Оценка трещиноватости низкопористых карбонатных нефтенасыщенных пород по результатам геофизических исследований скважин

Актуальность проблемы. Карбонатные отложения составляют значительную долю осадочных пород. В работе Петтиджона Ф.Дж. [46] приведены оценки разных авторов, сделанные как на основании анализа множества стратиграфических разрезов, так и на основании геохимических расчетов, согласно которым доля известняков в осадочных породах составляет около 10% и лишь немногим меньше доли песчаников. Более половины мировых запасов нефти приходится на долю карбонатных коллекторов. Значительная часть из них сосредоточена в сложных коллекторах, в частности, в низкопористых карбонатных породах (НКП), ёмкость которых обусловлена, главным образом, трещиноватостью и кавернозностью, а проницаемость практически только трещиноватостью. В этой связи актуальной является задача поисков трещинных зон и оценки степени трещиноватости карбонатных толщ.

Наличие открытых трещин определяют с помощью различных методов, чувствительных к изменению физических свойств пород, вызванных трещиноватостью. При сейсмических исследованиях, в том числе скважин-ных, трещиноватость оценивают по анизотропии скоростей продольных волн, по расщеплению поперечных волн на быстрые и медленные, по рассеиванию сейсмических волн. Эти исследования не обладают достаточной детальностью при решении нефтепромысловых задач.

На оценку трещиноватости направлены также специальные исследования керна, гидродинамические исследования, в частности, гидропрослушивание, анализ процесса бурения, особенно выявление интервалов поглощения промывочной жидкости при бурении.

Среди всех способов исследований нефтенасыщенных горных пород важнейшим источником информации об их параметрах является комплекс геофизических исследований скважин (ГИС). В настоящее время существуют специальные методы ГИС, направленные на выявление трещин, пересекающих скважины. Наиболее эффективными являются метод электрического сканирования стенки скважины FM1 (Formation Micro Imager) и различные способы, связанные с закачкой в прискважинную зону индикаторов (радиоактивных, нейтронопоглощающих). Но в большинстве бурящихся на нефть скважин такие исследования не выполняются. Среди методов стандартного комплекса ГИС наиболее чувствительными к трещиноватости являются волновой акустический каротаж (ВАК) и электрометрия скважин, в частности, боковой каротаж (БК). Однако применяемые способы оценки трещиноватости по этим методам каротажа имеют существенные недостатки.

Цель работы. Разработать методику интерпретации стандартного комплекса ГИС и способы волнового акустического каротажа для оценки трещиноватости низкопористых карбонатных пород.

Основные задачи исследований:

1. Анализ состояния проблемы оценки трещиноватости по данным геофизических исследований скважин, в частности, по результатам волнового акустического каротажа;

2. Разработка способов наблюдений и интерпретации волнового акустического каротажа, эффективных при оценке трещиноватости пород;

3. Создание способа учёта слоистости и кавернозности пород при оценке пористости по данным волнового акустического каротажа;

4. Разработка общих принципов оценки трещиноватости низкопористых карбонатных пород по данным электрометрии;

5. Разработка методики оценки трещиноватости по данным электрометрии и комплексу ГИС на примере различных карбонатных толщ;

6. Оценка пористости карбонатных пород с применением адаптации данных ГИС, учитывающая доломитизацию, окремнение, кавернозность и слоистость.

Объекты исследований — низкопористые карбонатные породы Волго-Уральской и Тимано-Печорской нефтегазоносных провинций, существенно отличающиеся по физическим свойствам.

Предмет исследований — данные геофизических исследований скважин, прежде всего, волнового акустического каротажа и бокового каротажа при изучении низкопористых карбонатных пород.

Фактический материал и личный вклад автора. Диссертация является логическим завершением десятилетних научно-исследовательских работ автора в ОАО «Пермнефтегеофизика» и обучения в аспирантуре Пермского государственного университета. Часть научно-исследовательских работ выполнялась в рамках договоров с ООО «ПермНИГГИнефть», в которых автор принимал непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя со стороны ОАО «Пермнефтегеофизика» по темам: «Комплексное изучение карбонатных коллекторов смешанного типа» (2002 г.), «Разработка методики комплексной интерпретации сейсмических, геолого-геофизических и акустических измерений для выявления высокопроницаемых трещинных зон в рифовых массивах и дифференцированной оценки сложнопостроенных коллекторов (на примере им. Архангельского и Шершнёвского месторождений)» (2004 г.), «Разработка методики комплексирования геолого-геофизических методов с целью подсчёта запасов углеводородов в сложнопостроенных карбонатных резервуарах (на примере Тобойского, Медынского и Мядсейского месторождений)» (2008 г.).

Основные защищаемые положения:

1. Анализ эффективности волнового акустического каротажа при оценке трещиноватости пород, основанный на сопоставлении с результатами прямых наблюдений трещиноватости и учитывающий субвертикальность раскрытых трещин.

2. Способы акустического каротажа скважин, основанные на использовании отражённых волн Стоунли, поляризованных в трёх плоскостях поперечных волн и вариаций мощности излучения.

3. Методика оценки трещиноватости низкопористых нефтенасыщен-ных карбонатных пород по данным электрометрии скважин, основанная на использовании свойств остаточной воды и применении закона Арчи.

Научная новизна:

1. Показана эффективность широкополосного волнового акустического каротажа, особенно при площадном анализе трещиноватости. Установлено, что акустические признаки трещиноватости не являются необходимыми и достаточными из-за субвертикальности открытых трещин и несовершенной конструкции применяемых приборов.

2. Разработаны три способа волнового акустического каротажа, повышающие эффективность оценки трещиноватости пород.

3. Предложен метод учёта кавернозности и слоистости породы при интерпретации результатов акустического каротажа.

4. Обосновано использование электрометрии скважин, в частности, метода БК в низкопористых карбонатных нефтенасыщенных породах как метода оценки трещиноватости.

5. Разработаны общие принципы и методика оценки трещиноватости по данным электрометрии скважин для карбонатных пород разного генезиса, вещественного состава, структуры матрицы и пустотного пространства.

6. Разработан принцип адаптивной интерпретации данных ГИС, учитывающий результаты петрофизических и других геолого-геофизических исследований при оценке коллекторских свойств карбонатных пород.

Практическая значимость работы. Оценка трещиноватости по разработанной методике применялась на месторождениях им. Архангельского и Шершнёвском. Полученные данные хорошо согласуются с результатами сейсморазведки ЗД и непродольного вертикального сейсмического профилирования (НВСП). На основании полученных данных в ООО «ПермНИПИ-нефть» построена постоянно-действующая геолого-технологическая модель Т-Фм залежи Шершнёвского нефтяного месторождения с учётом трещиноватости коллекторов, а также гидродинамическая модель, в которой трещино-ватость учитывалась с одним и с двумя типами пустотного пространства. Оценка трещиноватости пород в разведочных скважинах позволила скорректировать заложение горизонтальных скважин таким образом, что они вскрыли трещинные зоны и из всех пробуренных горизонтальных скважин получены значительные притоки нефти.

В ОАО «Пермнефтегеофизика» внедряется разработанная автором методика интерпретации данных геофизических исследований скважин и аппаратура МАК-4-ОПВ, реализующая способ акустического каротажа по отражённым волнам Стоунли.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях (Уфа, 2002, 2004, Сургут, 2007, Пермь, 2008), опубликованы в 14 научных работах, в том числе 7 в изданиях, рекомендованных ВАК. По теме диссертации получено 2 патента на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов и заключения. Работа содержит 124 страницы, включая 33 рисунка и библиографический список из 74 наименований.

Выводы по разделу 4.

1. Трещиноватость низкопористых нефтенасыщенных карбонатных пород снижает их удельное электрическое сопротивление и может быть выявлена по БК.

2. Вычисление коэффициента трещинной пористости Кпх пород из уравнений типа уравнения Пирсона является на практике слишком сложной задачей.

3. В основу авторской методики оценки трещиноватости положено: нефтенасыщенные породы содержат остаточную (связанную) воду, которая имеет определённую минерализацию, боковой каротаж в низкопористых карбонатных породах отражает сопротивление неизменной части пласта, уравнение Арчи справедливо для широкого круга пород, структурный коэффициент m для пород без каверн и трещин приблизительно равен двум.

4. В низкопористых известняках органогенных построек фаменского яруса Соликамской депрессии интервалы трещиноватости в нефтенасыщен-ной части разреза могут быть определены по условиям: KW > 1 (трещины) и KWTR> 1 (макротрещины).

5. В карбонатных отложениях сложного состава нижнего и верхнего девона Тимано-Печеской НГП трещинные интервалы в низкопористых нефтенасыщенных пластах выделяются по значениям параметра % — интенсивности трещиноватости.

6. Для достаточно точной оценки истиной пористости НКП, необходимой для вычисления %, обязательна верификация и адаптация данных ГИС.

Только после этого можно составить корректную систему петрофизических уравнений.

7. Влияние слоистости и кавернозности пород на скорость продольных волн акустического каротажа учитываем введением коэффициента ^ в уравнение среднего времени.

8. Влияние глинистости учитываем, определяя статистическую зависимость W (BK) от значений ГК.

9. Расширенный комплекс ГИС, включающий ГГК-С, позволяет определить состав и пористость сложных по составу кавернозных карбонатных пород решением системы петрофизических уравнений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных исследований разработана методика выделения и оценки трещинных интервалов в низкопористых карбонатных породах по результатам стандартного или, в сложных случаях, минимально расширенного комплекса геофизических исследований скважин. При этом решены следующие задачи.

1. На основе литературных данных и исследований автора разработана и положена в основу методики интерпретации система представлений о трещиноватости, как неотъемлемом свойстве горных пород, отражающем актуальные тектонические напряжения, влияющем на такие петрофизические характеристики как упругость, электрическая проводимость, проницаемость и симметрия.

2. Выполнен анализ эффективности признаков трещиноватости пород по данным широкополосного волнового акустического каротажа, основанный на сопоставлении данных с полноразмерным керном, результатами испытаний скважин, диаграммами акустического сканирования и совокупностью геолого-геофизической информации, а также учитывающий субвертикальность раскрытых трещин. На практических примерах показана эффективность таких признаков, как коэффициент приточности и коэффициент затухания поперечных волн.

3. Показано, что наилучшим индикатором макротрещин является коэффициент затухания поперечной волны, но и по этому индикатору некоторые открытые трещины могут быть не выявлены.

4. Доказано, что в настоящее время не существует определяемых по ВАК признаков, необходимых и достаточных для оценки трещиноватости, особенно сложной является диагностика вертикальной трещиноватости в вертикальных скважинах.

5. Принципиальные ограничения эфективности широкополосного волнового акустического каротажа и каротажа по волнам Стоунли обусловлены интерференцией пакетов волн разных типов, главный недостаток кроссди-польного акустического каротажа — необходимость использования кроме кинематических также динамических параметров поляризованных поперечных волн.

6. Разработаны три способа волнового акустического каротажа, в которых преодолеваются ограничения широкополосного ВАК. Два из них признаны изобретениями. В способе акустического каротажа по отражённым поверхностным волнам повышается эффективность оценки проницаемости породы, в том числе обусловленной трещиноватостью, благодаря регистрации «чистых», не искажённых интерференцией волн Стоунли. В способе трёх-плоскостного поляризационного акустического каротажа решена задача оценки анизотропии породы по кинематическим параметрам поперечных волн, без привлечения динамических данных. Предложено также с помощью обычных приборов ВАК оценивать проницаемость породы по изменениям скоростей акустических волн при изменениях мощности излучения. Реализация этих способов с помощью относительно простой по сравнению, например, с ХМАС аппаратурой, по мнению автора, удешевит ГИС, направленные на оценку трещиноватости НКП, упростит их интерпретацию и повысит достоверность заключений.

7. На основе анализа ранее разработанных методик, авторской парадигмы трещиноватости, учёта особых свойств связанной воды, применения закона. Арчи в нефтенасыщенной породе разработана методика оценки трещиноватости низкопористых карбонатных пород по их удельному электрическому сопротивлению, измеренному скважинными приборами.

8. Доказана эффективность авторской методики в четырёх вариантах её применения, в зависимости от сложности структуры и вещественного состава карбонатных отложений.

9. Решена задача учёта слоистости и кавернозности пород при использовании уравнения среднего времени для определения пористости.

10. Обоснованы системы петрофизических уравнений для карбонатных отложений разного состава при определении пористости, точное значение которой необходимо для сопоставления с данными электрометрии при оценке трещиноватости.

11. Доказана необходимость верификации и адаптации полевых данных ГИС при комплексной интерпретации. Разработан и применён принцип адаптации первичных данных ГИС, учитывающий результаты петрофизических и других геолого-геофизических исследований. Это позволило определять пористость карбонатных пород разной степени доломитизации, окрем-нения, кавернозности и слоистости с точностью, необходимой для оценки трещиноватости по данным электрометрии.