Технология оценки геофизической информации по влиянию содержания железа и калия на электросопротивление низкоомных коллекторов

В геофизических исследованиях скважин (ГИС) при поиске, разведке и подсчете запасов углеводородного сырья (УВ) широко используются электрические методы каротажа. Для определения характера насыщения и состава пластовых флюидов измеряют удельное электрическое сопротивление (УЭС) (либо электропроводность) горной породы. В традиционных схемах интерпретации электрических методов каротажа значение электрического сопротивления обусловлено тремя основными факторами, а именно: 1) фактор водонасыщенной пористости отражающий влияние объема водонасыщенных пор на электропроводность- 2) геометрический фактор Г, характеризующий влияние структуры водонасыщенных пор на УЭС пласта- 3) электрохимический фактор Э, выражающий влияние глинистости на электропроводность [52, 20, 14, 36]. В этом случае относительное удельное сопротивление выражается в мультипликативной форме [52]:

Собственно говоря, при постоянных значениях минерализации и температуры исследуемого пласта удельное сопротивление породы зависит от общей пористости, структурно-текстурного строения пор, характера насыщения пор и двойного электрического слоя глинистых минералов, являющегося дополнительным проводником электричества.

В последние полтора-два десятилетия геологи-нефтяники сталкиваются с проявлениями аномальных УЭС в продуктивных отложениях Западно-Сибирской провинции. В частности, известно немало случаев получения притоков безводной нефти в коллекторах, удельное сопротивление которых ниже 5 Омм. Например, на таких месторождениях, как Онтонигайское, Запа дно-Крап и винское, Западно-Останинское, Катальгинское, Вынгапуровское и др., некоторые интервалы нефтенасыщенных пластов ранее интерпретировались как водоносные. При детальном петрофизическом исследовании оказалось, что на УЭС пласта могут оказывать влияние железосодержащие минералы (сульфиды, оксиды) входящие в состав твердой фазы и являющие проводниками и полупроводниками электрического тока. В геофизических исследованиях электропроводности оценить степень их влияния на проводимость пласта в большинстве случаев невозможно. Для этого необходимы детальные исследования кернового материала [2, 18, 5].

В свою очередь, понижение сопротивления нефтяного пласта может быть обусловлено присутствием в породе трехслойных глинистых минералов, содержащих межслоевые катионы (К+, М£+). Исследования зарубежных авторов показали, что электрическое сопротивление породы снижается по мере возрастания емкости катионного обмена [54, 55]. Также газонефтенасыщенные песчаники, содержащие гидрослюду, как правило, характеризуются пониженным УЭС [56]. Тонкодисперсные глинистые минералы (иллит и хлорит) могут существенно снижать электрическое сопротивление породы в зависимости от степени деградации данных минералов и соответствующей способности калия и магния переходить в ионную форму [11]. В этом случае постседиментационный процесс, изменяющий (разрушающий) структуру иллита и переводящий калий в ионную форму, увеличивает электрическую проводимость нефтенасыщенного коллектора. Следовательно, при условии существования данного процесса УЭС пласта будет обратно пропорционально концентрации калия.

В большинстве случаев низкоомные коллекторы могут служить индикатором процесса наложенного эпигенеза, приводящего к пиритизации, деградации гидрослюд и соответствующему уменьшению УЭС пласта [28, 30]. При выделении нефтенасыщенного коллектора и определении запасов УВ сырья возникает необходимость учитывать такой фактор, как содержание железа и калия исследуемого пласта. Проблема становится особо острой в случае исследования коллекторов, в интервалах которых керн не отбирался. Это требует разработки методов обнаружения содержания этих элементов в горной породе на основе только традиционных геофизических исследований.

Очевидно, что разработка новых методов в решении проблемы низкоомных коллекторов на основе определения неучтенных (обусловленных Бе и К) параметров, по результатам интерпретации ГИС, а также неучтенного электрического сопротивления, приобретает большую значимость.

Поставлены следующие цели диссертационной работы.

Основной целью диссертационной работы является разработка методики определения содержания железа и калия на основе данных ГИС в песчаниках-коллекторах и вычисление УЭС с учетом влияния данных элементов.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи: выбор методов ГИС, на основании которых в песчаниках будут определяться концентрации железа и калияразработка математического алгоритма и составление программы вычисления содержания калия и железа на основе выбранных методов ГИСопределение полуэмпирического уравнения зависимости УЭС от концентрации данных химических элементовразработка процедуры вычисления концентраций железа и калия, сопоставления с электросопротивлением и, при наличии обратной корреляции, последующего вычисления их влияния на УЭС в низкоомных песчаниках.

Предварительные теоретические исследования показали, что, используя нейтронный гамма-каротаж (НТК), а также зная водородсодержание и плотность породы, после необходимой калибровки, можно определить содержание железа с хорошей точностью [31]. В свою очередь, используя разработанный алгоритм, но на базе нейтрон-нейтронного каротажа (НКТ) и гамма-каротажа (ГК), можно определять кроме железа еще бор, кремний и калий. Были выявлены эмпирические зависимости влияния калия и железа на УЭС пласта и определено уравнение (обусловленного) неучтенного УЭС от концентраций этих элементов.

Таким образом, поставленные цели и задачи решались и опробовались в низкоомном интервале пласта ЮВ1] Новогоднего месторождения [40, 41]. В процессе исследований выяснилось, что низкоомность пласта от концентрации железа не зависит. В понижении УЭС участвуют глинистые минералы — проявляется обратно пропорциональная зависимость УЭС от содержания калия. В дальнейших исследованиях низкоомных интервалов на Западно-Крапивинском, Вынгаяхинском, Вынгапуровском, Шингинском и Горстовом месторождениях были выявлены зависимости удельного сопротивления как от калия, так и от железа. В связи с накопленными статистическими данными определены эмпирические коэффициенты формулы обусловленного УЭС и на основе этого вычислены обусловленные электрические сопротивления в зависимости от калия и железа [32, 25, 29]. Определена научная новизна:

Обоснована возможность определения содержаний железа, бора и кремния по данным ГИС. Разработан математический алгоритм вычисления концентраций железа в разрезе скважины исследуемых пластов-песчаников.

Определена эмпирическая формула зависимости содержания калия от ГК и концентрации бора для песчаников.

Предложено полуэмпирическое уравнение определения удельного электрического сопротивления в зависимости от концентрации железа и калия в низкоомных коллекторах. Разработан способ определения макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности.

Выделяем защищаемые положения:

1. Обоснованная возможность разработанной технологии определения концентрации железа по данным НКТ, гамма-каротажа (ГК), собственной поляризации (ПС), общей пористости и плотности песчаника, позволяет вычислять содержание таких элементов, как железо и бор в исследуемом коллекторе-песчанике.

2. Полученная эмпирическая зависимость концентрации калия от ГК и содержания бора (для коллекторов-песчаников), после определения коэффициента пропорциональности, позволяет адекватно оценивать концентрацию калия в исследуемом коллекторе-песчанике.

3. В случае выявления обратной корреляции УЭС относительно концентраций химических элементов железа и калия, вклад перечисленных элементов в понижение УЭС пласта определяют следующим образом:

Лр=уВ-(\')" ё ехр (]/Т) М" ь (1-Сгде с! — концентрация химического элемента, влияющего на проводимость пласта, (, у> - средняя пористость пласта [д. ед.], М — минерализация пласта [г/л], Т — температура [°С], уобщая пористость, а Вь g, Ь, ], а, Ь — эмпирические коэффициенты.

4. Разработанный алгоритм вычисления, как относительного, так и абсолютного макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов твердой фазы породы по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности, позволяет выделять области как с повышенным, так и с пониженным содержанием совокупности таких химических элементов, как В, Ос1, Бе, Мп, К, Т1.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заведующему кафедрой геофизики ТПУ Леониду Яковлевичу Ерофееву за внимание и поддержку.

В свою очередь, автор выражает признательность к. г.-м. н. Вячеславу Викторовичу Семенову (ЗАО «Сибнефтепроект», г. Тюмень) за предоставленную возможность в реализации данной работы и к. г.-м. н. Галине Ивановне Тищенко (ТФ ФГУП «СНИИГГиМС») за помощь по внедрению предлагаемого метода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Обобщая полученный материал по выявлению низкоомных коллекторов, можно с достаточной уверенностью определить основные пункты применения предлагаемого метода при поиске и подсчете запасов У В сырья.

Проведенный теоретический анализ возможности повышения информативности следующих геофизических методов: НКТ, ГК и ПС в определении концентраций таких элементов, как железо, бор, калий и кремний позволяет построить математический алгоритм вычисления данных элементов в песчаниках-коллекторах. Сопоставив результаты по калию, железу и бору, полученные расчетным способом с аналитическими лабораторными исследованиями образцов кернового материала, взятых с соответствующих глубин, делается вывод о соответствии концентраций химических элементов, вычисленных программным способом с лабораторными результатами. Коэффициент корреляции по железу превышает 0.8, а по калию — более 0.6. Корреляционный анализ УЭС исследуемого пласта-песчаника с концентрациями данных элементов позволяет выявить такие интервалы, где происходит влияние перечисленных элементов на электрическое сопротивление пласта. Дальнейшие сопоставления петрографических, петрофизических и лито-геохимических исследований горной породы с теоретически выявленными интервалами понижения УЭС также послужило доказательной базой соответствия полученных теоретических результатов с лабораторными исследованиями. Таким образом, результаты проведенной работы сводятся к следующим основным выводам: разработанный математический алгоритм, после введения в программу данных НКТ, ГК, ПС, общей пористости, плотности и минерализации исследуемого интервала, а также после калибровки данных ГИС со средним содержанием химических элементов коллектора-песчаника изучаемого района, позволяет вычислять концентрацию таких элементов, как бор, железо и кремний в исследуемом коллектореполученная эмпирическая зависимость концентрации калия от ГК и содержания бора, после определения коэффициента пропорциональности, позволяет адекватно оценивать концентрацию калия в исследуемом коллекторе-песчаникепри выявлении обратной корреляции УЭС и концентраций химических элементов железа и калия, обусловленный вклад в понижении УЭС пласта, при решении проблемы низкоомных коллекторов, определяют следующим образом Лр=^Г B,(w)~g i exp (j/T) M" h (l-C? ~(±iiW+?v), где С, — концентрация химического элемента, влияющего на проводимость пласта, (w) — средняя пористость пласта [д. ед.], М — минерализация плата [г/л], Т — температура [°С], w — общая пористость, a B?, g, h, j, a, b — эмпирические коэффициентыразработанный алгоритм вычисления как относительного, так и абсолютного макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов твердой фазы породы по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности позволяет выделять области, как с повышенным, так и с пониженным содержанием совокупности таких химических элементов, как В, Gd, Fe, Мп, К, Ti.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях: «Научно-практическая конференция ОЕАГО», 2001 г., Тюмень- «IX Научно-практическая конференция», 2006 г., Ханты-МансийскVIII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле», 2007 г., МоскваXI Международный симпозиум студентов и молодых ученых им. М. А. Усова, «Проблемы геологии и освоения недр», 2007 г., ТомскМеждународная конференция геофизиков и геологов «Тюмень-2007», 4−7 декабря 2007 г., Тюмень.

По теме диссертации опубликовано 11 работ и подана одна заявка на официальную регистрацию программы для ЭВМ.

Результаты диссертационной работы были использованы следующими предприятиями: ЗАО «Сибнефтепроект» (СибНИИНП) г. Тюмень, ООО «Славнефть — НПЦ» г. Тверь, ООО «Газпромнефть — Восток» г. Томск, ООО «Горстовая» г. Томск.

Определим области применения разработанного метода определения обусловленного параметра УЭС при интерпретации результатов ГИС:

1) Поиск нефтегазонасыщенных пластов, пропущенных ГИС в случае традиционной интерпретации;

2) Выделение зон наложенного эпигенеза в песчаниках-коллекторах, т. е. определение пластов-песчаников, в которых произошли постседиментационные процессы, связанные с воздехЧствием флюидов;

3) Выявление основных геохимических процессов, происходящих в интервале наложенного эпигенеза (пиритизация, деградация гидрослюд, седиритизация и глинизация);

4) Определение зоны водонефтяного контакта и выявление водонасыщенных и нефтегазонасыщенных интервалов;

5) Определение обусловленного параметра УЭС в низкоомных коллекторах при подсчете запасов УВ сырья;

6) В случае вычисления концентрации бора Св и определения глинистости кгл по ГИС, по отношению Сн/кгл<>п1 0 можно определить условия осадконакопления — морские либо континентальные отложения (палеосоленость) [3];

7) При вычислении макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов по всему разрезу скважины и сопоставляя его значение с карбонатностыо, можно выявить интервалы вторичной карбонатизации (относительное увеличение макроскопического сечения), этот факт, в свою очередь, определяет «след» вертикальной миграции УВ [37].

Таким образом, предлагаемый метод позволяет получать геохимическую информацию при геофизических исследованиях, значительно повышает надежность интерпретации ГИС, а при подсчете запасов — увеличивает точность определения подсчетных параметров.