В разрезе нефтегазовой скважины (Западная Сибирь)

Количественная интерпретация данных проводилась для продуктивных пластов песчаников, которым присвоены индексы 1 и 2, в интервале разреза 2510-2575 м в следующей последовательности:

1) Снимались оптимальные значения ρ_к, ρ_с, d_c и L вычислялись параметры ρ_к/ρ_с и L/d_c (табл.4.1).

Таблица1. Данные для построения фактических кривых зондирования

№п/п	L	d	ρk	ρc	L/d	ρk /ρc
1	0,45	0,22	12	37	2,05	0,32
	1,05	0,22	14	37	4,77	0,38
	2,25	0,22	5,2	37	10,23	0,14
	4,25	0,22	2,7	37	19,32	0,07
	8,5	0,22	4	37	38,64	0,11
2	0,45	0,21	13	35	2,14	0,37
	1,05	0,21	19	35	5,00	0,54
	2,25	0,21	8,5	35	10,71	0,24
	4,25	0,21	4,8	35	20,24	0,14
	8,5	0,21	4	35	40,48	0,11

2) Строились в билогарифмическом масштабе фактические кривые БКЗ (рис. 4.25).

Рис. 4.25. Фактические кривые БКЗ

3) Сопоставлялись фактические кривые с теоретическими 2-х слойной палетки БКЗ и выполнялась оценка пластов на предмет проницаемости (рис.4.26).

Результаты сопоставления:

Пласт 1. Наблюдается расхождение фактической кривой с двухслойной палеточной. Правая ветвь сечёт теоретические кривые и уходит вниз, что указывает на повышающее проникновение. Следовательно, пласт проницаемый. По сопоставлению левой ветви с теоретическими оценивалась зона проникновения, которая имеет параметры ρ_п/ρ_с = 5, что являляется основой для дальнейшей интерпретации кривой по трёхслойной палетке.

Пласт 2. Наблюдается также расхождение фактической кривой с двухслойной палеточной. Правая ветвь сечёт теоретические кривые и уходит вниз, что указывает на повышающее проникновение. Левая ветвь совпадает с теоретической двухслойной. Для последней интерпретируемой кривой зона проникновения имеет параметры ρ_п/ρ_с = 10.

Рис. 4.26. Сопоставление (подбор) фактических кривых пластов 1 и 2 с палеточными двухслойной палетки 1А

4). Сопоставлялись фактические кривые с теоретическими трёхслойных палеток. Подобраны трёхслойные палетки со следующими параметрами:

• пласт 1 - D/d_c = 2; ρ_∆/ρ_с = 5

• пласт 2 - D/d_c = 2; ρ_∆/ρ_с = 10

Результаты сопоставления представлены на рис. 4.27.

Результаты сопоставления:

• пласт 1 - ρ_п/ρ_с = 0,5; ρ_∆/ρ_с = 5; D/d_c = 2; отсюда следует: ρ_п = 18,5 Ом*м,

ρ_∆ = 185 Ом*м, D = 0,43 м и h = 7 м

• пласт 2 - ρ_п/ρ_с = 1; ρ_∆/ρ_с = 10; D/d_c = 2; отсюда следует: ρ_п = 35,0 Ом*м,

ρ_∆ = 350 Ом*м, D = 0,42 м и h = 9 м

Рис. 4.27. Сопоставление (подбор) фактических кривых пластов 1 и 2 с палеточными трехслойными палетоки 4А и 5А

Искомые значения ρ_п и h сведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Результаты количественной интерпретации данных БКЗ

№ пласта	ρп	h
1	18,5	7
2	35,0	9

Рассмотрение данных таблицы 4.2 показывает, что для пласта 1 ρ_п = 18,5 Ом*ми это значение соответствует УЭС водонефтенасыщенных пластов. Для пласта 2 ρ_п = 35,0 Ом*м и это значение соответствует УЭС нефтенасыщенных пластов.

• Проектное задание по ГИС.

1. Дать определение скважины, как объекта изучения геологических разрезов. Назвать основные геологические задачи, решаемые методами ГИС.

2. Раскрыть смысл каротажа скважин и специфику скважинных геофизических методов при решении геологических задач.

3. Составить классификацию методов ГИС по используемым геофизическим полям.

5. Дать определение поисковых и детализационных комплексов ГИС для изучения нефтегазовых, углеразведочных и рудных скважин.

6. Составить и объяснить схему получения каротажных данных в процессе ГИС и на примере одного из методов охарактеризовать аппаратуру и технические средства для скважинных геофизических исследований.

7. Рассказать в каком виде представляются результаты ГИС и как выполняется интерпретация результатов каротажа.

8. Объяснить основы техники безопасности при производстве геофизических работ в геологоразведочных скважинах.

9. Раскрыть смысл решения прямых и обратных задач каротажа.

10. Рассказать методику качественной и количественной интерпретации результатов ГИС.

1) Раскрыть смысл каротажа скважин и специфику скважинных геофизических методов при решении геологических задач.

2) Составить реферат по обеспечению технических работ в скважинах и оперативному контролю их состояния.

3) Определить типовые поисковые и детализационные комплексы ГИС для изучения нефтегазовых, углеразведочных и рудных скважин.

4) Описать в каком виде представляются результаты ГИС и как выполняется интерпретация результатов каротажа.

• Тесты рубежного контроля раздела 4-А.

1. Вопрос: Какие существуют типы зондов КС?

Ответ: Прямые и обращенные зонды. Зонды бокового и микрокаротажа. Потенциал- и градиент-зонды. Зонды методоа естественных потенциалов и вызванной поляризации.

2. Вопрос: Какие задачи решаются поисковым комплексом ГИС?

Ответ: Геологические, гидрогеологические, инженерно-геологические и геоэкологические. Литологическое расчленение разрезов скважин, выделение целевых объектов, определение их глубины залегания и мощности. Определение состояния ствола скважины, наличие в ней продуктивных горизонтов. Поиск и выделение в разрезах скважин зон, содержащих полезные ископаемые.

3. Вопрос: Что собой представляет аппаратура для производства ГИС?

Ответ: Стационарную (на спецавтомобиле) или переноснуюя каротажную станцию с набором зондов, скважинных приборов и наземных регистрирующих устройств. Скважинные приборы для измерения сигналов электрического, радиационного и сесмоакустического полей. Индикаторы удельного электрического сопротивления, удельной электропроводности, естественной и искусственной радиоактивности, нейтронного излучения и акустической жесткости.

4. Вопрос: В чем особенности и отличия импульсного нейтрон-нейтронного и нейтронного каротажа?

Ответ: В способах регистрации тепловых и быстрых нейтронов. В изучении радиационного фона в скважинах и на дневной поверхности. В получении данных о составе радиоактивных элементов в продуктивных пластах. В использовании вместо ампульного источника специального генератора нейтронов.

5. Вопрос: Какими методами ГИС можно изучать состояние продуктивных пластов в околоскважинном пространстве?

Ответ: Методами электрического, акустического и индукционного каротажа. Методами прострелочно-взрывных работ в скважинах. Методами БКЗ и ВИКИЗ. Методом газового каротажа в комплексе с акустическим телевизором.

• Критерии оценки по ГИС.

Коллоквиум.

• Литература к разделу ГИС.

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 191-252.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 233-277.

Дополнительная:

1. Горбачев Ю.И. Геофизические методы исследования скважин. Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 3-380

2. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. – М.: Недра, 1967. – С. 568-570, 580-587, 596-664.

Комплексирование геофизических методов

Лекция 18. Тема: Понятие о геофизичесом комплексе и принципы его выбора. Качественная и количественная неоднозначность при решении прямых и обратных задач. Геологическая интерпретация комплексных геофизических данных

Комплексирование геофизических методов - это сочетание и проведение в определенной последовательности различных геофизических исследований. Необходимость его обусловлена неоднозначностью (многозначностью) истолкования результатов геофизических исследований по определению геологической природы, формы и геометрии изучаемых объектов. Кроме того, необходимость комплексирования определяется тем, что те или иные элементы геологического строения по-разному отражаются в различных геофизических полях и методах. Так, горизонтально-слоистые среды находят хорошее отражение в данных сейсморазведки и методах электромагнитного зондирования, а вертикально-блочное строение более надежно картируется методами электромагнитного профилирования, гравии- и магниторазведки.

Основная идея и цель комплексирования геофизических методов — достижение однозначного решения поставленных геологических задач, определение параметров исследуемых объектов и вмещающей среды.

Для обоснованного проектирования геофизических работ и выбора комплекса методов вводится понятие «физико-геологическая модель» (ФГМ) объекта исследований. В упрощенном виде под ФГМ понимают абстрактные тела простой геометрической формы (шар, горизонтальный цилиндр, столб, пласт и др.) с заданными соотношениями физических свойств тел и окружающей среды, для которых в аналитическом виде или численно с помощью компьютеров можно решать прямые задачи, т. е. рассчитывать аномалии, и обратные задачи, т. е. проводить интерпретацию аномалий в рамках выбранной модели.

ФГМ — это сочетание геологической, петрофизической моделей и модели физических полей. Геологическая модель — система элементов геологического строения, обобщенно описывающая состав, структуру, форму (геометрию) изучаемого объекта и вмещающей среды. Петрофизическаямодель — модель, характеризующая распределение физических и геологических свойств в плане, разрезе, пространстве. Модель физических полей описывает характер физического поля в верхнем и нижнем полупространстве, в котором отражены интенсивность поля, его морфология, аномальные эффекты и различные типы помех.

При формировании ФГМ используют понятие о прогнозно-поисковой модели, определяемой по сочетанию поисковых геофизических признаков и критериев, которыми называют характерные и устойчивые (обнаруживаемые в большинстве случаев) особенности геофизических полей над искомыми объектами.

Формирование ФГМ какого-либо геологического объекта, процесса или явления предусматривает несколько последовательных операций, к которым относятся:

• постановка геологической задачи;

• выбор объекта моделирования (земная кора, , рудная или нефтегазовая провинция, отдельные рудные тела, нефтегазовые залежи и т. д.) с построением априорной геологической модели;

• расчет аномальных петрофизических параметров моделируемого объекта и вмещающей среды;

• построение петрофизической модели и выделение на ее основе структурно-вещественных комплексов;

• решение прямых задач геофизики для каждого метода, т. е. построение модели физических полей;

• оценка, адекватности сформированной ФГМ реальному объекту на эталонах, т. е. наобъектах, аналогичных исследуемому, но с известным геологическим строением.

Требования, предъявляемые к ФГМ, изменяются в зависимости от стадийности геологоразведочного процесса (принцип последовательных приближений). Так, например, задача поисков объекта сводится к выявлению перспективных аномалий с заданной вероятностью и минимальным числом точек наблюдений (обычно три). Густоту сети при этом рассчитывают по моделям физических полей, полученным для наименее благоприятных условий залегания моделируемого объекта.

В зависимости от характера геологических задач различают двуальтернативные ФГМ, предназначенные для решения задач типа «руда — вмещающая порода», «нефтегазо-перспективная — пустая структура», и многоальтернативные ФГМ, используемые при решении задач структурно-тектонического районирования территории, геокартирования, многоцелевых поисков разных видов минерального сырья.

С учетом развития геологических процессов во времени различают статические ФГМ, фиксирующие состояние геологического объекта в определенный (исторический) момент времени, и динамические ФГМ, отражающие изменение физических полей на разных стадиях развития геологических процессов в зависимости, например, от глубины проявления рудогенеза, зон окисления, тектогенеза и т. д. Динамические ФГМ широко используются при мониторинге окружающей среды, при режимных наблюдениях над нефтегазохранилищами и крупными месторождениями углеводородов, находящимися в длительной эксплуатации, естественными фильтрационно-диффузионными процессами, при решении инженерных, гидрогеологических и геоэкологических задач.

Условия эффективного применения геофизических методов

Условиями для этого являются: 1) заметная дифференциация физических свойств искомых геологических объектов и вмещающей среды, 2) благоприятные геометрические размеры вызывающих аномалии объектов, 3) относительно низкий уровень помех геологического и негеологического происхождения.

Понятия о дифференциации (контрастности) физических свойств изменяются в зависимости от метода и решаемых геологических задач. Например, для гравиразведки контрастность свойств оценивают значением избыточной плотности (δ_п), а для электроразведки — соотношением удельных электрических сопротивлений (УЭС) объекта поисков (ρ₀) и вмещающей среды (ρ_ср). Для поисков рудных тел гравиразведкой необходима δ_п около 0,3-0,4 г/см³, а для решения структурных задач достаточно 0,1 г/см³, что связано с размерами разведываемых объектов. Для структурной электроразведки методом ВЭЗ ρ_п должны различаться как минимум в 1,2—1,5 раза. Для поисков рудных тел методом индуктивного профилирования р₀ должно быть меньше ρ хотя бы в 10 раз. Кроме контрастности средних значений свойств важное значение имеет дисперсия Р. Ее принято определять по гистограммам, т. е. графикам зависимостей процента замеров (Р, %) с заданным значением (х) какого-нибудь физического свойства. При одинаковой разнице средних значений физических свойств, представленных для двух типов пород, те породы у которых меньшая дисперсия выделяются более надежно (рис.4.18).

Рис. 4.18. Вариационные кривые физических свойств пород двух типов (1,2) при разной дисперсии (а, б)

Удобной количественной мерой различия каких-нибудь признаков является надежность разделения γ=1 - q где q — отношение площади перекрытия вариационных кривых (S_oбщ) к сумме полных площадей под вариационными кривыми (S₁ + S₂). Надежными для различия свойств считают значения γ от 75 до 100 %.

Величины аномалий от объектов определяются геометрическими соотношениями размеров объекта и глубины его залегания. Например, в электроразведке методом ВЭЗ надежное определение слоя возможно, если отношение его мощности (h) к глубине залегания (H) удовлетворяет условию h/H> 2-10. Слой практически не выделяется, если h/H < 0,1. Предельная глубина залегания изометричных тел, определяемая разными методами геофизики, зависит от отношения радиуса тела (R) к глубине (Н). Например, величины аномалий над сферой пропорциональны: для гравитационных — R³/H², для магнитных — R³/H³, для естественного электрического поля — R²/H², поэтому скорость убывания поля с удалением от источника, а следовательно, и глубина исследования этими методами будут различными. Различают «сильные» аномалии, выделенные визуально, и «слабые» аномалии, соизмеримые с уровнем помех и ниже этого уровня/

Еще одним важным условием применимости геофизических методов является уровень помех. Различают помехи геологического и негеологического происхождения. К первым относят влияние перекрывающих и подстилающих пород, рельефа местности, неоднородности свойств вмещающих пород и т. д. Для электроразведки наибольшее значение имеют рыхлые проводящие отложения в верхней части разреза и слои высокого электрического сопротивления (каменная соль, ангидрит, межпластовые интрузии) на глубине, так называемые экраны. Экраны высокого сопротивления являются препятствием для методов электроразведки постоянным током, но проницаемы для методов переменного тока. Подстилающие породы оказывают заметное влияние на данные грави- и магниторазведки. Рельеф влияет на результаты электроразведки и очень сильно усложняет анализ данных гравиразведки. Толщи многолетнемерзлых пород, распространенные во многих районах нашей страны, создают трудности при проведении электро- и сейсморазведки (устройство заземлений, возбуждение упругих полей).

К помехам негеологического происхождения относят временные вариации геофизических полей. В гравиразведке такие вариации вызываются относительными перемещениями Солнца и Луны и считаются предсказуемыми; в магниторазведке — солнечной активностью и ее воздействием на ионосферу Земли, здесь они непредсказуемы и требуют учета. Искусственные электромагнитные поля искажаются вариациями магнитотеллурических полей, связанных с солнечной активностью, и блуждающих токов техногенного происхождения, а также вариациями полей грозовых разрядов. Для большинства методов электроразведки это — поля-помехи, которые надо подавить или учесть. Однако в некоторых методах элек­троразведки используют физические поля помех с целью получения полезной геологической информации. Приведенные факты подчеркивают относительность понятия помехи.

В геофизике все более заметными становятся помехи, порождаемые деятельностью человека. Сейсмическая вибрация, блуждающие электрические токи, железные предметы в земле и на ее поверхности, подземные горные выработки, техногенные температурные аномалии нередко оказывают заметное влияние на качество геофизических измерений, а в некоторых случаях делают такие работы невозможными. Борьбу с помехами ведут либо методическими приемами, либо аппаратными средствами.

К помехам также относят и погрешности измерений. Их делят на три категории; систематические, случайные и грубые (промахи). Систематические погрешности обу­словлены недостатками конструкции прибора или несовершенной методикой измерений и могут быть выявлены путем периодических поверок и устранены введением поправок (например, поправкой за сползание нуль-пункта прибора в грави- и магниторазведке). На случайные погрешности влияет множество причин, учесть и устранить которые не представляется возможным. Но влияние случайных погрешностей можно уменьшить статистическими приемами обработки.

Неоднозначность решения обратных задач геофизики или неопределенность решения имеет две стороны: одна из них касается качественного определения геологической природы выявленных геофизических аномалий, вторая — получения количественных геометрических характеристик объектов исследований: формы, размеров, глубины и других элементов залегания. К примеру, аномалии гравитационных, магнитных, электрических и других полей, обусловленные объектами исследования, очень часто не отличаются по форме, интенсивности и размерам от аномалий, создаваемых геологическими неоднородностями верхней части разреза, рельефом местности и другими факторами. Аномалии от вертикально залегающих рудных тел часто сходны с аномалиями от тектонических нарушений, по которым внедрялись гидротермальные растворы.

Рассмотрим пример однозначного решения задачи распознавания пород разных типов при картировании. Пусть свойства пород шести основных типов (А, Б, В, Г, Д, Е), слагающих район исследований, представлены в виде распределений физических свойств (рис. 126). Если значение магнитной восприимчивости опознаваемого комплекса χ', то этот комплекс можно отнести к одному из трех типов пород А, В, Е. Наличие третьей характеристики — ка­жущегося сопротивления (ρ_к΄) — позволяет однозначно определить его принадлежность к классу В. Анализ рис. 4.19 показывает, что любая из пород шести типов по данным трех методов (магнито-, грави- и электроразведки) опознается однозначно.

Рис. 4.19. Определение природы геофизических аномалий

Неоднозначность количественного решения обратной задачи проявляется в теоретической и практической эквивалентности. Теоретическая эквивалентность состоит в том, что различные по размерам и глубинам залегания геологические объекты могут создавать одинаковые по форме, размерам и интенсивности аномалии. Практическая эквивалентность определяется совпадением аномальных эффектов от различных по размерам объектов в пределах погрешностей наблюдений и используемого метода интерпретации.

Качественная и количественная неоднозначности при решении обратной задачи геофизики проявляются обычно одновременно. И в общем случае достижение однозначности как для определения природы геофизических аномалий, так и для количественного описания возмущающих объектов возможно лишь путем комплексирования разных методов.

Природу аномалий (точнее, классификацию ихнарудные и безрудные) можно иногда опре­делять и с помощью какого-нибудь одного метода, применяя несколько его модификаций. Это будет внутриметодное комплексирование. Широко известен, например, способ разделения аномалий, выделенных электропрофилированием, на приповерхностные, связанные с неод-нородностями в рыхлых отложениях, и глубинные, обусловленные коренными породами. Способ заключается в проведении работ на двух разносах питающих заземлений АВ — мень­шем и большем. Если при большем разносе аномалия р_к проявляется резче, чем при меньшем, значит, она глубинного происхождения, и наоборот. Лучше для этих целей использовать графики отношения величин р_к, полученных для двух разносов. Этим же способом в элект­ропрофилировании можно разрешить неопределенность типа «синклиналь — антиклиналь». Например, понижение р^ может наблюдаться как при поднятии нижнего слоя низкого сопро­тивления, так и в случае погружения пласта высокого сопротивления. (рис. 4.29).

В электроразведке переменным током разная глубинность достигается наблюдениями на разных частотах: чем выше частота, тем меньше глубинность исследований {скин-эффект). Разночастотные наблюдения могут оказаться полезными и для отделения сплошных сульфидных руд от вкрапленных. При определении природы возмущающего объекта электроразведка переменным током на высоких частотах обладает преимуществом перед методом сопротивлений на постоянном или низкочастотном токе, поскольку в высокочастотных полях породы различаются не только по электропроводности, но и по диэлектрической проницаемости, поэтому разрешающая способность электроразведки возрастает. Породы с одинаковой электропроводностью могут различаться по диэлектрической или по магнитной проницаемости.

Рис. 4.20. Графики электропрофилирования методом СЭП с двойными разносами над геологическими разрезами различных типов