Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методические приемы численной обработки и интерпретации сигналов высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования в субгоризонтальных скважинах Горбатенко Алексей Александрович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Горбатенко Алексей Александрович. Методические приемы численной обработки и интерпретации сигналов высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования в субгоризонтальных скважинах: диссертация ... кандидата Технических наук: 25.00.10 / Горбатенко Алексей Александрович;[Место защиты: ФГБУН Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук], 2017

Введение к работе

Актуальность работы. В большинстве случаев интерпретация данных геофизических исследований в субгоризонтальных скважинах, в частности, высокочастотного индукционного каротажного зондирования (ВИКИЗ) и его 9-зондового варианта – высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования (ВЭМКЗ), сегодня выполняется по методикам, разработанным для вертикальных стволов. Однако такой подход зачастую не дает приемлемых для практиков результатов, поскольку эти методики не учитывают особые условия измерения и специфику геоэлектрических моделей среды с субгоризонтальными скважинами. Так, эти скважины, как правило, заполнены буровым раствором с высокой электропроводностью, которая усиливает влияние на сигнал эксцентриситета зонда и неровностей на их стенке. Причем каротажный прибор в субгоризонтальном стволе почти параллелен поверхности напластования, то есть параллелен геоэлектрическим границам, что приводит к поляризации, а также к усилению влияния на сигнал удельного электрического сопротивления (УЭС) вмещающих пород при небольшой мощности пластов. К тому же, необходимо учитывать латеральную изменчивость свойств горных пород в пласте. Поэтому при интерпретации данных геоэлектрические модели среды будут более сложной геометрии по сравнению с моделями среды с вертикальными скважинами.

Очевидно, что с усложнением геоэлектрических моделей эквивалентность решений обратной задачи возрастает. Исследования показывают, что неоднозначность результатов уменьшается при совместном анализе разности фаз и отношения амплитуд, так как они несут информацию о разных областях среды. Однако в силу слабой изученности отношения амплитуд и отсутствия методических приемов эта характеристика сигнала не используется

при интерпретации данных зондирования в субгоризонтальных скважинах.

Исходя из вышесказанного, для повышения качества интерпретации сегодня необходимы новые способы, в частности, основанные на совместном анализе разности фаз и отношения амплитуд ВЭМКЗ (формы и уровня регистрируемых сигналов или их трансформаций в зависимости от длины зонда и/или расстояния по скважине) и с учетом таких осложняющих факторов, как УЭС вмещающих пород, электрической поляризации на границах слоев, влияния неровности стенки скважины и эксцентриситета каротажного зонда, с использованием современных программно-алгоритмических средств.

Цель работы – повысить достоверность, информативность и оперативность численной интерпретации результатов измерения методом высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования в субгоризонтальных скважинах за счет совместного анализа и инверсии разности фаз и отношения амплитуд, учета угла наклона зонда относительно геоэлектрических границ, учета осложняющих факторов (неровности стенки скважины, эксцентриситета прибора), оптимального сжатия данных измерения при инверсии.

Научная задача – разработать методические приемы численной обработки и интерпретации результатов измерения методом высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования в субгоризонтальных скважинах на основе совместного анализа и инверсии разности фаз и отношения амплитуд с учетом угла наклона зонда относительно границ пластов и других осложняющих факторов.

Фактический материал, методы и программно-

алгоритмические средства. Основной метод исследования – анализ результатов численного моделирования разности фаз и отношения амплитуд и их трансформаций, а также практических данных исследования наклонных и горизонтальных скважин методом ВЭМКЗ.

Численное моделирование выполнено с использованием верифицированных программно-алгоритмических средств, разрабо-2

танных в разные годы сотрудниками Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (В.С. Могилатов, О.В. Нечаев, М.Н. Никитенко, И.В. Суродина, Л.А. Табаровский, А.Б. Черяука, М.И. Эпов и др.). При численном моделировании используются значения модельных параметров, которые соответствуют типичным условиям вскрытия горизонтальными скважинами и боковыми врезками коллекторов Западной Сибири (УЭС и мощности пластов, УЭС бурового раствора, диаметр скважины, характерный размер неровности ее стенки, диаметр и эксцентриситет прибора), установленные по многочисленным данным каротажа вертикальных и наклонных скважин.

Выводы базируются на результатах измерения специалистами ОАО «Сургутнефтегаз» более чем в 20 скважинах с горизонтальным завершением в Западной Сибири, включающих данные ВЭМКЗ, бокового каротажа, бокового каротажного зондирования, кавернометрии, гамма-каротажа, нейтронного каротажа, потенциала самопроизвольной поляризации. Практические данные ВЭМКЗ получены с использованием сертифицированных аппаратурных модулей, входящих в комплексы современной российской каротажной аппаратуры «СКЛ-А» и «Алмаз».

Защищаемые научные результаты

  1. Установлены зависимости разности фаз и отношения амплитуд высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования в наклонных и горизонтальных скважинах от зенитного угла, УЭС вмещающих пород и бурового раствора, эксцентриситета прибора и неровности стенки скважины, необходимые для достоверной инверсии данных.

  2. На основе анализа областей экспериментальной эквивалентности решений обратной задачи и функций чувствительности в субгоризонтальной скважине разработан способ сжатия данных с использованием алгоритма Рамера-Дугласа-Пекера, направленный на существенное ускорение инверсии.

  3. Разработаны методические приёмы численной обработки и интерпретации измеренных разностей фаз и отношений амплитуд в наклонных и горизонтальных скважинах с учётом угла пересечения скважиной границ пластов.

Новизна и личный вклад. Найден новый подход к обработке и интерпретации результатов измерения в субгоризонтальных скважинах методом высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования:

  1. По результатам численного анализа данных высокочастотного электромагнитного зондирования и кавернометрии в скважинах Широтного Приобья установлено, что неровности стенки скважины, заполненной буровым раствором с низким УЭС, проявляются в колебаниях значений разности фаз и отношения амплитуд. Расчетами показано, что величина этих колебаний линейно зависит от глубины каверн и увеличивается с ростом контраста УЭС пласта и бурового раствора. При этом среднее значение показаний прибора в однородном пласте, пересеченном скважиной с кавернами, лишь незначительно отличается от показаний прибора в такой же скважине без каверн.

  2. Расчетами сигналов для зонда ВЭМКЗ, смещенного на стенку скважины диаметром 0,124 м, заполненной высокопрово-дящим раствором, установлена зависимость разности фаз и отношения амплитуд от УЭС среды и раствора в скважине, а также показано, что эксцентриситет прибора диаметром 0,102 м больше всего влияет на показания коротких зондов (0,5–1,0 м), а сигналы длинных зондов (1,4 и 2,0 м) изменяются в пределах погрешности измерения.

  3. По результатам численного моделирования установлена зависимость сигнала ВЭМКЗ от угла пересечения границ пластов при небольшой их толщине: с уменьшением угла пересечения скважиной границы пластов диаграммы разности фаз и отношения амплитуд становятся симметричными относительно середины пласта, а в области пересечения границ осложняются экстремумами, связанными с образованием на них поверхностных электрических зарядов.

  4. По результатам численного моделирования сигналов ВЭМКЗ для модели коллектора с типичными для Западной Сибири значениями УЭС установлено, что влияние УЭС подстилающих или перекрывающих толщ на разность фаз проявляется на

расстоянии до полутора длин зонда, на отношение амплитуд – до двух длин зонда.

  1. Показано, что протяженные интервалы, на которых скважина пересекает большое число пластов, целесообразно разделять на несколько частей («окон») и выполнять инверсию на каждом из них отдельно, что существенно ускоряет вычисления без потери точности определения значений УЭС пластов. На основе анализа функций чувствительности и функций невязки показано, что оптимально выделять окна инверсии таким образом, чтобы их края находились в средних частях мощных однородных пластов.

  2. В случае приближения скважины к горизонтальной границе контрастных по УЭС пластов можно оценить УЭС подстилающего пласта и расстояние до границы на основе анализа функционала невязки. Точность этой оценки зависит от контраста УЭС и близости нижней точки скважины к подстилающему пласту.

  3. Показано, что при совместном анализе величин разности фаз и отношения амплитуд в субгоризонтальной скважине существенно уменьшаются размеры областей эквивалентности решения обратной задачи по сравнению с размерами, получаемыми при анализе только разности фаз.

  4. Для ускорения инверсии разработан способ сжатия данных, основанный на алгоритме Рамера-Дугласа-Пекера.

Практическая значимость. Учет осложняющих факторов (неровности стенки скважины, эксцентриситета прибора) при обработке данных существенно повышает достоверность определения параметров геоэлектрических моделей.

Зависимость формы диаграмм ВЭМКЗ от угла наклона скважины служит основой для определения границ пластов и построения стартовой модели при инверсии по данным исследования субгоризонтальных скважин методом электромагнитного каротажа. Зависимость сигнала ВЭМКЗ в двухслойной модели среды с горизонтальной скважиной от УЭС соседнего слоя и расстояния до него позволяет оценивать предельное расстояние, на котором обнаруживается влияние на сигнал УЭС вмещающих пород, что необходимо при определении параметров зоны проникнове-

ния фильтрата бурового раствора, а также в задачах геонавигации. Интерпретация на основе совместного анализа разности фаз и отношения амплитуд уменьшает степень неоднозначности решения обратной задачи электромагнитного каротажа и существенно повышает точность определения параметров геоэлектрической модели.

Способ сжатия данных направлен на повышение оперативности расчетов без потери точности результатов инверсии, значительно увеличивает скорость численной интерпретации данных электромагнитного каротажа.

Разработанный способ интерпретации результатов измерения методом высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования в субгоризонтальных скважинах наиболее эффективен для разрезов нефтегазовых месторождений Западной Сибири. Способ может быть использован для решения задач геонавигации по данным каротажа в процессе бурения, а именно для определения положения границ пластов, к которым приближается скважина, и оценки УЭС пород, находящихся под этими границами.

Степень достоверности результатов. Высокая степень достоверности результатов определяется использованием надежных программно-алгоритмических средств решения прямой задачи электромагнитного каротажа. Учет таких факторов как УЭС бурового раствора, эксцентриситет прибора, неровность стенки скважины, УЭС вмещающих пород, проверен на синтетических и практических данных. Способ сжатия и методические приёмы численной обработки и интерпретации прошли тестирование на синтетических данных, рассчитанных для геоэлектрических моделей с параметрами, соответствующими значениям в терригенных разрезах, и на зарегистрированных в субгоризонтальных скважинах данных. Достоверность полученных результатов обеспечивается представительностью используемых в работе данных геофизических исследований в открытом стволе скважин с горизонтальным завершением.

Апробация работы и публикации. Выносимые на защиту результаты изложены в 19 публикациях: сделано 15 докладов на конференциях, из которых 5 международных и 5 всероссийских; и

опубликовано 4 статьи в 3 научных рецензируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК («Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири», «Каротажник», «Геология и геофизика»).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, содержит 158 страниц, в том числе 46 рисунков и библиографию из 142 наименований.