Способ определения характера насыщения пластов-коллекторов

 

Использование: геофизические исследования скважин на стадиях разведки, подсчета запасов и проектирования разработки месторождения. Сущность изобретения: измеряют удельное электрическое сопротивление и в интервале времени 10^-5-10^-2с коэффициенты вызванной поляризации промытой зоны ρ_п3,η_п3 , зоны проникновения ρ_3п,η_зп и неизменной проникновением фильтрата промывочной жидкости ρ_нп,η_нп части пласта, определяют радиальный градиент коэффициентов вызванной поляризации, а затем по соотношению измеренных величин судят о характере насыщения пластов-коллекторов. 5 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин на стадиях разведки, подсчета запасов и проектирования разработки.

Известен способ критических значений параметров. Характер насыщения коллекторов определяется по следующей схеме.

1. Определяют удельное сопротивление ρ_п неизменной части коллектора.

2. Рассчитывают удельное сопротивление ρ_вп коллектора при условии полного насыщения его пластовой водой по формуле ρ_вп= P_п·ρ_в 3. Сравнение значений: а) коллектор водоносен; б) ρ_п > ρ_вп коллектор нефтегазоносен, но неизвестно, является ли он промышленно продуктивным.

4. Установление промышленной применимости коллектора, сравнением ρ_п с критическим удельным сопротивлением ρ_п.кр Недостатком этого способа является низкая эффективность ГИС при высокой степени глинистости, обводнении, пиритизации пластов-коллекторов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения характера насыщения по радиальному градиенту удельного электрического сопротивления. Операции этого способа следующие: 1. Измерение разноглубинными установками удельного электрического сопротивления промытой зоны ρ_пз зоны проникновения ρ_зп и неизменной проникновением ρ_нп части пласта.

2. Определение радиальных градиентов удельных электрических сопротивлений пластов по разности ρ_нп-ρ_зп или ρ_нп-ρ_пз.

3. По изменению радиальных градиентов сопротивлений судят о характере насыщения пластов-коллекторов.

Недостатком этого способа является то, что для коллекторов со значительной глинистостью этим способом пользоваться нельзя, так как наиболее глинистые продуктивные коллекторы с большим содержанием остаточной воды характеризуются повышающим проникновением.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение геологической эффективности и достоверности определения характера насыщения коллекторов (особенно сложных, слабоконтрактных по удельному электрическому сопротивлению нефте- и водонасыщенных).

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в процессе каротажа через исследуемую среду пропускают прямоугольные зондирующие импульсы постоянного тока при этом, во время пропускания импульсов тока, измеряют удельные электрические сопротивления ρ_пз,ρ_зп и ρ_нп а в паузе после выключения зондирующих импульсов тока, в интервале времен 10^-5-10^-2с, измеряют градиенты потенциалов вызванной поляризации промытой зоны, зоны проникновения и неизменной проникновением промывочной жидкости зоны пласта-коллектора и по отношению градиентов потенциалов вызванной поляризации к градиентам потенциалов во время пропускания импульсов тока определяют коэффициенты вызванной поляризации промытой зоны ( η_пз ), зоны проникновения ( η_зп ) и неизменной проникновением зоны пласта-коллектора ( η_нп ), после этого определяют радиальные градиенты удельного электрического сопротивления и радиальные градиенты вызванной поляризации, а затем, по закономерностям изменений в радиальном направлении коэффициентов вызванной поляризации и их радиальных градиентов, а также градиентов удельного электрического сопротивления, судят о характере насыщения пластов-коллекторов.

Отличием предлагаемого способа от известных является использование для определения характера насыщения коллекторов существующих в природе отличительных особенностей закономерностей изменения (в зависимости от характера насыщения коллекторов) в радиальном направлении коэффициентов вызванной поляризации. Контрастность закономерностей практически не зависит от степени глинистости коллекторов, а в конечном счете от контрастности по ρ_к нефте- и водонасыщенных коллекторов.

Решается эта задача путем введения новых операций, по сравнению с операциями известных способов определения характера насыщения коллекторов, - измерения и определения, наряду с ρ_к коэффициентов вызванной поляризации промытой зоны (ПЗ), зоны проникновения (ЗП) и зоны, неизменной проникновением фильтрата промывочной жидкости (НП), обеспечивая это разноглубинными измерительными установками.

Предлагаемый способ основан на зависимости радиальных градиентов коэффициентов ВП, т.е. закономерностей их изменения в радиальном направлении, от характера насыщения коллектора. Многочисленные измерения на моделях и образцах пород-коллекторов, а также в скважинах с наличием нефте- и водонасыщенных коллекторов показали, что нефтенасыщенные коллекторы обладают следующими свойствами, позволяющими реализовать способ1. Повышенной аномальной поляризуемостью в диапазоне времени 10^-5-10^-2с после выключения зондирующих импульсов тока в сравнении с породами-коллекторами, насыщенными минерализованной водой (удельное электрическое сопротивление воды меньше 0,7 Омм или минерализация больше 8-10 г/л), а так как пластовые воды большинства нефтяных месторождений имеют гораздо более высокую минерализацию, то имеется реальная возможность использования вызванной поляризации для определения характера насыщения коллекторов 2. Особыми закономерностями изменения коэффициентов ВП в радиальном направлении, обусловленными изменением состава жидкости (заполняющей поры коллектора) в процессе проникновения фильтрата промывочной жидкости. Эти закономерности имеют контрастные отличия от аналогичных в водонасыщенных коллекторах и плотных поляризующихся породах и практически не зависят от контрастности нефте- и водонасыщенных коллекторов по ρ_к В качестве примера, показывающего существование в природе контрастных значений вызванной поляризации (измеренной в интервале времен 10^-5-10^-2с) нефтенасыщенных коллекторов по сравнению с водонасыщенными, приведены результаты лабораторно-экспериментальных измерений ВП в модельной скважине (фиг. 1) с наличием в разрезе нефтенасыщенного песчаника. Нефть была отобрана из девонских отложений Туймазинского месторождения. Флюид, заполняющий песок продуктивного пласта, состоит из 20% воды с минерализацией 43 г/л и 80% нефти. Коэффициент пористости 35% Водонасыщенный песок насыщен водопроводной водой. Результаты измерений переходных процессов ВП нефтенасыщенного песка показывают, что он вызывает повышение поляризуемости по сравнению с водонасыщенным песком в 10-15 раз.

Подтверждением возможности существования в природе контрастных значений ВП нефтенасыщенных коллекторов по сравнению с водонасыщенными являются исследования, в результате которых получены гигантские значения дисперсии диэлектрической проницаемости ( ε ) нефтеводяных эмульсий ( e, измеренные на единицах Гц, увеличиваются в 10⁶ и более раз по сравнению с e измеренных на МГц). А так как постоянная времени ( t ) переходного процесса ВП зависит от e, исходя из формулы (τ = ρε) а коэффициент поляризации η = e^-t/τ ·100% в свою очередь зависит от τ где е=2,7; t время измерения ВП после выключения зондирующих импульсов тока, то это подтверждает возможность существования в природе высоких значений h_к нефтесодержащих коллекторов (десятки процентов).

Таким образом результаты наших экспериментальных и теоретических исследований доказывают наличие контрастных электроемкостных свойств в диапазоне времени 10^-5-10^-2с нефте- и водонасыщенных коллекторов, что дает нам основание говорить о возможности применения ВП в этом диапазоне времени для повышения эффективности ГИС при определении характера насыщения.

Главными причинами низкой эффективности использования контрастных электроемкостных свойств нефте- и водонасыщенных коллекторов в методе ВП, по нашему мнению, являются следующие.

1. Отрицание наличия высоких значений ВП нефтенасыщенных коллекторов по сравнению с водонасыщенными.

2. Работа в другом временном диапазоне (t_рег≥10^-2с), когда основные аномальные значения ВП от природных конденсаторов - нефтесодержащих коллекторов становятся слабоконтрастными по сравнению с водонасыщенными.

3. Измерения одним размером 3-х электродных измерительных установок, радиальные характеристики которых: а) не позволяют выходить за зону проникновения в неизменную часть пласта (т. е. получают сведения о ВП промытой зоны) и сравнивать значения ВП зоны проникновения и неизменной части пласта; б) не позволяют получать отличительные признаки аномалий-помех ВП, вызванных наличием электронно-проводящих включений в коллекторах и плотных породах (пирит, графит, уголь и др.) от аномалий ВП, вызванных наличием нефти в коллекторах. По этой причине могут быть ложные заключения о наличии нефти за счет аномалий от плотных поляризующихся пород.

Способ осуществляют следующим образом. Изготавливают устройство, состоящее из наземного пульта и скважинного прибора с зондовой частью Наземный пульт (фиг.2) содержит источник питания пульта и скважинного прибора, модуль микропроцессора и телеметрической линии связи, модуль вывода аналоговых сигналов. Скважинный прибор помещен в охранный кожух, а гибкая зондовая часть с электродами подсоединяется к нему через гермовводы.

При включении питания скважинного прибора генераторный модуль скважинного прибора вырабатывает разнополярные зондирующие импульсы тока прямоугольной формы с паузами между импульсами. Эти импульсы тока поступают через электроды A и B в окружающее пространство исследуемых пластов. Измеряемые градиенты потенциалов пропускания (во время пропускания импульсов тока ΔU_пр ) и градиенты потенциалов вызванной поляризации (во время паузы между импульсами тока ΔU_вп ) снимаются с измерительных электродов М и N. Для получения информации об измеряемых параметрах в радиальном направлении (ПЗ, ЗП и НП) к устройству подсоединяется зондовая часть с несколькими размерами между AB. Размеры зондов выбираются, исходя из геолого-технических условий исследуемого разреза. Сигналы, снимаемые с электродов М и N, усиливаются, стробируются в заданные промежутки времени после выключения зондирующих импульсов тока и оцифровываются аналого -цифровым преобразователем. Кроме того, производится измерение тока, протекающего по линии AB. Микропроцессор производит сложение значений, полученных при положительных и отрицательных импульсах тока. Полученные значения кодируются и высылаются по каротажному кабелю в наземный пульт. В наземном пульте выполняется вычисление ρ_к по каждому зонду и η_к для каждой заданной строб-задержки и для всех применяемых зондов. Измеренные и вычисленные параметры выводятся на регистратор каротажной станции.

Выбор размеров измерительных установок выполняется таким образом, чтобы обеспечить получение полной информации о изменении поляризационных свойств пласта в радиальном направлении, обусловленных процессами проникновения фильтрата промывочной жидкости, формирования смеси его с пластовой жидкостью и до полного входа в неизменную проникновением фильтрата часть пласта. Выбор размеров измерительных установок, главным образом, зависит от глубины проникновения фильтрата, минерализации пластовых вод. Правильно подобранные размеры зондов обеспечат получение радиальных характеристик η_к позволяющих отличить нефтенасыщенные коллектора от водонасыщенных и вместе взятые от аномалий-помех (например плотных поляризующихся пород).

На фиг. 3 показаны примеры, характеризующие особенности выбора размеров измерительных установок в зависимости от минерализации пластовых вод, а также радиальные характеристики η_к коллекторов с различным характером насыщения, аномалий-помех (плотных поляризующихся пород) и глинистых плотных пород.

На фиг.3 (А) показаны радиальные характеристики η_к коллекторов и пород, которые зарегистрированы в одной из скважин, пробуренной в Тюменской области. Минерализация пластовых вод составляет 15 г/л. Для нефтенасыщенного коллектора характерны высокие значения η_к измеренные малым размером зонда (ПЗ и часть ЗП), в сравнении с плотными глинистыми породами. Наличие повышенной поляризуемости коллекторов в зоне проникновения фильтрата промывочной жидкости на пресной воде в сравнении с глинами в настоящее время является известным фактом. По мере увеличения размеров зонда (до входа в НП) происходит уменьшение η_к за счет увеличения минерализации (доли пластовой воды) смеси фильтрата с пластовой водой. Дальнейшее увеличение размеров зонда и обеспечение входа в неизменную часть пласта приводит к резкому увеличению значений η_к за счет поляризуемости нефтенасыщенной части пласта. В случае водонасыщенного коллектора повышенные значения η_к (в сравнении с глинами), зарегистрированные малым размером зонда, по мере увеличения размеров зонда убывают и перед входом в неизменную часть пласта практически спадают до нуля, за счет влияния минерализации пластовой воды и затем входа в неизменную часть пласта. В случае аномалии-помехи (плотные поляризующиеся породы) происходит постоянное увеличение значений η_к по мере увеличения размеров зонда (за счет уменьшения влияния ствола скважины). Как видно из этого примера применение предлагаемого способа радиальных градиентов η_к позволяет легко отличать нефтенасыщенные от водонасыщенных коллекторов и от плотных пород.

На фиг. 3 (Б) показаны радиальные характеристики коллекторов нефте- и водонасыщенных, плотных поляризующихся пород и глин, полученных в разрезе скважины, пробуренной в Татарии. Минерализация пластовых вод составляет 200-250 г/л. Отличием этих характеристик, от рассмотренных выше, является, то что повышенные значения η_к за счет проникновения фильтрата, имеются только в ПЗ (для водонасыщенного коллектора), где пресный фильтрат практически полностью вытеснил высокоминерализованную пластовую воду, а в ЗП за счет высокоминерализованной пластовой воды удельное электрическое сопротивление смеси фильтрата с пластовой водой меньше 0,7 Омм (в этом случае η_к практически равен "0"). В случае нефтенасыщенного пласта- в ЗП η_к практически спадает до "0" за счет того, что остаточная, неподвижная нефть в тупиковых порах и в виде "прилипшей" к скелету неполяризующаяся, а удельное электрическое сопротивление смеси фильтрата с пластовой водой меньше 0,7 Омм (по ρ_п эта зона очень часто слабоотличима от неизменной части пласта). При зондировании НП за счет наличия подвижной нефти в коллекторе происходит резкое увеличение значений η_к В случае высокой минерализации пластовых вод (фиг. 3,Б) необходимо уменьшить малый размер зонда (в сравнении со случаем фиг. 3,А) до размера, обеспечивающего зондирование ПЗ, где имеется только пресный фильтрат (чтобы не потерять информацию о наличии коллектора) и получить полную характеристику радиальных изменений η_к.

После изготовления измерительного устройства, выбора оптимальных размеров измерительных установок выполняются измерения в скважинах всеми выбранными размерами измерительных установок. Каждым размером измерительной установки регистрируется удельное электрическое сопротивление и коэффициенты поляризации.

Определение характера насыщения по результатам измерений ρ_к разноглубинными измерительными установками производится по стандартным методикам способом критических значений ρ_п.кр (1) и по способу радиальных градиентов (1). В случае слабой контрастности или ее отсутствия нефте- и водонасыщенных коллекторов по ρ_п и отсутствия радиального градиента по ρ_к главным способом определения характера насыщения коллекторов является предлагаемый по радиальным градиентам η_к Для выполнения экспресс-интерпретации в процессе измерений значения η_к измеренные разноглубинными измерительными установками, выводятся в одинаковом масштабе и по способе наложения, анализируется наличие и особенности радиальных градиентов η_к дается заключение о характере насыщения коллекторов. Более детальная интерпретация выполняется на основании анализа графиков зависимости η_к от размеров измерительных установок, т.е. анализа закономерностей изменения η_к в радиальном направлении (радиальных градиентов η_к ), отбраковывают аномалии -помехи, обусловленные наличием плотных поляризующихся пород и определяют характер насыщения коллекторов. Для более достоверного и точного определения характера насыщения для каждого месторождения или района определяют опытным путем критические значения η_к.кр и радиальных градиентов η_к при которых пласт-коллектор содержит нефть в объемах рентабельных для промышленной эксплуатации, или содержит воду, или нефть с водой.

На фиг. 4 показаны результаты измерений аппаратурой ВПР-М удельных электрических сопротивлений и коэффициентов поляризации в разрезе скважины, пробуренной в Тюменской области, с наличием в разрезе водонасыщенного (минерализации 15 г/л) и нефтенасыщенного коллекторов. Этап экспресс-интерпретации способом радиальных градиентов η_к используя прием наложения, выполняется в следующей последовательности.

1. Выделяются коллектора по аномальным значениям η_к (по сравнению с фоновыми значениями глины), измеренными малым размером зонда: на фиг. 4 - пласт 1 и пласт 2;
2. Анализируются закономерности изменения η_к с увеличением размеров зонда: в пласте 1 η_к уменьшается с увеличением размера зонда и приближается к "0" в случае измерения большим зондом водонасыщенный коллектор; в пласте 2
при измерении средним зондом η_к уменьшается по сравнению с η_к измеренным малым размером зонда, а затем резко увеличивается при измерении большим размером зонда признак нефтенасыщенного коллектора.

Этап детальной интерпретации начинается с построения графиков зависимости η_к от размеров зондов (радиальные характеристики) для выделенных на этапе экспресс -интерпретации интервалов, а также вычисляются радиальные градиенты η_к Построенные зависимости показаны на фиг. 3 А ⊗.

Закономерности изменения радиальных характеристик имеют контрастные отличия для коллекторов водонасыщенных от нефтенасыщенных. Интервал продуктивного пласта по закономерностям радиальных характеристик подразделяется на интервал нефтенасыщенный (пласт 2 А) и на интервал, где нефть с водой (пласт 2 Б). Отличительные признаки этих градаций значение η_к измеренного большим зондом, т. е. в неизменной части пласта, а также радиальные градиенты, которые приведены ниже:
а) нефтенасыщенный коллектор ( η_Б.З.- η_М.З. 2,4), ( η_Б.З.- η_C.З. 3,5);

в) водонасыщенный коллектор ( η_Б.З.- η_М.З. -4,7), ( η_Б.З.- η_C.З. 3,5).

На фиг. 5 показаны результаты измерений ВП в пашийских (терригенных) отложениях девона. Представленные результаты наглядно демонстрируют преимущество метода ВП при определении характера насыщения нефте- и водонасыщенных коллекторов слабоконтрастных по удельному электрическому сопротивлению, а также в случае слабой контрастности по этому параметру ПЗ, ЗП, и НП. Эта ситуация, особо трудная для стандартного комплекса ГИС при решении задачи определения характера насыщения пласта, сформировалась при применении для поддержания пластового давления и приготовления промывочной жидкости определенной воды, что выравнило удельное сопротивление ПЗ, ЗП, и НП, а также нефте- и водосодержащих коллекторов.

По результатам методов сопротивлений, а также проводимости, измеренных разноглубинными зондами аппаратурой ВПР-М, выделяется однородный нефтенасыщенный пласт (фиг. 5) высокого сопротивления (инт. 1767,5-1775,3 м) без наличия радиального градиента ρ_к
По результатам ВП η_к измеренного 3-мя размерами 4-х электродных измерительных установок пласт, выделяемый по ρ_п как нефтенасыщенный однородный, по η_к имеет зону проникновения: малый размер зонда (A1, OMO,5 N I,OB) η_к 0 (ЗП); по результатам измерения средним зондом (A2,25 М 0,5 N 2,26 В) появляется слабая аномалия η_к в кровле пласта (ЗП и переходная зона к НП) и только по результатам измерений большим размером зонда (А 3,25 М 0,5 N 3,25 В) появляется устойчивая аномалия η_к (в кровле до 6% в подошве до 3%), разделенная значениями η_к близкими к "0" (видимо образовался "Язык", разделивший пласт на две части в процессе закачки воды). Таким образом, по данным ВП выделяется: а) нефтенасыщенная часть ( η_Б.З.- η_М.З. 6) в кровле пласта; б) водонасыщенная часть ( η_Б.З.- η_М.З.=0) в центре пласта; в) нефть с водой ( η_Б.З.- η_М.З. 3) в подошве пласта. Результаты испытаний подтвердили сложное строение пласта.

Таким образом, представленные материалы наглядно показывают высокие возможности предлагаемого способа в части повышения эффективности и достоверности комплекса ГИС при решении задачи определения характера насыщения коллекторов (особенно в случае слабой контрастности нефте- и водонасыщенных коллекторов по ρ_п ), а так как в настоящее время увеличивается доля месторождений и залежей нефти, содержащих подобные коллектора, актуальность предлагаемого способа очевидна.

Формула изобретения

Способ определения характера насыщения пластов-коллекторов, заключающийся в измерении удельных электрических сопротивлений промытой зоны (ρ_пз) зоны проникновения (ρ_зп) и неизмененной проникновением (ρ_нп) части пласта, определении радиальных градиентов удельных электрических сопротивлений пластов и суждении о характере насыщения пластов, отличающийся тем, что измеряют в интервале времен 10^-5 10^-2 с после выключения зондирующих импульсов коэффициенты вызванной поляризации промытой зоны η_пз, зоны проникновения η_зп и неизмененной проникновением фильтрата промывочной жидкости η_нп части пласта, определяют радиальные градиенты коэффициентов вызванной поляризации, а затем по соотношению измеренных и определенных величин коэффициентов вызванной поляризации и их градиентов, а также градиентов удельных электрических сопротивлений судят о характере насыщения пластов-коллекторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5