Методические рекомендации по технологии проведения промыслово-геофизических и гидродинамических исследований объектов воздействия до и после гидроразрыва пласта на основе комплекса вак и гдис 52
жүктеу/скачать 10,73 Mb.
|
geokniga-obzor-po-vak
- Бұл бет үшін навигация:
- Аппаратура Вак
I СОВРЕМЕННЫЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ ПРИБОРЫ, МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН И ПЛАСТОВ С ПОМОЩЬЮ ВОЛНОВОГО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ НЕФТЕНАСЫЩЕННОСТИ ПЛАСТА, ЕМКОСТНЫХ, ФИЛЬТРАЦИОННЫХ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПО РАЗРЕЗУ, А ТАКЖЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАКРЕПЛЕННЫХ ТРЕЩИН ГРП (ИНТЕРВАЛОВ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН¸ ВЫСОТЫ, ШИРИНЫ И ДР.)Аппаратура Вак1.1. Трехэлементные зонды Наиболее массовым типом акустических зондов, применяемых на производстве геофизических работ, остаются трехэлементные зонды, например АКВ-1, АКШ, АКН и пр. Все приборы этой группы имеют один широкополосный монопольный излучатель и два широкополосных приемника. В качестве излучателей применяют магнитострикционные или пьезоэлектрические элементы в форме цилиндра, реже сферы. Приемники изготавливают из пьезокерамики также в форме сферы или цилиндра. Диаметр скважинного прибора составляет, как правило, 73 или 90 мм, что позволяет производить работы как в открытом стволе, так и в обсаженных скважинах. Существует отечественная аппаратура акустического каротажа диаметром 42 мм (разработка НПП ГЕОМЕТР), которая способна работать через НКТ и бурильный инструмент в наклонно направленных скважинах. Для реализации разработанных методик интерпретации данных ВАК волновые поля, регистрируемые стандартной акустической аппаратурой, должны содержать все информативные волны. Получение кондиционной волновой картины обеспечивается соблюдением следующих технических условий: несущая частота излучателя составляет 10 - 12 кГц в максимуме спектра при ширине спектра 1-25 кГц, что позволяет сформировать в скважине все типы волн: продольная, поперечная, поверхностная Лэмба-Стоунли, по колонне; длина зонда прибора ВАК должна быть не менее 3.0 м для терригенного разреза и 2.0 м для карбонатного для разведения во времени и уменьшения интерференции пакетов отдельных волн; шаг регистрации по глубине не должен превышать 0.1м с целью повышения надежности фазовой корреляции; шаг дискретизации по времени должен составлять 2 – 4 мкс. коэффициент усиления сигнала подбирается в соответствии с геологическими условиями скважины таким образом, чтобы амплитуды продольной и поперечной волн были максимальными в динамическом диапазоне канала регистрации. При этом амплитуды волн Стоунли выходят за динамический диапазон и их максимальные значения обрезаются; при широком динамическом диапазоне регистрируемых сигналов запись волны Лэмба-Стоунли осуществляется в отдельном замере при более низком коэффициенте усиления. скорость регистрации ВАК не должна превышать 600 м/час. Типы такой аппаратуры многообразны, подробный обзор современной отечественной и зарубежной акустической аппаратуры можно найти в работе [3]. Регистрация данных полного волнового пакета в настоящее время не вызывает затруднений. Аналоговый электрический сигнал, вырабатываемый акустическими приемниками, может передаваться на поверхность по каротажному кабелю двумя способами – в виде усиленного аналогового сигнала или цифрового кода. В наземной станции с помощью быстрого АЦП производиться преобразование сигнала в массив цифровых данных определенного формата, который записывается на бортовой компьютер. Практически все современные отечественные регистраторы позволяют записывать данные ВАК. Однако, каждый разработчик регистратора создавал собственный формат для данных акустического каротажа и в настоящее время в этой области не существует общепризнанного стандарта хранения данных, каковым, к примеру, для стандартных кривых ГИС является LAS файл. Как правило, каждый тип регистратора оснащен собственной программой предварительной обработки и просмотра акустических данных, но не имеет специализированного программного обеспечения для углубленной обработки и интерпретации данных ВАК. Большое обилие форматов данных ВАК затрудняет процесс обмена данными, и применение современных программных комплексов для их обработки, документацию с описанием форматов многие разработчики не открывают (или не имеют). Зачастую в изучаемых разрезах скважин встречаются участки, когда в интервалах пород с низкой сдвиговой жесткостью (сильно глинистые; слабоуплотненные; трещинные) происходит сильное затухание или отсутствуют физические условия образования поперечной волны. В этих случаях зонды с дипольным излучателем (например, АВАК-7, разработка Тверьгеофизики) позволяют преодолеть это «ограничение» и зарегистрировать поперечную волну. (Строго говоря, это не собственно поперечная волна, а изгибная волна, параметры которой близки к поперечной волне.) 1.2. Многоэлементные зонды с монопольным излучателем Определенными преимуществами по сравнению со стандартной трехэлементной скважинной акустической аппаратурой обладают многоэлементные зонды, у которых число приемников может составлять от 4 до 16. В ряде случаев при сложных геолого-технологических условиях они позволяют получить пригодные для обработки материалы, которые невозможно получить с помощью стандартной акустической аппаратуры. К таким сложным условиям относятся следующие случаи: 1. Интенсивная волна по колонне, возникающая при плохом качестве цементирования. Как правило, в таких интервалах разреза волна по колонне интерферирует с продольной волной, распространяющейся по породе. При обработке волнового поля, зарегестрированного трехэлементным зондом возникает проблема определения истинной скорости продольной волны по данным трехэлементного зонда. 2. Переслаивание пород, с контрастными акустическими свойствами (в т.ч. трещиноватые интервалы). В таких разрезах от контрастных границ слоев образуются отраженные волны, которые интерферируют с поперечными волнами и искажают их истинную скорость. В этом случае при обработке волнового поля, зарегистрированного трехэлементным зондом, возникает проблема определения истинной скорости поперечной волны. Анализ материалов волнового акустического каротажа, записанных в двух скважинах отечественным многоэлементным прибором АМАК-1, выполнялся на кафедре ГИС РГУ нефти и газа им.Губкина с использованием компьютерной системы «Камертон». Материалы ВАК были преобразованы в цифровой формат системы в виде набора скоростных годографов для каждого кванта глубины, а также в виде обычных ФКД отдельно для каждого приемника. Такой вид представления данных позволил выполнять анализ материалов АМАК-1 как многоэлементного зонда, так и как обычного 3-х элементного прибора акустического каротажа. 1. По материалам многоэлементного прибора АМАК-1 в двух скважинах Татарстана выполнена оценка кинематических параметров (интервальное время) продольной волны по технологии обработки стандартного 3-х элементного зонда. Многоэлементный прибор АМАК-1 с антенной из 16-ти приемников представлялся набором 3-х элементных зондов с общим излучателем. Используя последовательную попарную выборку приемников осуществлялось постепенное увеличение длины 3-х элементного зонда на 0.1 м при постоянной базе зонда, которая выбиралась равной 0.1, 0.2 и 0.4 м. Полученные кривые интервальных времен продольной волны были увязаны по глубине с учетом смещения точки записи зонда. Сопоставление кривых на планшете в одном масштабе интервального времени выявило интересную закономерность, заключающуюся в систематическом уменьшении интервального времени (увеличении скорости) пробега продольной волны с увеличением длины зонда (рис. 1). Известно, что с увеличением длины акустического зонда глубинность исследований метода возрастает. Поэтому можно предположить, что в исследуемом разрезе присутствует радиальный градиент скорости. Возрастание скорости распространения волн при удалении от стенки скважины в условиях неравномерно напряженного в радиальном направлении состояния горных пород приводит к образованию рефрагированных волн [4 ]. Чем длиннее зонд, тем глубже проникает в породы рефрагированная акустическая волна, распространяясь с большей скоростью. Эффект дисперсии скоростей наиболее ярко проявляется в хорошо сцементированных чистых песчаных породах. В глинистых пластах скорости для зондов разной длины практически совпадают (рис.1). Это объясняется различием упругих характеристик этих пород. Величина коэффициента Пуассона глинистых пород значительно выше, чем в сцементированных песчаниках кварцевого состава, поэтому в пластичных глинах явление рефракции волн отсутствует. 2. Преимуществом многоэлементного прибора АМАК-1 по сравнению со стандартной аппаратурой акустического каротажа является возможность выделения в разрезе тонких пропластков до 0.1 м, что сопоставимо с вертикальной разрешающей способностью микрометодов ГИС. Это позволяет уточнять эффективную толшину продуктивных коллекторов. Такая разрешающая способность достигается при обработке данных АМАК-1 на базе 0.1м. Многократное перекрытие исследуемого интервала приема акустического сигнала парами соседних приемников позволяет избежать влияния случайных погрешностей. Такой подход показал свою эффективность при исследовании продуктивных горизонтов Ромашкинского месторождения в Татарстане. Стандартные методы ГИС - ГК, НГК, ПС, ИК - характеризуют коллекторы как достаточно однородные по фильтрационно-емкостным свойствам. Сопоставление кривых пористости коллекторов, полученных по данным акустического и нейтронного методов, показало высокую степень неоднородности коллектора, которая выявляется только с помощью акустического метода (рис.2). Наличие тонкослоистого строения коллектора подтверждается данными о неравномерном характере выработки нефти в продуктивном интервале разреза. Рис. 1. Сопоставление интервальных времен продольной волны на зондах от 3 до 4.5м (прибор АМАК-1) с базами зондов 0.1 м (левое), 0.2 м (среднее) и 0.4 м (правое окно). Рис. 2. Оценка вертикальной неоднородности ФЕС коллекторов по данным акустического каротажа. 3. Возможности многоэлементного акустического прибора типа АМАК-1 позволяют успешно бороться с регулярными и нерегулярными помехами, присутствующими на волновом поле. Такого рода помехи отчетливо проявляются на волновом поле в виде направленных под углом линий, секущих линии синфазности основного полезного сигнала (рис. 3). В левой части рисунка приведен исходный зарегистрированный сигнал, в правой части рисунка показано остаточное волновое поле помех после синфазного вычитания полезного сигнала. Интерференция отраженных продольных и головной поперечной волн приводит к нарушению синфазности цуга колебаний поперечной волны и, в конечном итоге, к существенным ошибкам в определении кинематических и динамических параметров последней. Рис. 3. Влияние отраженных волн - помех на характер волнового поля. Слева - зарегистрированное волновое поле. Справа - выделенные помехи. Процедура регулируемого направленного приема, применимая только для материалов многоэлементных приборов типа АМАК-1 с количеством приемников не менее 8, позволяет устранять вышеуказанные помехи. При выполнении скоростного анализа волнового поля производится суммирование сигнала, распространяющегося с заданной скоростью. Волны - помехи типа отраженных волн, распространяются с иной скоростью и секут линии синфазности полезного сигнала. При направленном суммировании они вычитаются. Одновременно возрастает отношение сигнал/помеха за счет многократного накопления полезного сигнала и уменьшения влияния нерегулярных помех (или случайных выбросов). 4. В 2000 году, в ряде скважин, были получены данные акустического каротажа прибором АМАК-1. Ранее, в этих же скважинах были выполнены замеры стандартной аппаратурой АКШ в 1998 году. В том же 1998 году в этих скважинах проведены замеры индукционного каротажа (продуктивный интервал обсажен стеклопластиковым хвостовиком) и выполнена оценка текущего нефтенасыщения коллекторов. Сопоставление интервальных времен продольной волны двух замеров показало хорошую воспроизводимость результатов измерений в интервалах непроницаемых пород, а также позволило выделить интервалы продуктивного пласта, в которых наблюдалась в этот период времени промывка закачиваемой водой (рис.4). Интервалы обводнения отмечаются уменьшением интервального времени продольной волны на втором замере ВАК, выполненном в 2000 году. Этот эффект связан с замещением высокосжимаемой нефти слабосжимаемой водой. Сжимаемость воды слабо зависит от ее минерализации, поэтому по повторным замерам ВАК можно количественно определять долю вытесненных углеводородов (кривая Delta-Кн на рис.4). Рис.4. Выделение обводненных интервалов продуктивного пласта по данным временных замеров ВАК. Основные выводы, которые вытекают из анализа материалов, полученных многоэлементным прибором АМАК-1, заключаются в следующем. Для повышения качества определения кинематических и динамических характеристик упругих волн в скважине возникает необходимость устранения различного рода помех. Особенно, это касается обсаженных стальной колонной скважин, в которых при плохом качестве цементирования может возникать высокоскоростная волна по колонне. Подавить волны-помехи, существенно уменьшить влияние случайных погрешностей и сбоев позволяет только аппаратура многоэлементного каротажа с количеством приемников не менее 8. Поэтому для решения специальных геологических задач в обсаженных скважинах, требующих высокой точности определения упругих свойств горных пород, рекомендуется применять многоэлементные акустические приборы. Применение процедуры скоростного анализа данных многоэлементного акустического прибора позволяет автоматизировать процесс определения кинематических и динамических характеристик акустических волн, повысить качество и объективность определения скорости основных выделяемых типов волн за счет устранения интерактивного вмешательства интерпретатора в процесс предварительной обработки акустических данных. Несмотря на увеличение объемов регистрируемых многоэлементным прибором данных, время обработки данных ВАК может сократиться за счет полной автоматизации этого процесса. В многоэлементном приборе появляется возможность выбора произвольной базы между приемниками, что позволяет резко повысить вертикальную разрешающую способность метода для уточнения эффективной мощности коллекторов. Перспективным направлением использования данных многоэлементной акустики является спектральный и динамический анализ волновых полей. Многоканальная система наблюдений позволяет применить два подхода к анализу данных. При первом, анализируются анизотропные свойства среды на интервале источник-приемник. При втором подходе, анализ проводится между парами приемников и результаты накапливаются за счет перекрытия наблюдений. Возможно комбинирование обоих способов, когда на глубине ближнего приемника делается компенсация за расстояние между приемником и источником, и анализ на базе приема ведется в более простых условиях. 1.3. Кросс-дипольные поляризационные зонды Новым поколением скважинной акустической аппаратуры являются многоэлементные зонды с кросс-дипольными излучателями. Их производство налажено на западе, в России они имеются на уровне макетов (Татнефтегеофизика). Применение таких зондов, в дополнение к перечню информации о скважине и породах получаемой по «обычным » зондам, позволяет изучать анизотропию упругих свойств пород связанную с неравномерным напряженным состоянием или трещиноватостью и оценивать ориентацию этих зон. История развития В последние десять-пятнадцать лет в области сейсморазведки сформировалось направление по изучению трещиноватых коллекторов поперечными волнами, основанное на эффекте их расщепления на «быструю» и «медленную». При этом волна, распространяющаяся с более высокой скоростью, вызывает колебания частиц среды в плоскости трещин, а «медленная» - в перпендикулярном направлении. Изучение данного эффекта возможно при реализации определенной системы возбуждения и регистрации поперечных волн. Применяются, как правило, специальные источники, позволяющие получать поперечные волны с заданной поляризацией и приемники, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Наибольшее развитие данный подход нашел в технологии ВСП (вертикальное сейсмическое профилирование). Именно здесь предложены и опробованы теоретические и методические аспекты и получены наиболее яркие результаты в области изучения трещиноватых сред. К сожалению, широкому распространению данного направления препятствует дороговизна технических средств, а попытки использования обменных волн пока не вышли из опытно-методического этапа исследований и показывают существенное снижение точности измерений. Появление в начале 90-х годов скважинных акустических приборов, построенных по принципам направленного возбуждения и приема поперечных волн, открыло новые возможности по изучению параметров как естественных, так и искусственных (гидроразрыв) трещин и напряженного состояния пород.. Технология измерений и регистрируемые данные Для получения данных используется многоканальный скважинный зонд. В мире известны следующие производители подобной аппаратуры: зонд ХMAC (BAKER ATLAS), DSI, MSIP (Schlumberger),Wavesonic (Halliburton). В приборе реализованы две системы наблюдений: источник продольных волн (монополь) – восемь-тринадцать вертикальных приемников и два ортогонально направленных источника поперечных волн (диполи) – восемь (тринадцать) пар горизонтальных приемников, расположенных в тех же осях, что и источники. Приемник, расположенный в той же плоскости, что и диполь будем называть главной компонентой, в перпендикулярной плоскости – побочной. Для изучения анизотропии скоростей вызванной упорядоченной субвертикальной трещиноватостью в акустическом диапазоне частот (2кГц) используется дипольная секция зонда с направленным возбуждением и приемом поперечных волн, совмещенных с устройством ориентации (скважинный инклинометр). Пример регистрируемой волновой картины при возбуждении диполем показан в 1-м окне на рис.5. Во 2-м окне приведены спектры скоростей поперечной волны. В 3 и 4 окнах соответственно главная и побочная компонента после ориентации. Повышение амплитуды побочной компоненты в локальном интервале глубин связано с анизотропией среды. Как правило, фазовое прослеживание поперечной волны и следующей за ней волны Лэмба-Стоунли не вызывает проблем. В сложных случаях, например при наличии каверн, применяются способы, традиционно принятые в сейсморазведке: узкополосная фильтрация в частотной области и по кажущимся скоростям, расчет спектров скоростей, моделирование. Предварительная обработка проводится обычно по одной из главных компонент для исключения собственного вращения каротажного прибора. Заключительным этапом предварительной обработки является получение ориентированных записей (на север и восток). Рис.5. Пример предварительной обработки данных многоволнового акустического каротажа. Специальная обработка поперечных волн для выявления анизотропных интервалов Из опыта обработки данных ВСП известны основные способы выявления эффекта расщепления поперечной волны на быструю и медленную. Однако, в случае акустического каротажа источник смещается вместе с приемниками и, в отличие от ВСП, изучается не интегральный, а дифференциальный эффект на интервале от 1 до 3 м. У высокой разрешающей способности измерений есть оборотная сторона: база анализа может оказаться недостаточной для разделения быстрой и медленной волны, а шаг дискретизации колебаний слишком большим для точного определения кинематических параметров. Основой обработки является тот факт, что в отсутствии анизотропии среды или если источник расположен в плоскости единственной системы трещин, на побочной компоненте не должна регистрироваться поперечная волна. Первой задачей является выявление таких направлений. Обычно рассчитывается синтетический источник и выполняется его вращение с небольшим шагом по азимуту. При этом, анализируются главная и побочная компоненты, как в данном азимуте, так и в отличающимся от него на 90 градусов. Здесь не удается воспользоваться только простым критерием минимума энергии побочной компоненты в силу его неустойчивости. Приходится выполнять совместный анализ параметров поляризации и кинематики колебаний. Отметим, что при ВСП объем анализируемых данных редко превышает первые сотни трасс и основой обработки является ее интерактивность, при акустических измерениях счет трасс идет уже на десятки тысяч и принятие решений должно происходить в автоматическом режиме. Многоканальная система наблюдений позволяет применить два подхода к анализу данных. При первом, анализируются анизотропные свойства среды на интервале источник-приемник, то есть в данном случае 3-4 м. Все пары источник-приемник обрабатываются независимо, затем результаты осредняются на базе приема. При втором подходе, анализ проводится между парами приемников и результаты накапливаются за счет перекрытия наблюдений. Последний подход теоретически можно реализовать на минимальном шаге наблюдений 0,1524 м. Однако, простейшие расчеты показывают, что в реальных условиях разницу в скоростях поперечных волн 2-3% можно измерить на базе порядка 1 м. Возможно комбинирование обоих способов, когда на глубине ближнего приемника делается компенсация за толщу между приемником и источником (Brodov, Ryjkov, 1995), и анализ на базе приема ведется в более простых условиях. Результатом измерений являются азимуты быстрой и медленной волны и временная задержка между ними, которая пересчитывается в коэффициент анизотропии. Азимут быстрой волны интерпретируется как преимущественное направление трещин, а коэффициент анизотропии – как их количество. При этом по различным каналам анализируется устойчивость определений, а на основе критерия соотношения энергии побочной и главной компонент делается вывод о применимости модели с единственной системой вертикальных трещин для изучаемого геологического объекта. Исходные волновые поля пересчитываются в полученные азимуты и проводится повторное определение скоростей и динамических характеристик уже свободных от взаимной интерференции быстрой и медленной волн. Полученные параметры используются для дальнейшей стандартной интерпретации совместно с параметрами продольных волн. На рис. 6 показан результат обработки в скважине с карбонатным коллектором. Зона развития вертикальных трещин видна на глубинах 3243-3246 м. В 1-м окне показаны коэффициенты анизотропии при интегральном и дифференциальном анализе, во 2 и 3 окнах соответственно их развертка по азимуту с графиками азимутов быстрой волны. В 4 окне волновые поля быстрой и медленной волны наложены друг на друга. Разбег волн просматривается только на глубине целевого интервала. Рис.6.Результаты специальной обработки для изучения интервалов развития трещин. На рис. 7 показан пример совместной интерпретации данных многоволнового акустического каротажа и комплекса ГИС в нефтяной скважине с водонефтяным контактом. Темным цветом выделены проницаемые по Лэмба-Стоунли зоны хорошо коррелирующиеся с пористостью. Изучение субвертикальной трещиноватости позволяет спрогнозировать опасную ситуацию обводнения по вертикальным трещинам нефтенасыщенной зоны при ее разработке. Азимут выявленной трещиноватости стабилен, что подтверждает корректность обработки данных. Рис.7.Изучение коллекторских свойств и зон развития вертикальной трещиноватости карбонатного разреза по данным ХМАС Выводы Накопленный опыт обработки данных, полученных в нескольких десятках скважин, позволяет сделать вывод о высокой надежности получаемых результатов, которые востребованы на различных этапах разведки и разработки месторождений. Убедительные примеры, полученные при наблюдениях до и после проведения гидроразрыва пласта, привели к включению описанной технологии в обязательный комплекс работ. Выявлены и помехообразующие факторы, такие как, несимметричность скважины, нецентрированность прибора, неоднородность цементного камня и другие. Их влияние на получаемые результаты еще предстоит изучить, чтобы научиться компенсировать в процессе обработки. жүктеу/скачать 10,73 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|