Induction logging capabilities of thinly-laminated formation evaluation

УДК 550.832

1 2 Ю.Е. Антонов , И.Н. Ельцов

1Baker Hughes, 2ИНГГ СО РАН, Новосибирск

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ТОНКОСЛОИСТЫХ СТРУКТУР

Исследованы возможности индукционного каротажа по выделению в разрезе слоев, имеющих мощность, меньшую, чем вертикальная разрешающая способность прибора. На основании результатов моделирования развития зоны проникновения показана возможность определения таких структур при проведении каротажных работ в первый час после вскрытия пласта. Другими словами, перспективным является подход, основанный на данных каротажа в процессе бурения.

Yu.E. Antonov1,1.N. Eltsov2

1Baker Hughes, 4a Kutateladze ul., Novosibirsk, 630090, Russian Federation

Л

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS

Acad. Koptyug av. 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

INDUCTION LOGGING CAPABILITIES OF THINLY-LAMINATED FORMATION EVALUATION

Induction logging method capabilities of thinly-laminated structures evaluation are studied. It is shown that an optimum period of time exists when mentioned structures could be resolved by the induction logging tool. The conclusion is based on numerical simulation of induction zone forming. In other words, the only promising way is to deal with data obtained while drilling.

Разрешающая способность является одной из ключевых характеристик любого метода зондирования. Чем «лучше» разрешающая способность метода, тем тоньше слои могут быть выделены при обработке каротажных диаграмм. Основным определяемым параметром для индукционных методов является сопротивление неизмененной проникновением части пласта. Таким образом, кроме вертикальной разрешающей способности, важной характеристикой метода зондирования является его глубинность или радиальная разрешающая способность. Указанные характеристики в каком-то смысле конфликтуют между собой - повышая глубинность, снижается вертикальная разрешающая способность, и наоборот.

В то же время, актуальной задачей промысловой геофизики является выделение в разрезе и оценка параметров интервалов, сложенных из переслаивающихся глинистых и песчанистых слоев. Последние могут быть насыщены углеводородами и представлять промышленный интерес. Таким

образом, крайне важна правильная оценка удельного электрического сопротивления (УЭС) песчанистых прослоев. Однако, в случае, когда их толщина меньше разрешающей способности зонда, весь интервал может быть проинтерпретирован как однородный пласт, причем значение УЭС будут существенно ниже, чем УЭС песчанистых интервалов. При петрофизической интерпретации это приведет к неверной оценке характера насыщения. Итак, интересной и актуальной задачей представляется разработка методов обнаружения описанных геологических структур с помощью средств индукционного каротажа.

В нашем исследовании будем рассматривать периодические структуры более и менее проводящих слоев. При этом подразумевается, что слои с УЭС 1 Ом-м соответствуют глинистым интервалам, 100 Ом-м - песчанистым, насыщенным углеводородами. Будем рассматривать метод индукционного каротажа со следующими характеристиками: 7 измерений, максимальный разнос - 2 м, частотный диапазон - от 10 до 200 кГц. В работе анализируются кажущиеся сопротивления, полученные путем трансформации измеряемых величин по модели однородной среды.

На рис. 1 (а) схематично представлена модель рассматриваемой среды. Верхний и нижний слои - глинистые, в центральной части - переслаивание песчанистых и глинистых слоев. Для удобства изложения, введем некоторые обозначения для рассматриваемых моделей. Модель, указанную на рис. 1 (а) будем называть L-моделью (от англ. lamination). Кроме того, в дальнейшем будут рассмотрены следующие модели: E, LI, EI. Эти модели схематично показаны на рис. 1 (б-г) и обладают следующими характерными особенностями: E (equivalent) - модель, эквивалентная L-модели. LI (laminated invaded) - отличается от L-модели наличием зоны проникновения в песчанистых прослоях. EI - модель, эквивалентная LI-модели. Здесь и далее эквивалентность понимается в смысле близости показаний индукционного каротажа, то есть кажущиеся сопротивления, полученные для эквивалентных моделей, близки в определенной норме.

а) L-модель б) E-модель в) LI-модель г) EI-модель

Рис. 1. Схема рассматриваемых моделей

Основными параметрами представленных моделей, наряду с величинами УЭС, являются число «тонких» слоев N, толщина каждого слоя h. В моделях с

зоной проникновения также существенным является радиус зоны проникновения ГЗП.

На рис. 2 проиллюстрирована оценка разрешающей способности рассматриваемого метода - приведены кажущиеся сопротивления, полученные для значений И = 1.0 и 0.1 м. Из графиков на рис. 2 следует, что в случае, когда толщина слоя не превышает 10 см, по данным каротажа невозможно выделить тонкослоистую структуру.

а) Ь=1 м

б) Ь=0.1 м

Рис. 2. Оценка вертикальной разрешающей способности

Попробуем подобрать модель, в которой тонкослоистая структура будет заменена одним слоем, при этом данные измерений не претерпят существенных изменений. В соответствии с принципом эквивалентности, для ^-модели с чередованием слоев с УЭС 1 и 100 Ом-м и И=0.1 м эквивалентной может считаться Е-модель с УЭС центрального слоя 12.4 Ом-м и И=0.5 м. В указанной модели, однако, хорошее совпадение наблюдается только для глубинных зондов. Менее глубинные показания совпадают существенно хуже в силу наличия скважины. Тем не менее, можно построить Е/-модель, для которой с хорошей точностью совпадают сигналы всех измерений. Соответствующие графики представлены на рис. 3. Приведенные результаты расчетов иллюстрируют проблему эквивалентности геоэлектрических моделей,

затрудняющую обработку данных.

Глубина по скважине, м

Рис. 3. Кажущиеся сопротивления, полученные по L- и Е1-модели. Сплошные линии получены по Ь-модели, точки соответствуют Е1-модели. Глубинность

зонда увеличивается с его номером

В реальности, при бурении скважин в песчанистых слоях образуется зона проникновения, поэтому основной интерес представляет эквивалентность Ы- и ^/-моделей. Аналогичные приведенным выше рассуждения позволяют

утверждать, что такая эквивалентность имеет место. Главной особенностью эквивалентности указанных моделей является существенное (десятки %) занижение УЭС продуктивного слоя. С точки зрения петрофизики это означает, что песчанистый слой, насыщенный углеводородами, может быть

проинтерпретирован как содержащий только водную фазу.

Перейдем к описанию предлагаемого метода выделения тонкослоистых интервалов по данным индукционного каротажа. После прохождения

бурильного инструмента в проницаемом пласте начинает образовываться зона проникновения. Это объем прискважинного пространства, частично или полностью заполненный фильтратом бурового раствора. Так как концентрации солей в буровом растворе и пластовой воде, как правило, различны, УЭС прискважинной зоны и пласта различны. Наибольшие изменения происходят на начальной стадии после бурения, когда глинистая корка на стенке скважины еще не сформировалась. На рис. 4 представлены результаты расчетов формирования зоны проникновения на различные моменты времени. При этом абсолютная проницаемость прослоев, моделирующих песчанистые породы, принималась равной 100 мД, слабо проницаемых (глинистые породы) - 0.1 мД. Из представленных графиков следует, что на начальной стадии бурения слоистой пачки зона проникновения в проницаемых слоях неодинакова. Со временем, однако, глубина проникновения во всех проницаемых слоях неразличима.

На рис. 5 показаны профили УЭС в центральных точках проницаемых прослоев на момент времени /=30 мин. Из представленных графиков можно сделать вывод, что наблюдается существенное расхождение между профилями УЭС.

На основе приведенных рассуждений можно сделать вывод о наличии «оптимального» времени исследования тонкослоистой пачки индукционным каротажным зондом. В случае если каротаж проводится в первый час после

вскрытия пачки, есть возможность выделения слоев, меньших по толщине, чем вертикальная разрешающая способность прибора.

б) время бурения - 2 часа Рис. 4. Развитие зоны проникновения на интервале переслаивания

30.24 т1п

1001----.-------I------»-----I------»

90

30

°6 0X5 Ї1 015 02 025 03

Расстояние от скважины, м

Рис. 5. Профили УЭС в центральных точках проницаемых слоев

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Азиз Х., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем // М.: Недра. - 1982. - 407 с.

2. Жданов М.С. Электроразведка: учебник для вузов // М.: Недра. -1986. - 316 с.

3. Кашеваров А.А., Ельцов И.Н., Эпов М.И. Гидродинамическая модель формирования зоны проникновения при бурении скважин // ПМТФ. -Новосибирск: Изд-во СО РАН. - 2003. - т. 44. - №6. - с. 148-157.

4. Anderson B., Barber T., Druskin V., Lee P., and Dussan E. The response of multiarray induction tools in highly dipping formations with invasion and in arbitrary 3D geometries // SPWLA 37th Annual Logging Symposium. - 1996. -paper A.

© Ю.Е. Антонов, И.Н. Ельцов, 2011