Введение к работе
у; Актуальность пройдешь Развитие нефтяной и газовой про-/мшшеннооти связано с вовлечением в разведку и разработку новых, все более сложных нефтегазоносных геологических объектов, характеризующихся полкмшеральным составом, нэоднороляыи строением пород, повышенными термобарическими условиями. В этих условиях возрастают требования к достоверности и детальности геологической документации разрезов нефтегазовых скважин, что, в свою очередь, стимулирует создание я применение высокоинфоризтивнш методов исследования, эффективных методик и способов обработки н интерпретации результатов измерений.
Важное место в комплексе геофиаических исследований скважин (ГЙС) на нефть и газ занимают методы стационарного радиоактивного каротажа (РК>. Они применяются для решения основных задач оперативкой интерпретации и подсчета запасов - выделения коллекторов, определения их емкостных характеристик, Бедственного состава и насыщения, оценки положения контактов газ-нефть-вода, эффективных йефтегазонасьвдгнных толщин я т.д.
Интенсивное развитие (особенно в последние годы) методов РК, разработка и внедрение новых модификаций шогопараметро-вой и ыкогозондовой аппаратуры и высокие темпы компьютеризации ГЙС выдвигают проблему теоретического обоснования методики интерпретации материалов РК на основе решения прямых и обратных задач в постоянно усложняющихся геолого-технических условиях измерений. Поэтому развитие теории решения прямых и обратных задач РК, направленное на разработку эффективных способов и компьютеризованной технологии получения геологической информации из результатов измерений, является актуальной крупной научной проблемой, имепдей важное народно-хозяйственное значение в области поисков и разведки месторождений нефти и газа.
Цель работы - повышение достоверности и геологической информативности комплекса стационарных методов радиоактивного каротажа при решении задач нэфтегазопромысловой геофизики в сложных геолого-технических условиях путем развития теория решения прямых и обратных задач РК и создания компьютеризованной технологии обработки и интерпретации.
Основные задачи работы;
- разработка физико-математического аппарата для решения
прямых задач радиоактивного каротажа с учетом многообразия геолого-технических условий измерений в нефтегазоразведочных скважинах, включающего ядерно-физические и геометрические модели нейтронного, гаша-гамма- и гамма-каротажа, алгоритмы и компьютерную технологию расчетов зависимостей РК с точностью, не уступающей эксперименту;
исследование полей радиоактивных излучений с учетом многофакторности условий измерений и взаимосвязанности технических и геологических параметров, дифференцированной оценкой физических аффектов, сущэственно влияющих на формирование показаний, с целыэ получения исходных данных, необходимых и достаточных для построения интерпретационных зависимостей РК;
обоснование, разработка и апробация на экспериментальных и скважинных материалах интерпретационных зависимостей РК для серийной аппаратуры с оценкой их достоверности и представительности для учета влияния условий измерений /в скважине, сложного минерального состава город и насыщающих их флюидов;
разработка алгоритмов решения обратных' задач и коыпь-отеризованной технологии обработки данных РК с целью оценки достоверности (качества) результатов измерений и построения петрофизических моделей для определения емкостных и литологк-ческих параметров горных пород;
- опробование интерпретационного обеспечения и компьюте
ризованной технологии обработки данных РК в широком диапазоне
изменения геологических и технических параметров в различных
нефтегазовых регионах страны.
Научная новизна. На основе совершенствования штодов Монте-Карло разработан эффективный вычислительный аппарат для решения прямых задач РК в реальной геометрии измерений в скважине, гересекзщэй неоднородные полшинеральные горные породы с различным насыщением, включающий:
- физико-математические модели переноса излучения в геоме
трии "прибор-скважина-порода";
- алгоритмы и программы, специализированные для.расчета
полей, применяемых в ядерной геофизике, обеспечивавдие умень
шение счетной погрешности, ускорение вычислений, получение
дифференцированных оценок физических аффектов, влияния гео
метрии скважинных приборов в реальных условиях каротаяныг из
мерений;
- компьютерную технологии вычислений, обеспечивающую висо
кую точность результатов за счет корреляции параллельных (од
новременных) и последовательных расчетов вариантов геолого- ч
технических условий.
В результате исследования решений прямых задач радиоактивного каротаяа а реальных условиях измерений впервыэ:
установлена инверсия пространственных распределений потоков надтепловых и тепловых нейтронов и захватного гамма-излучения в горных породах, пересеченных скважной, обусловленная взаимосвязанным влиянием водородосодерлания, хлоросодерйа-ния и минерального состава пород и показана возможность применения указанного эффекта для определения пористости, литологии и насыщения пород по данный многозондовых модификаций НК;
проведен анализ коыпонентного состава регистрируемого при НГХ захватного гамма-излучения в широком диапазоне изменения геолого-технических условий изыерений и предложены количественные критерии теоретического прогнозирования характера зависимости показаний НТК от пористости при различной контрастности промывочной и пластовой жидкостей по хлоросодержа-нив в породах, различащяхея по глинистости я газонасыщеннос-тл, с примесями аномальных поглотителей нейтронов; <'
получены количественные зависимости показаний зондов нейтронного каротажа от пористости, минерализации промывочной яидкости и пластовых вод, газонасиценнссти и минерального состава горных пород с учетом вариаций условий измерений я скважине и конструкции прибора;
систематизированы и классифицированы ядерные характеристики горных пород и минералов продуктивных отловений нефтегазовых месторождений основных нефтегазоносных регионов страны;
созданы штодические основы для оценки разрешающей способности комплексов PR (НК, ГГН, ГК) по геологическим параметрам и формализации априорной информации, используемой при интерпретации данных FK;
- определены структура, состав, полнота и представитель
ность комплекта палеток и библиотек интерпретационных зависи
мостей, необходимых для обработки и интерпретации ддшшт НК,
ГТК и ГК с точностью, удовлетворяющей требованиям практики;
- обоснован подход к решению обратных задач PR, основан
ный на применении результатов адекватного эксперименту имита
ционного моделирования данных НК, ГТК и ГК в нефтегазоразве-
дочных скважинах и включающий способы быстрого получения ре
шений за счет применения статистических и графо-аналитических
критериев оценки взаимодействия априорной, каротажной и тео
ретической информации в многомерном пространстве геофизичес
ких параметров.
Разработаны и обоснованы широким опробовании на тестовых и фактических материалах ГйС методика и технология коыпьоте-риаовашой обработки данных комплекса методов РК.оОеспечива»-щя:
оценку достоверности (качества) результатов измерений;
построение петрофизических моделей РК для определения емкостных и литологических параметров горных пород;
экспертный анализ априорной, каротажной и теоретической информации в различных геолого-технических условиях измерений,
Оценены эффективность, информативность, методические возможности и преимущества компьютеризованной технологии обработки данных РК на материалах, полученных при исследовании разведочных скважин основных нефтегазоносных прозинций страны.
Автором защищается следующие основные научные положения:
І.Ддя решения прямых задач РК в реальной геометрии нефте-газоразведочных скважин с учетом многофакторности технических и геологических условий измерений с цельи получены интерпретационных зависимостей PR необходимо использовать специализированный вычислительный аппарат методов Мэнте-Карло с привяз- кой результатов расчетов в опорных экспериментальных точках.
2. Для повышения достоверности и геологической информативности комплекса методов РК в сложных геолого-технических условиях измерений при обработке и интерпретации каротажных материалов необходимо использовать комплекты палеток, библиотеки интерпретационных зависимостей, алгоритмы и программы, разработанные с многофакторньш учетом влияния технических и геологических параметров.
а .При решении обратных задач РК с целью оценки качества результатов измерений, построения петрофиаических моделей ком-
- Б -
шюкса методов РК для определения емкостных свойств и минерального состава горных пород» экспертного анаиюа априорной и каротажной информации з различных геолого-технических условиях исследования нефтзгазоразведочных скважин необходимо использовать методику и компьютеризованную технологию обработки, базирующиеся на результатах адекватного эксперименту имитационного моделирования показаний ядерно-геофизических методов и обеспечивающие требуемые практикой достоверность получения геологических параметров и обоснованность принятия решений.
Практическая ценность работы заключается в:
создании компьютерной технологии решения прямых задач РК на основе специализированных алгоритмов и программ методов йэнте-Карло, как информационной основы для исследования методов, аппаратуры, метрологического к интерпретационного обеспечения радиоактивного каротажа;
создании и внедрении комплектов палеток,функциональных загискйсстэй показаний РК от геологических и технических параметров, алгоритмов и методики компьютеризованной обработки' и интерпретации данных РК в сложных'геолого-технических условиях каротажа нефтегазоразведочных скважин.
Внедрение результатов работы. Основные результаты исследований положены в основу утвержденных Управлением геофизических работ Шшгео СССР следующих документов:
- наставлений по интерпретации с комплектом палеток "Оп
ределение емкостных свойств и литологии пород в разрезах неф
тегазовых скважин по данным радиоактивного и акустического
каротажа" (1984 г.);
"Методических указаний по проведению плотностного гам-ма-гамма-каротажа в нефтяных и газовых скважинах аппаратурой СПЕ-АГАТ и обработке получаемых результатов" (1938 г.);
"Методических указаний по проведению нейтронного и гамма-каротажа в нефтяных и газовых скважинах аппаратурой СРК и обработке результатов измерений" (1989 г.).
Указанные нормативно-технические документы изданы типографиями г. Калинина и области и разосланы в производственные и научные организации отрасли.
3 рамках исследовательских соглашений с Международным Агентством по атомной анергии (МАГАТЭ) N 4201/CF я N
- В -4201/R2/CF по передаче прогрессивного опыта и подготовки специалистов в различных странах мира результаты исследований включены в проекты "Ядерная техника в разведке и разработке природных ресурсов: ядерные методы исследования скважин для определения характеристик горных пород" (1985-1989 гг.).
Алгоритмы и пакеты програш включены в систему "ГИНТЕЛ*, "ЮДСЧЕТ СМ", "АСОИГЖГ, а такяе в составе пакета "LOG TOOLS" эксплуатируются производственными предприятиями, выполняющими геологоразведочные работы на нефть и газ.
Апробация работа Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесопзных семинарах по методам ЬЬн-те-Карло (г. Новосибирск, 1969, 1974, 1979, 1985, 1991 гг.); на Всесоюзных совещаниях по методам Монте-Карло в ядерной геофизике (г. Уфа, 197Z г.; г. Октябрьский, 1973 г.), на Всесо-взном совещании "Состояние и перспективы развития скважинкой ядерной геофизики" (г. Москва, 1984 г.); на Всесоюзной научно-практическое конференции "Щюбдемы и перспективы ядерно-геофизических методов в изучении разрезов скважин" (г. Обнинск, 1989 г.); на научно-технических конференциях и семинарах по использованию геофизических методов (г. Ивано-Франковск, 1979 г.; г. Тшень, 1980, 1981, 1982 гг.); на совещаниях экспертов МАГАТЭ (Оттава, Канада, 1987 г.; Пекин, КНР, 1989 г.; Дебрецен, Венгрия, 1990 г.); на Международном симпозиуме МАГАТЭ по применению ядерных методов в разведке и разработке энергетических и минеральных ресурсов (Вена, Австрия, 1990 г.)
Публикации а использованные материалы. По теме диссертации опубликовано 49 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введений, 3 глав и заключения; содержит 285 страниц машинописного текста, в т. ч. 83 рисунка, 15 таблиц, библиографию из 206 наименований.
В диссертации представлены результаты исследований, выпол-сенных лично автором, а такяе под ее руководством и при непосредственном участии в отделе радиоактивного каротажа ВНЙ-ГИК НПГП "ГЕРС", использованы некоторые результаты, полученные автором в Башкирском государственном университете и ШНХ н ГЕ Большое влияние на научное направление, уровень исследований и выбор приложений оказала совместная работа с ЕА.Гулиным, И. Л. дворкикыы, К. Г. Дядькиным, И. В. Головацкой.
Выполнению работы способствовали совместная работа в творческие контакты с Д. А. Кожевниковы!/, Б. К. Журавлевым, Р. Т. Хаыатдл-еовым, В. А. Велижаниным, Р. А. Резваяовым, А. Л. Шяячвнко, R а Стариковым, Б. Е. Лухминским, С. Ю, Головацким, А. В. Ручкиныы, А. Ф. Зотовым, Э. Г. Урмановыы. Автор выражает глубокую благодарность этим ученым и всем, кто способствовал выполнению работы.