СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИТИЯ В РАПОНАСЫЩЕННЫХ ИНТЕРВАЛАХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ДАННЫМ МУЛЬТИМЕТОДНОГО МНОГОЗОНДОВОГО НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА
METHOD FOR DETERMINATION OF LITHIUM IN RAPOSATURATED INTERVALS OF GEOLOGICAL SECTIONS OF WELLS OF GAS CONDENSATE FIELDS ACCORDING TO THE DATA OF MULTI-METHOD MULTI-PROBE NEUTRON LOGGING

Изобретение относится к области ядерно-физических методов исследований скважин с целью поиска и разведки лития в рапе, как источника гидроминерального сырья в соленосных разрезах, вскрытых скважинами различного назначения.
Литий - один из наиболее востребованных в мире военными и гражданскими отраслями промышленности редких металлов.
Наличие лития в гидроминеральном сырье определяет высокий экономический потенциал для развития горнодобывающей отрасли по разработке месторождений промышленных рассолов, в первую очередь для организации производства высоко востребованного литиевого сырья, являющегося основным компонентом производства химических источников электропитания.
Перспективными объектами на содержание лития является месторождение юга Сибирской платформы, в котором рапа имеет минерализацию от 360 до 630 г/л, с содержанием лития до 0,7 мг/л. (Вахромеев А.Г. Закономерности формирования и локализации месторождений промышленных рассолов в карбонатных каверново-трещинных резервуарах кембрия юга Сибирской платформы. Изд-во ИрНИТУ, г. Иркутск. 2015 г.).
В настоящее время в этом регионе ведется активное бурение нефтегазовых скважин, вскрывающих соленосные отложения с зонами рапопроявления.
Геологическое изучение этих зон на содержание лития является одной из важнейших задач по обеспечению сырьевой базы его добычи.
Зоны рапопроявления при бурении нефтегазовых скважин в соленосных отложениях приурочены к интервалам разрезов скважин с аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД), из этого следует, что литий, содержащийся в рапе, является диагностическим признаком наличия зон АВПД.
Зоны АВПД значительно осложняют и удорожают процесс бурения нефтегазовых скважин и требуют специального оборудования и технологии для вскрытия и прохождения таких интервалов в разрезе скважин во избежания выброса рапы на дневную поверхность и необходимостью последующей ликвидации неблагоприятных техногенных последствий рапопроявления. Поэтому выявление зон рапопроявления в соленосных отложениях является одной из актуальных задач, стоящих перед методами ГИС.
Нейтронные методы ГИС позволяют решать эту задачу, исходя из существенных отличий ядерно-физических свойств лития, содержащегося в рапе (гидроминеральном сырье), и остальных химических элементов, входящих в состав рапы и вмещающих ее пород.
Известным способом оценки скоплений лития в рудных скважинах является нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННКт) или медленным (надтепловым) нейтронам ННКнт. Литий обладает аномальными поглощающими свойствами к тепловым или медленным нейтронам на 2-3 порядка, превосходящим эти свойства для основных петрогенных химических элементов (Al, Si, Са, Na, Fe, K, и др.) и выделяется по аномально низким показаниям методов ННКт, ННКнт.(Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика, под ред. О.Л. Кузнецова, А.Л. Поляченко. - Изд. 2. - М.: Недра, 1990.) Указанный способ определения лития в рудных скважинах принят за прототип.
В известном способе используют нейтронный каротаж в модификациях ННКт или ННКнт, с помощью которых производят измерения интенсивностей потоков тепловых или надтепловых нейтронов с последующим выделением по разрезу скважины интервалов с минимальными показаниями нейтронных методов ННКт или ННКнт, к которым приурочены горные породы, содержащие литий.
Недостатком способа выделения пород, содержащих литий, применяемого для рудных скважин, является его малая информативность в случае поиска лития в рапе соленосных отложений, вскрытых нефтегазовыми скважинами.
В рапе основными мешающими факторами при оценке содержания лития являются переменная пористость, (водородосодержание) вмещающих рапу горных пород, и вариации содержания хлора в рапе и в каменной соли.
Гидроминеральное сырье (рапа) содержится в карбонатных каверново-трещинных резервуарах, состоящих в основных из петрогенных химических элементов, обладающих средними и низкими нейтронными свойствами. В рапе кроме лития, обладающего аномальными поглощающими нейтронными свойствами, находятся химические элементы с аномальными нейтронными свойствами такие как водород H и хлор Cl.
Техническим результатом способа определения лития в рапе соленосных отложений нефтегазовых скважин по данным мультиметодного многозондового нейтронного каротажа является повышение достоверности оценки содержания лития в рапе соленосных отложений нефтегазовых скважин и прогноза зон АВПД.
мз
бз
мз
бз
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, содержащем проведение двухзондового нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам - 2ННКт и регистрацию интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом - Jннк, и большом - Jннк зондах метода 2ННКт, в отличие от известного, дополнительно осуществляют спектрометрический нейтронный гамма каротаж (СНГК) с регистрацией интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк, и производят вычисление функции пористости F(Kn) как отношения интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода
,
вычисляют функцию насыщения F(H)ннк, как обратную величину произведения потоков тепловых нейтронов на малом Jннкмз и большом Jннкбз зондах метода 2ННКт:
,
вычисляют по методу СНГК функцию насыщения F(H)снгк, как отношение квадрата интенсивности потока ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк к произведению потоков интенсивностей тепловых нейронов на малом Jннкмз и большом Jннкбз зондах метода 2ННКт:
,
2
2
2
2
затем осуществляют построение на кросс-плотах F(H)ннк от F(Kn), F(H) от F(Kn) зависимостей в декартовых координатах, в усл. ед., где по оси абсцисс X назначаются аналитические параметры функции пористости F(Kn), а по оси ординат Y - функции насыщения F(H)ннк и F(H)снгк, и производят последующую аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)ннк от F(Kn) квадратичной функцией F(max)ннк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)ннк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)сннг от F(Kn) квадратичной функцией F(мах)снгк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)снгк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, затем определяют величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом 2ННКт - Сннк по формуле:
и величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом СНГК по формуле:
,
мз
бз
в результате измерений интервалы, содержащие литий, определяют по низким значениям показаний интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода 2ННКт и зондах метода СНГК, и по высоким показаниям F(Kn) при превышении вычисленных значений Сннк над вычисленными значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий, характеризуют как зоны с АВПД.
Где:
Кп - коэффициент пористости, усл. ед.,
мз
Jннк - интенсивность потоков тепловых нейтронов на малом зонде метода 2ННКт,
бз
Jннк - интенсивность потоков тепловых нейтронов на большом зонде метода 2ННКт, усл. ед.,
F(Kn) - функция пористости, вычисляемая по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,
F(H)ннк - функция насыщения, вычисляемая по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,
F(H)снгк - функция насыщения, вычисляемая по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,
махF(H)ннк - максимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,
махF(H)снгк - максимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,
minF(H)ннк - минимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,
minF(H)снгк - минимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,
текF(H)ннк - текущее значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,
тeкF(H)снгк - текущее значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,
Сннк - величина относительного текущего содержания хлора и лития, полученная методом 2ННКт, усл. ед.,
Сснгк - величина относительного текущего содержания хлора и лития, полученная методом СНГК, усл. ед.
В качестве источника нейтронов применяют стационарный источник.
На фиг. 1 представлены диаграммы результатов измерений зондами комплекса 2ННК+СНГК по оценке содержания лития в рапе порового пространства карбонатных каверново-трещинных резервуаров в нефтегазовой скважине.
На фиг. 2 изображены: кросс-плот F(H)снгк от F(Kn) и функция насыщения махF(H)снгк (кривая 1), соответствующая коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и функция насыщения: minF(H)снгк (кривая 2), соответствующая минимальным содержаниям химических элементов с аномальными нейтронными свойствами.
На фиг. 3 изображены: кросс-плот F(H)ннк от F(Kn) и функция насыщения махF(H)ннк (кривая 1), соответствующая коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и функция насыщения: minF(H)ннк (кривая 2), соответствующая минимальным содержаниям химических элементов с аномальными нейтронными свойствами.
В основу предлагаемого способа определения содержания лития в рапе карбонатных каверново-трещинных резервуаров, состоящих в основных из петрогенных химических элементов, обладающих средними и низкими нейтронными свойствами, заложены выявленные аномальные нейтронные свойства лития относительно остальных химических элементов. В рапе кроме лития, обладающего аномальными поглощающими нейтронными свойствами, находятся химические элементы с аномальными нейтронными свойствами такие как водород H и хлор Cl.
Природный литий имеет следующие ядерно-физические характеристики взаимодействия с тепловыми нейтронами: сечение рассеивания составляет 1,4 барна, сечение поглощения тепловых нейтронов 70 барн, и практически не излучает гамма кванты при поглощении тепловых нейтронов.
Водород имеет максимальное сечение рассеивания тепловых нейтронов 32 барна, сечение поглощения 0,33 барна, при поглощении теплового нейтрона излучается один гамма квант с энергией 2,23 Мэв.
Хлор имеет сечение рассеивания 16 барн, сечение поглощения 33.8 барн, при поглощении тепловых нейтронов излучается широкий энергетический спектр гамма квантов радиационного захвата тепловых нейтронов с основными энергиями в жесткой части спектра: 1,95, 6,11, 6,62, 7,11 Мэв. При поглощении тепловых нейтронов ядрами хлора среднее количество гамма квантов жесткой энергии на один захват тепловых нейтронов в 2,37 раза превышает излучение от ядер водорода. (Резванов Р.А. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. - М.: Недра, 1982. 368 с., Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика. М., 1978.). Наличие водорода и хлора требует учета или исключения их влияния на оценку содержания лития в гидроминеральном сырье.
Применение предлагаемого комплекса нейтронных методов, включающего методы 2ННКт+СНГК, для определения содержания лития в рапе соленосных отложений обосновано высокой чувствительностью показаний зондов метода 2ННКт к содержанию в рапе хлора и лития, при низкой чувствительности отношения показаний малого зонда к большому , которая в основном зависит от пористости (водородосодержания) вмещающих рапу горных пород.
На интенсивность спектрального потока гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (ГИРЗ) метода СНГК влияет пористость горных пород, при этом в жесткой части ГИРЗ с энергией 2,23 Мэв (выше энергии ГИРЗ водорода) спектральная интенсивность определяется содержанием хлора при подчиненном влиянии остальных петрогенных химических элементов.
С увеличением содержания лития в рапе коллекторов показания зондов методов 2ННКт и СНГК будут монотонно уменьшатся, при этом более существенное влияние содержания лития будет оказывать на показания зондов метода 2ННКт по сравнению с методом СНГК при одинаковом содержании водорода и хлора в рапе. При этом ГИРЗ от хлора и подчиненное (не существенное) гамма излучение от остальных химических элементов создают фоновое излучение, что снижает чувствительность метода СНГК к литию. Это является благоприятной предпосылкой для учета влияния водородосодержания и хлорсодержания рапы коллекторов при оценке содержания лития путем совместной обработки показаниям зондов метода 2ННКт и СНГК.
Предлагаемый способ реализуется применением комплекса нейтронных методов (2ННКт+СНГК), входящих в мультиметодный многозондовый нейтронный каротаж (ММНК) для исследования нефтегазовых скважинах, который осуществляется с использованием скважинного прибора, включающего два зонда метода ННК и зонд СНГК, расположенные по разные стороны от стационарного источника тепловых нейтронов.
мз
бз
мз
бз
В процессе измерений в скважинах осуществляют регистрацию интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом - Jннк, и большом - Jннк зондах метода 2ННКт и интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк метода СНГК, затем производят вычисление функции пористости F(Kn) как отношения интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода 2ННКт: ,
мз
бз
вычисляют функцию насыщения F(H)ннк как обратную величину произведения потоков тепловых нейтронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода 2ННКт: ,
мз
бз
вычисляют по методу СНГК функцию насыщения F(H)снгк как отношение квадрата интенсивности потока ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк к произведению потоков интенсивностей тепловых нейронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода 2ННКт:
,
2
2
2
2
затем осуществляют построение на кросс-плотах F(H)ннк от F(Kn), F(H)снгк от F(Kn) зависимостей в декартовых координатах, в усл. ед., где по оси абсцисс X назначаются аналитические параметры функции пористости F(Kn), а по оси ординат Y - функции насыщения F(H)ннк и F(H)снгк, и производят последующую аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)ннк от F(Kn) квадратичной функцией F(мах)ннк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)ннк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)сннг от F(Kn) квадратичной функцией F(мах)снгк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)снгк = a⋅F(Kn) ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, затем определяют величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом 2ННКт - Сннк по формуле:
и величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом СНГК по формуле:
,
мз
бз
в результате измерений определяют интервалы, содержащие литий, по низким значениям показаний интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода 2ННКт и зондах метода СНГК, и по высоким показаниям F(Kn) при превышении вычисленных значений Сннк над вычисленными значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий, характеризуют как зоны с АВПД.
бз
мз
Представленная диаграмма результатов измерений зондами комплекса 2ННК+СНГК по оценке содержания лития в рапе порового пространства карбонатных каверново-трещинных резервуаров в нефтегазовой скважине на фиг. 1 (в первом столбце) содержит запись по глубине интенсивностей потоков тепловых нейтронов - Jннк и Jннк метода 2ННКт и интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк метода СНГК, а также - рассчитанную по этим показаниям функцию пористости: .
Во втором столбце - представлена запись диаграммы рассчитанных величин относительного текущего содержания хлора и лития, полученных методом 2ННКт - Сннк по формуле (4) и величин относительного текущего содержания хлора и лития - Сснгк, полученных методом СНГК по формуле (5).
Величины Сннк и Сснгк рассчитываются с привлечением значений функции насыщения махF(H)снгк (фиг. 2, кривая 1), соответствующей коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и значений функции насыщения махF(H)ннк (фиг. 3, кривая 1), соответствующей коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами, и с привлечением значений функции насыщения minF(H)снгк (фиг. 2, кривая 2), соответствующей коллекторам с минимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и значений функции насыщения minF(H)ннк (фиг. 3, кривая 2), соответствующей коллекторам с минимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами.
мз
бз
В результате измерений, представленных на фиг. 1, 2, 3 определяют интервалы, содержащие литий (фиг. 1, столбец 3) по низким значениям показаний интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк и большом Jннк зондах метода 2ННКт и зондах метода СНГК, и по высоким показаниям F(Kn) при превышении вычисленных значений Сннк над вычисленными значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий на глубине 1630-1645 м, характеризуют как зоны с АВПД.
Выявление зон рапопроявления в соленосных отложениях позволяет решать задачу, стоящую перед методами ГИС по определению интервалов, содержащих литий в рапе (гидроминеральном сырье), характеризующихся АВПД. По результатам каротажа методами ННК и СНГК в открытом стволе устанавливают глубину нахождения интервалов с АВПД, что позволяет в дальнейшем определить технологию цементирования обсадной колонны, усиленной в этих местах, для предотвращения выброса промывочной жидкости и рапы на дневную поверхность.