Индикация фильтрационных зон электромагнитным зондированием горизонтальных скважин

1.Физические основы метода

Косая слойчатость осадочных пород с небольшими углами наклона относительно горизон­тальной плоскости имеет широкое распространение. Слойчатость является следствием циклической дина­мики перемещения осадочного материала. Аппаратура ВИКИЗ содержит пять индукционных геометрически подобных зондов. Все расстояния между одноимен­ными катушками зондов изменяются, при последо­вательном увеличении длин зондов. При этом рабочие частоты зондов уменьша­ются последовательно в 2 раза. По данным математического моделирования канонических мо­делей каротажа определены оптимальные соотноше­ния между параметрами подобия, которые названы изопараметрами. Изопараметрические зонды отража­ют однородную изотропную среду равными величи­нами измеряемых характеристик, соответствующих ее удельному сопротивлению. Неоднородность среды вызывает изменения в показаниях зондов. Это упро­щает визуальный анализ каротажа.

Зондами ВИКИЗ измеряют фазовые компоненты электродвижущих сил, индуцируемых в измеритель­ных катушках зондов. В канонических моделях сре­ды фаза в ближней катушке меньше, чем в дальней катушке, а их положительная разность отражает ка­жущуюся электропроводность среды.

Разность фаз исключает помехи равные по величи­не от неоднородностей среды, в частности от скважи­ны. По мере увеличения длины зонда исключение рас­пространяется на все большие объемы среды вокруг скважины.

Наилучшим образом эти возможности зондов выпол­няются в разрезах с симметричным строением элек­трических неоднородностей относительно оси зондов. В условиях наклона зондов к границам породных слоев, заметных искажений также не наблюдается, ес­ли контрастность электрических свойств между слоя­ми среды незначительная.

Радиальные зондирования методом ВИКИЗ по­зволяют определять истинное удельное сопротивле­ние пластов в достаточно однородных структурно-тек­стурных условиях осадконакопления. Качество опре­деления зависит от достоверности восстановления ис­тинных величин удельного сопротивления залежи. Однако сложное строение осадочных пород не всегда адекватно интерпретационным моделям каротажа.

В средах сложного строения, когда пласты сфор­мированы, например, наклонными прослоями с рит­мично сортированным осадочным материалом, мо­дельная база для ГС становится существенно отлич­ной от канонических моделей. В дополнение, ситуа­цию осложняет изменяющаяся в пределах пласта тра­ектория скважины.

Вскрытие осадочных пород горизонтальными сква­жинами можно отнести к сложным условиям со мно­гими неизвестными.

 

Зондирование горизонтальных скважин.

Рас­смотрим типичные примеры каротажа в горизонталь­ных скважинах, пробуренных на солевых биополи­мерных растворах.

В качестве примера на рис. 1, а-в показаны фраг­менты диаграмм, полученные в одной из горизонталь­ных скважин Сургутского свода. Бурение скважины выполнялось с применением СБР (0,04 Омм).

На левом поле фрагментов приведены диаграммы ПС и кривая абсолютной глубины траектории сква­жины. На среднем и правом изображены диаграммы ПС и ВИКИЗ. Фрагменты диаграмм представлены в трех разных масштабах измеряемых параметров «а, б, в» - слева направо, а также разным масштабом глу­бин: 1:1000,1:200 и 1:50, соответственно. Цена деления шкалы ВИКИЗ для диаграмм на поле «а» равна 10°, а для полей «б» и «в» - 5°. Масштаб кривой ПС для фрагментов «б» и «в» укрупнен в 5 и 3 раза относи­тельно фрагмента «а». Такое представление диаграмм ПС и ВИКИЗ делает более наглядным анализ формы кривых каротажа.

 

На рис. 2 показаны результаты каротажа в горизонтальной скважине, вскрывшей нижнюю часть продуктивного пласта с высоким содержанием пластовой воды. Бурение скважины проводилось на СБР с высокой концентраций соли.

Модель пласта с косой слоистостью.

 На рис. 3 модель пласта с косыми слоями

Структур­ная неоднородность слоев связана с уменьшением раз­мера минеральных частиц снизу вверх. Этим обусло­влена более высокая проницаемость нижней части слоев по сравнению с верхней частью.

При избыточном давлении раствора со стороны скважины проницаемые интервалы в большей мере подвержены опережающему проникновению фильт­рата бурового раствора. Контур зоны проникновения в слоях показан эллипсовидной линией, которая ус­ловно выделяет часть слоя с аномально низким удель­ным сопротивлением относительно непроницаемых частей слоев. Части тонко отмученных осадков про­питаны более вязкой нефтью и не поддаются вытес­нению фильтратом. Эти условия определяют контраст­ность удельного сопротивления слоев.

Для выявления причин искажения данных ВИКИЗ в ГС с СБР было проведено моделирование на базе вышеупомянутой модели среды. При этом сделано до­пущение об отсутствии влияния скважины. Численны­ми расчетами полей в одномерных моделях со сква­жиной установлены пределы параметров скважины, при которых ее влияние отсутствует. В частности, мо­делирование показало, что зонд длиной 2,0 м (в со­ставе аппаратурной модификации типа ВЭМКЗ) в сква­жинах диаметром 140... 160 мм с солевым раствором высокой концентрации 150... 180 кг/т исключает па­раметры скважины при контрасте удельного элек­тросопротивления (УЭС) «скважина-пласт» 1/5000. Это соответствует отношению УЭС скважины к УЭС пласта как 0,02 /100 Омм.

Результаты моделирования косой слоистой текстуры. Наклонные слои внутри нефтеносного пла­ста представлены чередованием тонких непроница­емых прослоев с более толстыми проницаемыми от­ложениями в слоях. Проницаемые части слоев с малым значением удельного сопротивления чередуют­ся с непроницаемыми частями слоев более высокого значения. При заданных параметрах слоистого пла­ста варьировался угол наклона траектории движения зонда относительно модельной слоистости. Итераци­ей модельных параметров получены синтетические диаграммы, которые согласуются с практическими измерениями.

На практических диаграммах видимая длина рит­мических изменений составляет 1...2 м. При извест­ных углах встречи зондов с границами раздела оп­ределяется истинная толщина слоев. Фактически, не­определенность такой оценки заложена в отсутствии данных об истинных углах наклона слоистых обра­зований. По этой причине моделировались различные сочетания угловых наклонов границ к направлению скважины. Тем более что в реальности угол встречи скважины со слоистостью постоянно меняется. Что ка­сается удельных сопротивлений слоев в продуктив­ных пластах, то эти свойства хорошо изучены при исследовании скважин на пресных буровых раство­рах. Исходя из известных значений об удельном со­противлении солевого раствора и емкостных свой­ствах коллекторов, делается приближенная оценка удельного сопротивления чередующихся слоев.

 

Рис. 4  - резуль­таты математического моделирования слоистого пла­ста. Модель слоистого пласта общей толщиной 4 м состоит из десяти прослоев. Прослои толщиной 0,4 м состоят из двух слойков с толщинами 0,3 и 0,1 м и УЭС 1 и 50 Ом-м, соответственно. Слойки низкого удельного сопротивления имитируют проницаемые интервалы. Слойки высокого удельного сопротивле­ния «непроницаемы» для флюидов. Зонды пересека­ют границы раздела под разными углами встречи: от 90 до 5° - шифр бланков. По мере уменьшения угла встречи длина линии перемещения зондов возраста­ет, что отмечается на оси абсцисс.

 
 

Аналитические выводы следующие. По мере умень­шения угла встречи диаграммы смещаются к нуле­вым значениям разности фаз, что соответствует росту кажущихся удельных сопротивлений. Разрешающая способность зондов к прослоям сохраняется. Наиболь­ший «размах» амплитуд фазовой характеристики на диаграммах становится наибольшим для угла «встре­чи» в 30°. Дальнейшее уменьшение углов встречи зондов с границами слоев приводит к увеличению кажущихся удельных сопротивлений, которые суще­ственно отличаются от модельных величин.

Отмеченные искажения измеряемого параметра яв­ляются следствием взаимодействия магнитной и элек­трической компонент переменного поля с косослоистой средой]. В таких условиях данные ВИКИЗ не могут интерпретироваться на основе традицион­ных моделей электрического каротажа. Для восстано­вления реальных значений удельного сопротивления слоистых текстур пласта необходимы данные о фак­тических углах наклона текстур осадка к направле­нию скважины (оси зондов).

 

На рис. 5 показано сравнение практических и син­тетических диаграмм ВИКИЗ. Измерения выполне­ны в горизонтальной скважине, диаметр которой равен 146 мм, а УЭС - 0,04 Омм. Синтетические диаграм­мы (правое поле) рассчитывались для двух различ­ных слойчатых моделей пласта при их наклоне к оси зондов, равном 10°. Верхняя группа слоев на рис. 5 (с общей длиной 11м) состоит из чередующихся сло­ев с толщинами 0,1 м (УЭС = 1,5 Омм) и 0,3 м (УЭС = = 40 Омм). В нижней группе тонкий слой имеет удель­ное сопротивление 1,0 Омм. Остальные параметры сохранены, как и у верхней группы слоев. Параметры модели, конечно же, упрощенно представляют ре­альную структуру слойчатости пласта. Тем не менее, итерацией модельных параметров достигается сход­ство синтетических кривых с практическими диаграм­мами ВИКИЗ. Кривая, зарегистрированная электро­дом ПС, представлена штриховой линией.

Проницаемые прослои по данным ВИКИЗ выде­ляются увеличением разности фаз тем больше, чем короче зонд, что соответствует уменьшению кажущих­ся удельных сопротивлений в зоне проникновения фильтрата. Внешнее очертание кривых на практиче­ских диаграммах изобилует разнообразием в мелких деталях, что обусловлено, по всей вероятности, бо­лее сложной структурно-текстурной сменой осадоч­ного материала при его накоплении. Синтетические диаграммы получены с помощью более однородных моделей слойчатости, что определило симметрию кон­фигурации кривых. Тем не менее, итерацией модель­ных параметров удается получить синтетические диа­граммы, весьма схожие с практическими результата­ми. Такая согласованность дает уверенность в том, что данные практических измерений отражают слож­ные геологические отложения с циклическим чередо­ванием слоев, малыми углами наклона к направле­нию скважины и контрастным чередованием элек­трических свойств. В работе [14] предложен вариант специальной методики для определения по данным ВИКИЗ эффективной мощности продуктивного слой­чатого пласта для условий пересечения его пологой скважиной.

Можно предполагать, что такие сложные формы накопленных осадков ограничивают отдачу нефти из скважин горизонтального бурения. Вскрытие таких отложений скважинами на солевых растворах сыгра­ло положительную роль в понимании еще одной сла­бо изученной области при разработке месторожде­ний горизонтальными скважинами.

Выводы. Практика и теория ВИКИЗ в горизон­тальных скважинах, вскрываемых на солевых биопо­лимерных растворах, позволяет отметить позитивные и негативные стороны метода.

1. Позитивная сторона заключается в том, что по результатам зондирования, обладающего высоким раз­решением, удается установить внутреннюю текстур­ную и структурную неоднородность терригенных про­дуктивных пластов и на этой основе оценить вдоль
горизонтального ствола эффективную суммарную прот
яженность слойчатых текстур, фильтрующих нефть.

2. Негативная сторона обусловлена возникновением электрических зарядов на границах косых текстур, которые, имея синхронные и противофазные колебания относительно токов проводимости (главными и сителями информации об удельном сопротивлени среды), подавляют их, исключая возможность интерпретации данных в рамках канонических моделелей каротажа.

Данные о фактическом наклоне слойчатых текстур внутри пласта относительно оси зондов в горизонтальной скважине являются необходимыми параметрами для корректного восстановления истинных удельных сопротивлений косых слоев. Очевидную пользу могут дать керновый материал, извлеченный при бурении горизонтальной скважины, и его исследования люминесцентными методами.