЭС породы используют метод БКЗ с различными размерами однотипных зондов и микрокаротажное зондирование.
Индукционный каротаж скважин позволяет определять электрическую проводимость породы пласта. Принцип работы ИК основан на
возбуждающей катушке, питаемой переменным током, и приемной (измерительной) катушке, снабженной усилителем и выпрямителем. Переменный ток,
протекающий по генераторной катушке, создает переменное магнитное поле (первичное), индуцирующее в окружающих породах вихревые токи. Вихревые токи в породах создают вторичное магнитное поле, которое генерирует электродвижущие силы (ЭДС) во второй, приемной катушке. Соответственно, ЭДС, наведенная вторичным
полем в измерительной катушке, в первом приближении пропорциональна электропроводности горных
пород.
В индукционном каротаже не требуется непосредственного контакта
измерительной установки с промывочной жидкостью на поверхности скважин. Это дает возможность применять ИК в тех случаях, когда используются непроводящие промывочные жидкости, либо в сухих скважинах.
Метод ВИКИЗ основан на измерении относительных фазовых характеристик высокочастотного электромагнитного поля, формируемого
генераторным и
принимаемого измерительным катушками. Для маломощных пластов достоинством данного метода является его высокое
пространственное разрешение.
Потенциал ПС естественного электрического поля вызывается циркуляцией тока в промывочной жидкости. Диффузионно-адсорбционные
ЭДС возникают на границе минерализованного раствора пластовой воды
и скважиной промывочной жидкости с меньшей минерализацией, а также в присутствии контакта с
различной глинистостью пород. В связи с
8
тем, что скорость движения аниона хлора в ~1,5 раза превышает скорость
движения катиона натрия, анионы хлора, проникая из более минерализованной пластовой воды в зону проникновения, отрицательно заряжают ее
скважинную поверхность. В свою очередь, заряженный отрицательно
глинистый пласт со стороны поверхности скважины накапливает положительный заряд.
Акустический каротаж (АК) основан на
изучении характеристик
упругих волн ультразвукового (частотой десятки кГц) и звукового диапазона (частотой от 16 Гц до 20 кГц) в горных породах. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в
ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине. Основными видами АК являются каротаж
по скорости и каротаж по затуханию амплитуды сигнала.
В зависимости от вида деформации в породе возникают различные
типы волн, основными из которых являются продольные и поперечные.
Продольные волны связаны с объемной деформацией вещества, а их
распространение в любой среде представляет собой перемещение зон
растяжения и сжатия около своего первоначального положения
в
направлении, совпадающем с направлением распространения волны.
Поперечные волны обусловлены деформациями сдвига и присущи
только твердым телам.
Среди горных пород, по большому ослаблению ими упругих колебаний, выделяются газоносные, трещинные и кавернозные породы.
Также сильное влияние на затухание оказывают глинистость пород,
форма пор и трещин, сортировка зерен, пористость и проницаемость.
Скорость
распространения колебаний зависит от упругих свойств минерального скелета пород, степени их цементации, пористости и характера
насыщающей жидкости, разности горного и пластового давлений.
9
2. РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ ПРИ ТРАДИЦИОННОЙ
ИНТЕРПРЕТАЦИИ МАТЕРИАЛОВ ГИС
В настоящей главе прежде всего рассматриваются решаемые задачи при интерпретации результатов каротажа скважин для поиска и разведки месторождений нефти и газа. Исследуются основные доминирующие физико-химические факторы влияния на показания каротажных
приборов при выявлении геологических, литологических и петрофизических характеристик. Вычисление перечисленных параметров позволяет не только выявлять
проводить точный подсчёт запасов углеводородов [1].
К основным петрофизическим свойствам породы относят следующие ФЕС коллекторов и литологические разности [2]: пористости общая, открытая, эффективная и динамическая; проницаемость (трещиноватость); плотность; характер насыщения (УВ, вода, сухо); доли связанной и свободной воды; глинистость и карбонатность.
Литологическое расчленение горной породы по материалам ГИС
в разрезе скважины позволяет выделять следующие основные литотипы
пород [13]: глины и аргиллиты; алевролиты; песчаники; песчаники глинистые; песчаники карбонатные; карбонаты проницаемые; карбонаты
плотные и глинистые; аргиллиты битуминозные; угли.
При геологической интерпретации данных ГИС решаются следующие задачи [4, 13]: литологическое расчленение разреза скважин;
фациальное районирование комплексов
стратиграфическое расчленение разреза по пластам; построение седиментационных моделей; выявление геофизических реперов; определение покрышек; выявление коллекторов и изучение их свойств, определение водонефтяных контактов.
Как правило, для литологического расчленения пластов в разрезах
скважин используют комплексный подход интерпретации данных ГИС.
В основном дифференцируются породы по плотности, пористости,
нистости и карбонатности. Совокупность показаний перечисленных
характеристик, а также соотношения показаний радиоактивных, электрических и акустических методов каротажа скважин позволяют определять литологию породы. Например, интенсивность естественной интегральной радиоактивности пород в основном зависит от содержания
двух радиоактивных элементов и одного радиоактивного изотопа – урана, тория и калия-40. Эти элементы
минералами либо находятся в атомной решетке самих минералов (калиевые гидрослюды). С увеличением глинистости показание ГК пропорционально увеличивается. В свою очередь, показания нейтронных ме-
продуктивные пласты в разрезе скважин, но и
отложений; геофизическое и
гли-
хорошо сорбируются глинистыми
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]