Ближайшие задачи геофизических методов исследования разрезов скважин
(Печатается в порядке обсуждения)
В. Н. ДАХНОВ
За последние годы в усовершенствовании геофизических методов исследования разрезов скважин достигнуты значительные успехи. Однако возможности промысловой геофизики еще в должной мере не используются.
Особенно недостаточно освещается промысловой геофизикой промышленная характеристика разрезов скважин, сложенных карбонатными породами. В толще карбонатных отложений, чрезвычайно скупо освещаемых керновым или иным геологическим материалом, современный комплекс геофизических методов исследования скважин может выявлять благоприятные объекты для опробования. Однако, изучением коллекторов в карбонатных отложениях и выявлением их нефте- и газоносности промысловая геофизика в должной мере не занимается и не использует тех больших возможностей, которыми располагают современные геофизические методы исследования скважин.
Второй областью больших и далеко не исчерпанных возможностей промысловой геофизики является использование геофизических методов для поисков и разведки залежей газа и для контроля процесса их разработки. При поисках газоносных горизонтов от геофизических методов следует ожидать значительно более эффективных результатов, чем те, которые были достигнуты проведенными до настоящего времени исследованиями.
Для повышения эффективности промыслово-геофизических методов и в первую очередь в области решения двух указанных выше и на наш взгляд первоочередных задач, необходимо дальнейшее усовершенствование методики и техники геофизического исследования разрезов скважин. В частности, по каждому из геофизических методов можно рекомендовать проведение работ в следующих направлениях.
Электрические методы исследования разрезов скважин
Метод кажущегося сопротивления
Как известно, основной объем работ по измерению кажущегося сопротивления производится в основном стандартными градиент-зондами и градиент-зондами бокового электрического зондирования. Эти зонды обладают лучшей расчленяющей способностью, чем потенциал-зонды.
Однако наряду с указанным и бесспорным преимуществом градиент-зондов последние не лишены и ряда существенных недостатков, особенно резко сказывающихся при изучении карбонатных отложений и разрезов скважин, сложенных породами очень низкого сопротивления.
Во-первых, градиент-зонды дают возможность определять с меньшей точностью удельные электрические сопротивления пластов высокого сопротивления большой мощности (от 10 м и выше). Это объясняется малой зависимостью кажущегося сопротивления, измеренного градиент-зондами, от удельного электрического сопротивления пород высокого сопротивления [1].
Во-вторых, в породах низкого и весьма низкого удельного электрического сопротивления (например, в водоносных коллекторах продуктивных отложений Западной Башкирии, Восточной Татарии и особенно в меловых и юрских отложениях Затеречной равнины) измерение сопротивления градиент-зондами нередко сопряжено со значительными погрешностями. Эти погрешности создаются утечками, индуктивными и емкостными процессами, затрудняющими, а иногда и вовсе исключающими возможность точного определения удельного электрического сопротивления водоносных отложений, а, следовательно, и определения пористости коллекторов.
Наконец, кажущиеся сопротивления, измеренные градиент-зондами, в большей степени зависят от угла наклона пласта (точнее, угла встречи скважины с пластом), чем значения rк, измеренные потенциал-зондом. При этом необходимо отметить, что применяемые стандартные потенциал-зонды не решают должным образом указанной задачи вследствие относительно небольших расстояний между парными электродами. Как известно [1], в пластах высокого сопротивления такие зонды дают значения кажущихся сопротивлений не только не более близкие к истинным сопротивлениям изучаемых пород, но, наоборот, значительно более преуменьшенные и менее дифференцированные, чем сопротивления, полученные в этих условиях градиент-зондами.
Применение боковых электрических потенциал-зондирований в пластах с низким удельным сопротивлением необходимо особенно рекомендовать в тех районах, где продуктивные горизонты представлены пластами мощностью свыше 6 м. В этих условиях метод боковых электрических потенциал-зондирований обеспечит значительно более точное определение истинного удельного электрического сопротивления изучаемых пород, а, следовательно, и даст возможность точнее определять пористость коллекторов.
Микроэлектрические методы исследования разрезов скважин
Несмотря на очевидную высокую эффективность микроэлектрических методов исследования разрезов скважин, они применяются далеко не во всех районах.
Определение пористости и остаточной нефтенасыщенности коллекторов по данным измерений микроэлектрическими методами производится в недостаточном объеме. Неточность получаемых результатов таких определений на наш взгляд во многом объясняется неудачной конструкцией применяемых микрозондов, поэтому необходимо шире опробовать новые типы их. В частности, нельзя признать правильной установку Главнефтегеофизики на проведение микроисследований с зондами с прямоугольными электродными пластинами и точечными электродами.
Разработанные в последние годы неметаллические микрозонды Московского нефтяного института им. акад. И.М. Губкина с круглыми пластинами и кольцевыми электродами обладают несомненными преимуществами перед существующими микрозондами (рис. 1) и должны шире использоваться в промышленности.
Особенно эффективно использование микрозондов при выделении коллекторов в карбонатной части разреза, как это видно из рис. 2.
В почти недифференцированной толще карбонатных отложений турнейского горизонта по данным стандартных методов исследования скважин микрозонды пониженными значениями кажущихся сопротивлений четко выделяют пропластки с повышенной пористостью и проницаемостью, что дает возможность более подробно изучить коллекторские свойства карбонатных пород.
Сильно отстает разработка методики измерения сопротивления экранированного заземления с управляемым экранным током. Этот метод, получивший широкое производственное применение за границей [5, 7], позволит в значительной степени повысить степень дифференциации разрезов скважин и в ряде случаев с большей точностью определять удельное электрическое сопротивление зоны проникновения фильтрата бурового раствора, а следовательно, и пористость изучаемых отложений.
Индукционный метод исследования разрезов скважин
Создание и промышленное опробование индукционного метода исследования скважин, широко применяемого за рубежом, недопустимо задерживаются. Между тем с каждым годом становится все более и более ясной целесообразность широкого перехода в ряде районов на проводку скважин с буровыми растворами, приготовленными на нефтяной основе. В этих условиях измерения стандартными методами электрометрии скважин не только связано со значительными осложнениями, но в большинстве случаев даже невыполнимо.
Опыт зарубежной практики показывает, что в этих условиях электрическая характеристика разреза вполне может быть установлена по данным индуктивного метода исследования разрезов скважин [4], который дает возможность решать поставленную задачу с достаточной степенью точности.
Метод потенциалов собственной поляризации пород
Широкое применение метода потенциалов собственной поляризации СП (ПС) и данные лабораторных исследований, выполненных за последние годы, доказали перспективность использования этого метода для оценки коллекторских свойств горных пород [1, 2, 6]. Из числа последних работ особенно интересным являются результаты исследования С.А. Султанова по разработке оптимальной методики изучения пористости по данным СП для продуктивных отложений девона Башкирии и Татарии. Однако широкое использование метода СП для изучения коллекторских свойств пород ограничивается точностью измерения потенциалов собственной поляризации. До последнего времени измерение этих потенциалов производится поляризующимися электродами, не обеспечивающими достаточную стабильность измеряемых потенциалов. При этом нередко измерения производятся при недостаточно точно установленном масштабе записи. Погрешности из-за указанных выше причин могут быть недопустимо высоки.
Эти недостатки должны быть устранены, и изучение потенциалов собственной поляризации пород должно вестись с возможно большей степенью точности.
Также отстает и разработка методики изучения карбонатных отложений по данным потенциалов собственной поляризации пород. Известно, что за рубежом для этой цели применяется метод селектированных потенциалов [3], который, как это следует из литературных источников, дает более уверенное расчленение разрезов скважин, сложенных карбонатными отложениями, чем стандартный метод потенциалов собственной поляризации.
Работы, выполненные в Московском нефтяном институте по договору с ВНИИгеофизика МНП, установили возможность более детального расчленения карбонатных отложений по данным измерения потенциалов концентрации pH водородных ионов. Первые результаты опробования этой методики, выполненные на Туймазинском нефтяном месторождении, оказались весьма обнадеживающими (рис. 3). Этот метод, по-видимому, можно использовать при изучении карбонатных отложений.
Метод потенциалов вызванной поляризации
За последние годы были получены весьма интересные результаты промышленного опробования метода потенциалов вызванной поляризации при исследованиях разрезов нефтяных скважин. Известно, что метод ВП, получивший широкое применение в угольной промышленности, при изучении нефтяных и газовых скважин долгое время по совершенно непонятным причинам не применялся.
Метод потенциалов вызванной поляризации позволяет не только лучше, чем это возможно сделать методом потенциалов собственной поляризации (рис. 4), расчленять разрезы скважин, но, главное, позволяет выделять проницаемые горизонты и в благоприятных условиях количественно оценивать их проницаемость (рис. 5.)( Это положение вполне понятно, если учесть, что в методе потенциалов вызванной поляризации исследователь управляет поляризацией горных пород и тем самым, изменяя поляризующие факторы в нужном направлении, обеспечивает повышение интенсивности электрических полей поляризационного происхождения. Необходимо при этом отметить, что потенциалы собственной поляризации следует рассматривать как потенциалы вызванной поляризации при плотности возбуждающего тока (в частности, плотности теллурических токов), близкой или равной нулю.).
Радиоактивные методы исследования разрезов скважин
В области радиометрии скважин необходимо отметить ряд следующих задач, требующих скорейшего решения.
Метод естественного гамма-излучения
До сих пор при исследовании слабо радиоактивных пород нефтяных месторождений расчленение разрезов скважин производится лишь по данным измерения интенсивности естественного гамма-излучения, но не по данным абсолютных значений содержания радиоактивных элементов. Это ограничивает возможность широкого использования метода естественной радиоактивности не только для детального изучения литологии горных пород, но и для выяснения процессов накопления радиоактивных элементов. Последнее имеет большое значение как для изучения распределения радиоактивных элементов в земной коре, так и для выяснения ряда вопросов, связанных с генезисом нефти и природного газа.
Метод рассеянного гамма-излучения
Широкие перспективы открываются перед методом рассеянного гамма-излучения. Этот метод не только дает возможность детально расчленять разрезы скважин по плотности горных пород, что имеет первостепенное значение для интерпретации результатов гравиметрической разведки, но, главное, позволяет изучать пористость пород, выделять при благоприятных условиях исследования газоносные пласты и следить за продвижением газонефтяного или газоводяного контакта в эксплуатационных газовых скважинах. В этой области метод рассеянного гамма-излучения должен в ближайшие годы получить широкое промышленное использование.
Нейтронные методы
Большие, полностью еще не использованные возможности таят в себе и нейтронные методы исследования разрезов скважин. Решение задачи отделения нефти от воды в скважинах, закрепленных обсадными колоннами, успешно выполненное коллективом лаборатории радиометрии Московского нефтяного института, не только позволило применить нейтронные методы исследования скважин в упомянутых целях, но и указало, что необходимо при определении пористости пород учитывать их химический состав, минерализацию пластовых вод и степень насыщенности коллектора ими. Влияние минерализации пластовых вод и присутствие глинистого материала в породах значительно ограничивают возможности нейтронных методов для определения пористости горных пород. Следует обратить особенное внимание на необходимость учета данных потенциалов собственной поляризации пород и естественной радиоактивности, позволяющих оценить содержание глинистого материала и, следовательно, при известной минерализации пластовых вод сделать определение более обоснованным. Возможно, определение пористости пород облегчится при использовании методики боковых нейтронных зондирований, характер кривых которых, по-видимому, обеспечит изучение коллекторских свойств горных пород с большей степенью точности. Необходимо также уделить внимание изучению распределения нейтронов надтепловых энергий, плотность которых в большей: степени будет зависеть от водородсодержания породы.
Термические методы исследования скважин
Промышленное применение термических методов исследования скважин все еще находится в недостаточно удовлетворительном состоянии. По совершенно недопустимым причинам эти методы используются в весьма малом объеме. В частности, еще до сих пор нередки случаи, когда разведочные и даже опорные скважины бурятся без регистрации геотермограмм. Имеющиеся данные геотермических измерений в должной мере не обобщаются, и тем самым исключается возможность широкого использования геотермических измерений при изучении глубинной тектоники месторождений и провинций.
Особенно перспективно широкое использование термических измерений для изучения газовых скважин. Как показали работы, выполненные за рубежом, термические измерения в газовых скважинах дают возможность не только определять положение газоносных прослоев, что хорошо известно, в частности, по работам, выполненным в СССР, но и устанавливать вероятную продуктивность отдельных объектов разработки по интенсивности изменения температур.
Выводы
Обобщая изложенное в настоящей статье, считаем, что для дальнейшего улучшения и повышения точности геофизических методов бескерновой геологической документации разрезов, скважин необходимо:
1 широко опробовать идеальные потенциал-зонды и боковые электрические потенциал-зондирования в ряде нефтеносных площадей и в первую очередь на месторождениях Западной Башкирии, Восточной Татарии и Затеречной равнины с целью уточнения разрезов скважин и более точного определения коллекторских свойств горных пород;
2 шире использовать микроэлектрические методы исследования скважин для детального изучения их разрезов и особенно продуктивных горизонтов и карбонатных отложений; при этом необходимо обратить внимание на широкое промышленное опробование зондов различной конструкции, создав все условия для развития различных направлений в области микроэлектрических исследований, в частности микроэлектрических исследований с экранным управляемым током;
3 обратить особое внимание на повышение качества регистрации диаграмм электрометрии скважин и в первую очередь диаграмм потенциалов собственной поляризации пород для повышения точности определения коллекторских свойств горных пород;
4 заняться серьезной разработкой индуктивных методов, обеспечивающих бескерновое изучение скважин, бурящихся с буровыми растворами на нефтяной основе, по параметру электрического сопротивления;
5 шире поставить дальнейшее опробование и промышленное внедрение метода потенциалов вызванной поляризации, в первую очередь с целью более детального расчленения разрезов скважин, выделения коллекторов и изучения их проницаемости;
6 разработать в ближайшие годы методы изучения количественного содержания радиоактивных элементов в горных породах;
7 поставить шире работы по изучению пористости пород как методом рассеянного гамма-излучения, так и нейтронными методами исследования разрезов скважин; эти методы должны быть также привлечены для изучения газоносности пород и наблюдения за продвижением газонефтяного и газоводяного контактов;
8 в большем объеме использовать термические методы исследования скважин, обеспечивая получение геотермограмм по всем разведочным скважинам и проведение термических измерений с целью выделения газоносных объектов и особенно изучения процесса разработки залежей газа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. Гостоптехиздат, 1955.
2. Дахнов В.Н. и Кобранова В. Н. Изучение коллекторских свойств и нефтенасыщенности продуктивных горизонтов нефтяных месторождений по данным промысловой геофизики. Сб. «Промысловая геофизика». Гостоптехиздат, 1952.
3. Dоl1 Н.G. Selective SP logging. J. Petr. Technology, vol. 2, № 5, 1950.
4. Доль Г.Ж. Индукционный кароттаж. IV Международный нефтяной конгресс. Геофизические методы разведки. Гостоптехиздат, 1956.
5. Доль Г.Ж. Боковой кароттаж. IV Международный нефтяной конгресс. Геофизические методы разведки. Гостоптехиздат, 1956.
6. Нечай А.М. Определение минерализации пластовых вод. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 8. Гостоптехиздат, 1952.
7. Уинн Р.Г. Методы кароттажа с использованием фокусировки тока. IV Международный нефтяной конгресс. Геофизические методы разведки. Гостоптехиздат, 1956.
Рис. 1. Пример сопоставления кривых микрозондов с металлическими пружинами и прямоугольной электродной пластиной с кривыми микрозондов с неметаллическими пружинами и круглой электродной пластиной (Западная Башкирия).
1 - кривая кажущегося сопротивления, записанная с потенциал-зондом В7,5А 0,75М; 2 - кривая потенциалов собственной поляризации пород; 3 и 4 - кривые микрозондов AM = 0,05 м и АО = 0,0375 м с металлическими пружинами; 5 и 6 - кривые микрозондов AM =0,04 м и АО = 0,03 м с неметаллическими пружинами. Как видно, превышения кажущихся сопротивлений, зарегистрированных большим микрозондом, относительно значений rк малого микрозонда против I, II и III горизонтов (заштрихованные зоны), соответственно составляющие для зондов с неметаллическими пружинами в среднем 1,57; 1,56 и 1,76, значительно выше таковых (1,23; 1,22 и 1,17) для зондов с металлическими пружинами. Это обеспечивает более точное определение пористости пород неметаллическими зондами. Значения коэффициента кп пористости, определенного теми и другими зондами, показаны у соответствующих участков диаграмм.
Рис. 2. Пример четкого выделения коллекторов в карбонатных отложениях турнея (Туймазинское месторождение) по данным микрозондов.
1 - кривая rк, зарегистрированная зондом N20M2A; - кривая потенциалов собственной поляризации;. - кривая микро-потенциал-зонда А0.02М; 4 - то же микро-потенциал-зонда А0.04; 5 - породы с высокими коллекторскими свойствами; 6 - то же со средними коллекторскими свойствами. Положение коллекторов на диаграммах микрозондов четко отмечается низкими кажущимися сопротивлениями при значительно более высоком сопротивлении большого микро-потенциал-зонда (кривая 4) по сравнению с кажущимся сопротивлением, зарегистрированным малым микро-потенциал-зондом (кривая 3).
Рис. 3. Пример диаграммы pH, зарегистрированной с сурьмяным электродом.
1- кривая rк потенциал-зонда В7,5А0,75М; 2 - кривая потенциалов собственной поляризации; 3 - кривая pH. Карбонатные отложения, Туймазинское месторождение.
Рис. 4. Сопоставление кривых кажущегося сопротивления (1), потенциалов собственной (2) и вызванной (3) поляризации пород.
Как видно, кривая потенциалов вызванной поляризации значительно детальнее расчленяет разрез и, в частности, выделяет песчано-глинистые пачки (а, б, в, г, д и е), практически не отмечаемые на диаграммах кажущегося сопротивления и потенциалов собственной поляризации (Грозный, Серноводск).
Рис. 5. Сопоставление данных определения проницаемости песчаных коллекторов по керну Кпр (керн) и по потенциалам вызванной поляризации пород Кпр (ВП). Группирование точек вблизи от пунктирной прямой, проходящей под углом 45°, указывает на точность определения проницаемости пород методом ВП.
