К оглавлению	УДК 550.8:550.832.79
	© M. Т. Бондаренко, В. В. Лихачев, 1991

Геологическая интерпретация данных диэлектрического каротажа

М.Т. БОНДАРЕНКО, В.В. ЛИХАЧЕВ (ВНИИгеофизика)

Резервом повышения эффективности детального комплекса ГИС нефтяных и газовых скважин является волновой диэлектрический каротаж (ДК). Опытные работы, проводимые в последние годы аппаратурой диэлектрического каротажа (АДК) и с помощью макетов разных организаций, показали перспективность ДК в нефтегазовой геофизике и определили круг решаемых задач: выделение коллекторов, определение их эффективной мощности h_эф, идентификация обводненных пластов в процессе эксплуатации, но главным образом - количественная оценка объемной влажности w и, следовательно, коэффициента нефтегазонасыщенности коллекторов Кнг. При наличии полного детального комплекса ГИС задача выделения коллекторов и определения h_эф решается удовлетворительно без ДК, но в рамках ограниченного комплекса в скважинах, бурящихся на растворе на нефтяной основе (РНО), значимость и эффективность ДК возрастает - он является в этих условиях обязательным. Определение Кнг не искаженных проникновением фильтрата раствора на водяной основе (РВО) коллекторов в базовых скважинах, вскрывших перспективный интервал на PHO,- основное назначение ДК. Значения Кнг по ДК независимы от результатов лабораторного определения остаточной водонасыщенности Кво. Эти данные являются сопоставимыми и контролирующими друг друга, что способствует повышению достоверности определения важного подсчетного параметра. В случае же плохой сохранности керна (пересушивание чаще, чем увлажнение), что иногда отмечается при его хранении и транспортировке, возможность определения Кнг по ДК позволяет все же реализовать преимущества вскрытия перспективного интервала на РНО, что повышает стоимость скважины в 2 раза.

Для количественных определений необходимо располагать АДК с метрологическим обеспечением, и, имея в виду сокращенный комплекс ГИС в скважинах на РНО, автономной оценкой качества. Этим требованиям соответствует разработанная Киевским ОКБ геофизического приборостроения и Нефтегеофизикой двухзондовая аппаратура комплексного ДК (КДК), которая за два спуско-подъема регистрирует по три параметра высокочастотного электромагнитного поля двумя разноглубинными зондами. В 1988 г. аппаратура КДК прошла приемочные испытания и сейчас выпускается опытным производством ОКБ по заказам предприятий. Сопоставимой по техническому уровню является однозондовая трехпараметровая аппаратура ДК1-713, выпущенная ВНИИнефтепромгеофизикой. Таким образом, в производственных организациях в настоящее время работает около 25 комплектов современной АДК, обеспечивающей опытно-промышленное внедрение метода.

Основой количественной интерпретации данных ДК являются достоверные петрофизические модели горных пород, создание которых основано на лабораторных исследованиях. До настоящего времени последние сводились к изучению единичных образцов без связи их с решением задач практической интерпретации ДК. Обширная коллекция Ю.Л. Брылкина [1] по месторождениям Тюменской и Томской областей не лишена этого недостатка. Авторами собраны и исследованы представительные коллекции керна из базовых скважин в районах внедрения ДК: Западная Сибирь - 30 образцов, европейский север - 50, Оренбургская область - 15.

На лабораторной установке, датчиком которой является измерительный конденсатор, проводили исследования образцов пород, имеющих форму цилиндров высотой 4-6 мм, диаметром 3 см, со специально обработанными плоскостями оснований. Измеряли диэлектрическую проницаемость е при разном насыщении образцов раствором NaCl, в том числе абсолютно сухих. Были изучены зависимости е пород от частоты электромагнитного поля, состава минерального скелета, содержания воды и ее минерализации. Подтверждены данные многих авторов о том, что е терригенных и карбонатных коллекторов интенсивно возрастает с понижением частоты. Поэтому изучение петрофизических зависимостей проводилось на оптимальной частоте 43 МГц, применяемой в АДК.

Установлено, что зависимостиот W для разных типов пород (песчаников, алевролитов, известняков, доломитов) близки к линейным и их крутизна возрастает с увеличением минерализации насыщающей воды (рис. 1). Путем обобщения лабораторных данных по всем образцам получена аналитическая петрофизическая зависимость для  вида

где- диэлектрическая проницаемость абсолютно сухой породы по лабораторным данным и породы, полностью насыщенной пластовой водой, с сопротивлением

где- диэлектрическая проницаемость скелета породы, k_п - коэффициент пористости.

Значения эмпирических коэффициентов Р, S, d для слабоглинистых песчаников и неглинистых карбонатов с межзерновой пористостью, усредненные для различных месторождений, составляют для песчаников S = 63,44, р = 0,34, а для известняков S = 78,44, р = 0,36.

Для повышения точности интерпретации ДК значения коэффициентов должны быть определены на образцах конкретного месторождения.

Предлагаемая нами зависимость (1) существенно уточняет применявшуюся ранее формулу - значения  и доли объема отдельных компонент, слагающих горную породу. Эта формула не учитывает минерализацию пластовой воды и является первым приближением к зависимости  от w. На рис. 1 она показана пунктирной кривой.

В то же время значения  пород, вычисляемые по формуле (1), сходятся с теоретическими расчетами эффективной диэлектрической проницаемости по формуле, рекомендуемой в [2]:

где k, k_в и k_ск - волновые числа для породы в целом, воды и минерального скелета, которые определяются электрическими переметрами этих сред  и . При этом в области  от 2 до 0,2 Омм совпадение очень хорошее, а приот 0,2 до 0,04 Омм значения по [2] завышены по сравнению с экспериментальными на 15-20 %.

И, наконец, значения  пород, определение с помощью формулы (1) по данным измерений на лабораторной установке контактным способом, хорошо совпали с данными непосредственных измерений , проводимых бесконтактным способом в скважинах ряда районов. Это обстоятельство является важнейшим аргументом в пользу правомерности предлагаемой петрофизической модели.

По лабораторным измерениям  абсолютно сухих образцов были рассчитаны значения  минерального скелета пород по формуле Лехтенекера - Хиппеля:

Для коллекторов Уренгойской площади (песчаников и алевролитов)изменяется от 5,1 до 6,1, среднее значение составляет 5,75 ( коллекторов отдельных месторождений Тюменской и Томской областей, по данным [1], составляют в среднем 5,9). Плотные песчаники с карбонатным цементом характеризуются . Для доломитов разных площадей нами получены значения от 7,5 до 8,5, а для известняков - 8,5-9,3.

При расчетных по формуле Оделевского значения  получаются меньше названных: для терригенных пород примерно на 1 отн. ед., для карбонатных - на 0,3-0, 5 отн. ед. При практической интерпретации данных ДК существенно, чтобы расчет  проводился по той же формуле, которая используется для расчета  в формуле (1).

Классический вариант методики интерпретации данных ДК предусматривает двухступенчатую процедуру. Первый этап - геофизическая интерпретация - заключается в определении по измеряемым амплитудным (А, Ар - разностная) и фазовым (Р) параметрам  и  пласта-коллектора. На втором этапе по одному из уравнений (1, 2), связывающих  с w, осуществляют геологическую интерпретацию - определение w. При проникновении в пласты-коллекторы фильтрата бурового раствора (РВО) классический вариант интерпретации единственно возможный. Определениеобеспечивается в этом случае по данным двух разноглубинных зондов аппаратуры КДК путем применения трехслойных палеток, что довольно трудоемко и сопряжено с заметной потерей точности, прямо пропорциональной глубине проникновения. Так как в связи с высокой рабочей частотой (43 МГц) радиус исследования диэлектрических зондов составляет первые десятки сантиметров, количественная интерпретация ДК возможна при D<=4d_c (здесь D - диаметр зоны проникновения, d_c - диаметр скважины) и следует признать, что его эффективность в скважинах на РВО ограничена.

Основной областью применения ДК являются скважины на РНО, в которых проникновение водного фильтрата отсутствует, а проникновение нефти, существующее, по мнению некоторых исследователей, мало изменяет электрические свойства продуктивных пластов. В этих благоприятных условиях w можно определить по непосредственно измеряемым параметрам А_р, А, Р, минуя промежуточный этап определения [4]. Связь параметров, измеряемых при ДК, с w устанавливают, подставляя в теоретические зависимости А_р, А, Р отипетрофизические зависимостииот w, k_n и  пластовой воды. Петрофизическая зависимость для  может иметь вид уравнений (1,2), а для  приемлемы:

в зависимости от того, какие структурные коэффициенты определяют лабораторным путем. Здесь а₁, а₂, m, n, с - структурные коэффициенты в известных уравнениях Арчи-Дахнова.

Для песчаников (а₁ = 0,75, а₁= 1, m=2, n= 2) показана палетка, по которой при известных Кп и определяют объемную влажность w пласта-коллектора (рис. 2). Таким способом по данным аппаратуры КДК можно найти шесть значений w, а по данным ДК1-713 - три значения w для каждого пласта соответственно числу измеряемых параметров. Такая «избыточность» данных полезна для оценки качества измерений, для увеличения точности определения w путем усреднения по нескольким независимым измерениям и, наконец, она обеспечивает количественную интерпретацию в случае низкого качества записи отдельных параметров и зондов.

При подсчете запасов, когда требуется большая точность определения w, интерпретационные палетки целесообразно рассчитать специально для структурных коэффициентов и петрофизических зависимостей данного месторождения. Так поступили при определении Кнг пластов-коллекторов Зайкинского и Уренгойского месторождений по данным измерений аппаратурой КДК в базовых скважинах.

Пласт Д₅ Зайкинского месторождения Оренбургской области представлен неглинистыми известняками пористостью от 3 до 14 %. Геологическая интерпретация данных ДК проведена по базовой скв. 570, вскрывшей перспективный интервал на известково-битумном растворе (ИБР). При интерпретации принимали Кп по НГК и = 0,022 Ом*м. Для определения  проведены лабораторные измерения  на 16-ти образцах известняков из четырех скважин Зайкинского месторождения. Расчетные значения  изменялись от 8,7 до 9,8, составляя в среднем 9.

Объемную влажность w и Кнг определяли обоими описанными выше способами. Значения Кнг, рассчитанные с помощью, существенно расходятся с данными анализа керна и показывают некорректность методики при Кв<10 %. Значения же w и Кнг, полученные по непосредственно измеряемым параметрам, удовлетворительно совпадают с результатами анализа керна (таблица), если таковые имеются (вынос керна в среднем 50 %, представительность - 1,5 образца на 1 м эффективной нефтенасыщенной мощности). Необходимо отметить, что для упрощения в таблице приведены конечные значения, усредненные по шести измеренным параметрам. Для пластов 2 и 3, кроме того, рассчитаны средневзвешенные по мощности значения .

Кривые ДК и стандартного детального комплекса электрического каротажа в перспективном интервале базовой скв. 572 Уренгойской приведены на рис. 3. Пласты-коллекторы (песчаники и алевролиты) при любом насыщении четко выделяются минимальными значениями измеряемых параметров на фоне высоких значений, характерных для вмещающих глин и аргиллитов. По форме кривые ДК близки к кривым ИК, ПС, но имеют большую расчленяющую способность. Показано также сопоставление диаграмм ДК, полученных при заполнении скважины РНО и РВО. Интервалы коллекторов отмечаются приращеним одноименных параметров Ар или Р (на рис. 3 заштрихованы), но в зависимости от наличия и глубины проникновения РВО приращение может быть разного знака. Плотные породы выделяются минимальными значениями на кривых всех трех параметров ДК и должны быть идентифицированы по данным других видов ГИС (НГК, БК).

Определение w и Кнг проводили по фазовому и амплитудному параметрам Ар и Р, измеренным при заполнении скважины РЙО. Эти значения сначала исправляли за ограниченную мощность пластов, так как разрез скважины весьма тонкослоистый. Отметим, что хотя случай вмещающих пород низкого удельного сопротивления для этих поправок является неблагоприятным, тем не менее при мощности пластов 0,4-0,6 м они составили 20- 30 %, а при мощности 0,8-1 м вводить поправки не было необходимости. Значение  для нефтегазонасыщенных пластов БУ₈, БУ₉ принято равным 0,18 Омм, для прочих продуктивных пластов - 0,17, а всех водонасыщенных - 0,24. Известно, что показания ДК по сравнению с каротажом сопротивления мало зависят от , поэтому неточность в задании этого параметра не столь критична при геологической интерпретации. Результаты лабораторных определений  рассмотрены выше.

Интерпретационные палетки ДК были рассчитаны для структурных коэффициентов пород месторождения: m=1,59, n= 1,61, a₁=1,36, а₂=0,98. По ним установлена w отдельно для длинного и короткого зондов, а затем по среднему из этих значений с учетом определенной по керну пористости подсчитаны значения K_нг= (1-w/Кп )*100. В правой части рис. 3 дано сопоставление значений Кнг по ДК со значениями Кнг, полученными лабораторным путем для пластов - газонасыщенных коллекторов залежи БУ8, и видна их хорошая сходимость.

На рис. 4 дана статистическая зависимость УЭС (по данным электрического каротажа) от до (по ДК) для всех пластов-коллекторов скв. 572 Уренгойской. Эта связь аппроксимируется уравнением  и характеризуется коэффициентом корреляции r =0,91 при дисперсии о= 0,088.

Статистическая зависимость «геофизика - геофизика», полученная по ГИС для условий естественного залегания, хорошо совпадает с аналогичной зависимостью «керн - керн», установленной ЦНИЛ Тюменьгеологии по лабораторным данным для нескольких сотен образцов (см. рис. 4).

Удовлетворительное совпадение значений Кнг по ДК и керну получено также в скважинах на РНО в карбонатном разрезе площади Хоседаю и в терригенном Сарембойской.

Опытно-промышленное внедрение современной аппаратуры ДК показало высокую эффективность метода при определении Кнг, особенно в условиях вскрытия пластов-коллекторов с раствором на непроводящей основе. Таким образом, широкое внедрение ДК является реальным резервом повышения качества подготовки запасов нефти и газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Брылкин Ю.Л. Диэлектрический каротаж нефтяных и газовых скважин // Дисс. на соиск. уч. степ, д-ра технических наук,- Новосибирск.- Изд. СНИИГиМС,- 1984.

2. Даев Д.С., Талалов А.Д. Электрические свойства водосодержащих горных пород в переменном электромагнитном поле // Геология и разведка.- 1988.- № 5.- С. 94-99.

3. Денисов С.Б., Макагонова С.К. Выделение коллекторов и оценка характера насыщения по данным диэлектрического каротажа // Сб. докл. III научного семинара СЭВ по нефтяной геофизике. Т. II. Промысловая геофизика.- М.- 1988.- С. 72-80.

4. Лихачев В.В. Определение влажности пород по данным диэлектрического каротажа / В кн.: Прикладная геофизика.- Вып. 119 -М.: Недра,-1988,-С. 134-143.

Abstract

A commercial promotion of the efficient method of detailed geophysical well logging - dielectric logging - is considered. A new two-zonde equipment has been developed for quantitative determinations with an accuracy sufficient to enable exploration problems to be solved at the stage of the calculation of oil and gas reserves. Petrophysical fundamentals of the method have been considerably extended. Provided is an independent determination of volume humidity and oil-gas saturation coefficient while estimating reserves of fields in sandy-argillaceous and carbonate deposits.

Таблица Определениепласта Д₅ Зайкинского месторождения

Прослой	Глубина залегания подошвы, м	Мощность, м	Кп, % по НГК	Данные, ДК			Кнг, % по керну
						Кнг, %
1	Коллекторы 4509,4	0,6	7	8	0,7	90	89,3
2а	4524,0	1,0	-	9,1	0,75	94	-
2б	4525,5	1,5	-	9,1	0,88	93	-
2в	4526,0	0,5	-	9	0,63	95	-
	Итого по пласту 2	3,0	12,5	-	0,80	94	92,2
3а	4534,5	0,5			0,98	93
3б	4535	0,5		9	0,72	95	95,1
3в	4535,4	0,4		9	0,84	94	95,1
3г	4536	0,6		7,3	0,72	95
3д	4536,6	0,6		8,5	0,84	64
3е	4537	0,4		6,9	0,57	96
	Итого по пласту 3	3,0	14	-	0,78	94,5	95,1
	Неколлекторы 4542,0	4,4	1	9	0,41	50

Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемостипесчаников Уренгойской площади с к_п = 16-18 % от объемной влажности w.

Аналитическая зависимость: 1 - по формуле (1), 2 - по формуле   Шифр кривых-, Ом-м

Рис. 2. Палетка для определения объемной влажности песчаников по фазовому параметру Р:

Песчаники аппаратура КДК, зонд И|0,ЗИ₂0,45Г; шифр кривых , Ом м

Рис. 3. Кривые стандартного и диэлектрического каротажа и значенияпо базовой скв. 572 Уренгойской

1 - аргиллиты; 2 - песчаник плотный с известковистым цементом; песчаник: 3 - нефтегазонасыщенный, 4 - водонасыщенный

Рис. 4. Зависимость от по данным ГИС (точки) и лабораторным измерениям (кривая).

Пласт: 1 - нефтегазонасыщенный, 2 - водонасыщенный