Интерпретация материалов геофизических исследований горизонтальных скважин

Геофизические методы исследования горизонтальных скважин в настоящее время являются единственным источником информации, необходимой для бурения и эксплуатации горизонтальных скважин. Обоснование и проведение комплекса методов ГИС, интерпретация данных ГИС для ГС отличаются от вертикальных скважин по причине технологических особенностей бурения ГС и особого положения ствола ГС в толще пластов. До настоящего времени основное внимание уделялось технологии проводки ГС, технологическим вопросам проведения ГС. В какой-то степени можно считать, что для ряда методов геофизических исследований в ГС вопросы решаются успешно. Но в то же время вопрос о необходимом комплексе измерений решается условно.

Теории и методике интерпретации данных ГИС в ГС не уделяется достаточно внимания, часть вопросов находится на стадии разработки, а другие — даже и не поставлены. Говоря о потенциальных возможностях ГС, нельзя упускать из виду, что вопросы проектирования ГС, проведения траектории скважины, проведения комплекса геофизических измерений и их интерпретации, использование полученной информации на стадии эксплуатации тесно взаимосвязаны. Получение необходимой геолого-геофизической информации о пересекаемых ГС на различных участках ее траектории породах можно отнести к наиболее важным элементам проведения ГС.

Для интерпретации ГИ ГС часто невозможно использовать имеющееся методическое, программное обеспечение, так как в данном случае важность приобретают специфические особенности ГС.

Особенности интерпретации данных ГИС в ГС связаны со следующими причинами.

1. На этапе разработки месторождения получены в общих чертах сведения о строении месторождения и информация о параметрах пластов. Эти сведения используются также при проектировании ГС и составлении индивидуального проекта скважины. Естественно, вся эта информация используется при проведении ГС и должна приниматься в расчет при интерпретации геофизических материалов ГС.

Но в то же время, данная информация основана на недостаточно плотной сетке вертикальных скважин. Поэтому можно говорить, что ГС уточняют модель месторождения, что подтверждает необходимость достоверной интерпретации материалов ГИ ГС, в результате чего уточняются параметры пласта, оценивается их изменчивость в пределах одних и тех же пластов, уточняется строение пластов (наклон пластов, детальность профиля).

• 2. ГС часто пересекает границы пластов, проходит вблизи границ, ВНК. Траектория скважины имеет различные участки: относительно вертикальный, набора кривизны, горизонтальный. В первых двух из них данные ГИ отражают изменение свойств горных пород с глубиной. В горизонтальном участке положение скважины определяется траекторией ее проводки. Она может находиться вдали от границ пластов, внутри тонких (единицы метров) пластов, пересекать границы пластов с разных сторон, быть вблизи ВНК. Кроме учета влияния кровли или (и) подошвы близ лежащих к ГС пород, возникает необходимость учитывать специфику зоны проникновения. Поэтому традиционные модели — коаксиально-цилиндрическйе (одномерные), включающие скважину, зону проникновения, пласт и даже многопластовые (двумерные) не удовлетворяют условиям ГС. Для того, чтобы уровень интерпретации материалов ГИ ГС вывести на уровень вертикальных скважин (ВС) необходимо разработать теорию, методику, программное обеспечение для других моделей: скважина с зоной проникновения пересекает границы, находится вблизи границы, внутри пластов и т. п. Для таких моделей до последнего времени не было разработано ни теории, ни методики, ни программного обеспечения. Особенно остро этот вопрос стоит для электрических, электромагнитных методов в связи с их относительно большой глубинностью.
• 3. Не только геометрия модели, но и измерительные установки (автономная аппаратура «Горизонт», «Обь») также требуют разработки специальной теории, методики, программного обеспечения. Традиционное методическое, математическое, палеточное обеспечение не годится для этих условий.
• 4. Изменчивость показаний методов ГИС в ГС связана с возможностью неоднократного пересечения траектории скважины одних и тех же пластов, в отличие от вертикальных скважин, изменением угла наклона зондом относительно границ пластов, изменением пространственного положения относительно границ пластов вдоль условно горизонтальной части траектории (по вертикали), а также изменением направления траектории в пласте в латеральном направлении.
• 5. Как правило, ГС бурятся в условиях разрабатываемых месторождений, которые достаточно хорошо изучены на этапе разведки и последующей эксплуатации. Известны стратиграфия, литология, петрофизика отложений, в которых осуществляется проводка горизонтальных скважин. Все это учитывается уже при составлении индивидуального проект и, естественно, должно учитываться при интерпретации материалов ГИ ГС. Поэтому одной из особенностей интерпретации ГИ ГС является значимость учета уже имеющейся априорной информации, т. е. интерпретация материалов ГИ ГС должна проводиться на фоне уже имеющейся геологической информации по месторождению.
• 6. Горизонтальная скважина пересекает пласты и проходит отложения, свойства которых (литология, пористость, насыщенность) известны. В данном случае особенность технологии интерпретации материалов ГИС будет заключаться в правильном определении положения ГС и геологического профиля. Процедура стратиграфической разбивки и выделения пластов важна и при интерпретации данных ГИС ВС. Но для ГС эта процедура приобретает еще большую важность и сложность. Достоверная интерпретация показаний глубинных зондов невозможна без учета профиля скважины. В то же время сам профиль может быть скорректирован в процессе интерпретации.

Таким образом, процесс интерпретации данных ГИС ГС, требует взаимоувязанных построений профиля разреза, данных ГИС (вертикальных и горизонтальных проекций данных ГИС), результатов интерпретации. Достоверная интерпретация материалов ГИС возможна только при учете априорной информации по месторождению (ВНК, профиль по соседним скважинам, уточненный профиль по результатам каротажа).

• 7. Специфические зоны проникновения в пласт бурового раствора в условиях ГС, возможная изменчивость некоторых петрофизических характеристик в разных азимутальных направлениях (прежде всего, трещиноватость) могут привести к необходимости использования не только по профилю, но и контроля связей с азимутальным направлением.
• 8. Большая чувствительность методов ГИС к тонкослоистым пластам, чем в вертикальных скважинах. Благодаря тому, что зонды переходят от пласта к пласту очень медленно, а не кратковременно как в вертикальных скважинах, даже маломощные пласты могут создать в показаниях ГИС значительные аномалии.
• 9. Геолого-геофизическая информация для ГС на этапе проектирования имеет априорный и приближенный характер (неплотная сетка скважин, динамическое изменение параметров месторождения). В процессе бурения, каротажа и интерпретации материалов ГИС ГС эта информация уточняется и дополняется. В результате создается некоторая более детальная микромодель месторождения около ГС.

В связи с вышесказанным наиболее актуальными становятся вопросы математического моделирования проводимых геофизических измерений и условий эксплуатации с учетом геометрических и петрофизических моделей для условий горизонтальной скважины. Решение прямых и обратных задач для геофизических методов с учетом наиболее важных влияющих факторов ГС позволяет достоверно провести интерпретацию, а также оценить реальные возможности проводимых комплексов измерений для условий ГС и, исходя из этого, выбрать тот уровень интерпретации или типовые модели, которые позволят достоверно определить наиболее важные характеристики объекта. Наиболее остро стоит вопрос определения УЭС в ГС, поскольку методы электрокаротажа наиболее глубинны, а в этом случае точность результатов зависит от того, насколько адекватна модель интерпретации реальному геоэлектрическому разрезу.

Интерпретация материалов ГИ ГС должна включать следующие этапы:

предварительное уточнение границ пластов;

оценка УЭС покрывающих и подстилающих пород;

— определение УЭС пласта по материалам с учетом ограниченной толщины и произвольной траектории скважины.

Используемый в настоящее время комплекс ЭК не позволяет оценить азимутальную неоднородность зоны проникновения. Для ее учета необходимо разработать специальную аппаратуру и методику интерпретации. Поэтому при интерпретации она может быть заменена коаксиально-цилиндрической моделью зоны проникновения.

Эффективность ГС непосредственно связана с задачей моделирования гидродинамических систем, как на этапе проектирования ГС, так и на этапах испытания и эксплуатации. В системах с ГНК и ВНК оптимальное расположение горизонтального ствола между контактами зависит от активности проявления водоили газонапорного режима, плотности фаз, вязкости нефти, относительных проницаемостей и возможности регулировать приток газа или воды.

Численное моделирование позволяет учитывать неоднородность пласта, многофазное течение и разнообразие граничных условий.

Математическое описание гидродинамических испытаний ГС в последнее время интенсивно разрабатывается. В этом направлении проводились работы с целью более полного использования всевозможных конкретных геологических условий (неоднородность пластов, геометрия притока) и получены оригинальные аналитические выражения для оценки потенциальных дебитов непосредственно в процессе интерпретации данных ГИ ГС [14].

Сама геологическая интерпретация данных ГИ ГС предполагает геометризацию вскрытого ГС объекта, в результате которой создается представление о расположении в пространстве положения пластов, вскрываемых горизонтальной скважиной, и определяется положение траектории скважины относительно границ. Затем полученные в результате геометризации объектов сведения используются для достоверной интерпретации данных ГС Траектория горизонтальных скважин в силу ряда причин может иметь в пространстве довольно сложную конфигурацию. Наклон пластов, форма пересечения пластов ГС также может быть различным. В этих условиях от интерпретатора требуется неформальное, «пространственное» мышление.

Реальную и наглядную помощь интерпретатору при геометризации объектов, вскрываемых ГС, должны оказать пространственные построения, позволяющие увидеть вертикальный профиль скважины.

Данные ГИ ГС и результаты интерпретации соответствуют глубинам (Н), измеряемым по стволу скважины. Интерпретация данных ГИ ГС связана с рассмотрением ГС на фоне геологического профиля (например, по линии двух соседних скважин), выдачей на планшет кривых ГИС и траектории скважины в сопоставимых масштабах по глубине. Для этих целей, в первую очередь, необходимо получить синтетические кривые для вертикальной и горизонтальной проекции ГС.

Для оперативной интерпретации материалов ГИ ГС разработана и используется технология интерпретации, включающая следуйте разделы:

геометризация горизонтальной скважины с учетом априорной информации и данных ГИ ГС;

геологическая интерпретация с учетом геометризации ГС и типовых моделей;

возможное уточнение результатов геометризации с учетом результатов геологической интерпретации и последующее уточнение данных самой геологической интерпретации.

Более детально она состоит из следующих элементов.

• 1. Предварительная обработка геофизических материалов горизонтальных скважин и оценка их качества.
• 1.1. Расчет синтетических кривых ГИ для вертикальной и горизонтальной проекции по материалам ГИ для горизонтальной скважины с учетом данных инклинометрии.

Речь идет о ситуации, когда по материалам ГИ ГС моделируются диаграммы ГИ для воображаемых ВС (вертикальная проекция), так как без выполнения этого этапа затруднительно провести корреляцию с соседними скважинами, оценить качество материала, построить профиль. Для той же цели используются смоделированные данные для горизонтальной проекции, которые в некоторых случаях могут оказаться более наглядными для «развернутого» представления результатов испытаний по профилю.

• 1 .2. Корреляция полученных на этапе 1.1 материалов ГИ с соседними скважинами с привлечением имеющихся корреляционных схем. Этот этап является чрезвычайно важным, так как позволяет в дальнейшем проводить интерпретацию с учетом реального положения границ.
• 1.3. Расчет траектории скважины в вертикальной плоскости (в направлении «устье-забой»), сравнение ее с индивидуальным простом горизонтальной скважины, оценка реального положения ствола скважины относительно границ.
• 1.4. Предварительная оценка качества имеющихся данных геофизических измерений, а также получение или уточнение информации для последующего этапа технологической схемы.
• 2. Геофизическая интерпретация данных ГИ горизонтальных скважин (по стволу скважины и по вертикальной проекции).
• 2.1. Обработка и интерпретация материалов радиоактивного и акустического методов с целью введения различных поправок, предварительного определения литологии, пористости. В отличие от ВС необходим учет конкретных измерительных установок.
• 2.2. Определение удельного электрического сопротивления пород по данным электрических, электромагнитных методов. Здесь существенное отличие от традиционного подхода заключается как в необходимости учета конкретных (отличных от традиционных) зондов и упомянутых выше (отличных от традиционных) моделей.
• 2.3. Оценка качества материала.
• 3. Геологическая интерпретация данных ГИС горизонтальных скважин (по стволу скважин и вертикальной проекции).
• 3.1. Выделение стратиграфических подразделений и интервалов разреза с учетом профиля скважины.
• 3.2. Выделение коллекторов (по качественным и количественным критериям, с учетом априорной информации по разрезу (профилю)).
• 3.3. Выбор петрофизических моделей для интерпретации и необходимых параметров (коэффициенты петрофизических зависимостей, опорные пласты, литологические разности для стратиграфических подразделений).
• 3.4. Количественное определение геологических параметров: пористости, литологического состава, насыщения.
• 3.5. Анализ результатов и окончательное формирование заключения по скважине (при необходимости возможна ручная корректировка) с выдачей планшетов и таблиц в формате, принятом у заказчика при оперативной интерпретации.
• 4. Оценка промысловой эффективности горизонтальной скважины. Здесь имеется в виду оценка проницаемости вскрытых скважиной пород и ожидаемых дебитов. Для ГС этот этап особенно важен.

Типовой набор документов при выдаче заключения заказчику включает:

• — план скважины (горизонтальная проекция);
• — траектория скважины в крупном плане, включающая вертикальный и горизонтальный участки скважины (сечение устье-забой);
• — траектория скважины только для горизонтального участка, позволяющая с большей детальностью оценить положение скважины в горизонтальном участке (сечение устье-забой);
• — таблица данных инклинометрии, включающая измерения и результаты обработки;
• — траектория скважины с результатами интерпретации — пористостью, литологическим составом;
• — траектория скважины с результатами интерпретации — пористостью и насыщенностью;
• — смоделированный комплекс ГИ для воображаемой ВС в вертикальной и горизонтальной проекции ГС;
• — результаты интерпретации, полученные для вертикальной проекции ГС (пористость, литологический состав, насыщение);
• — комплекс ГИ по стволу ГС;
• — результаты интерпретации для ГС (пористость, литологический состав, насыщение, если есть основания, то проницаемость, дебит);
• — таблица с заключением по скважине.49