Способ определения параметров насыщения углеводородами пластов-коллекторов нефтегазоконденсатных месторождений и оценки их фильтрационно-емкостных свойств в нефтегазовых скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной
METHOD OF DETERMINING THE PARAMETERS HYDROCARBON SATURATION IN RESERVOIRS OF OIL AND GAS CONDENSATE FIELDS AND EVALUATION OF THEIR FILTRATION AND CAPACITY PROPERTIES IN OIL AND GAS WELLS, CASED BY A FIBERGLASS COLUMN

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли промышленности и предназначено для контроля за разработкой нефтегазоконденсатных месторождений нейтронными методами в скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной.
Известен способ контроля нефтегазонасыщенности, разрабатываемых пластов-коллекторов, с применением индукционного каротажа (ИК) или высокочастотного индукционного каротажного изометрического зондирования (ВИКИЗ) (Дворкин В.И. Геофизический мониторинг разработки нефтяных пластов, обсаженных стеклопластиковыми трубами. Уфа: ГУП «Уфимский полиграфкомбинат», 2001) и (Р.З. Имамов, Н.М. Токарева Использование скважин со стеклопластиковыми хвостовиками для оценки динамики насыщенности пласта и регулирования разработки. Нефтяное хозяйство, 2009 г., №7, стр. 90-93).
Недостатком известного метода является существенное влияние геологических особенностей строения пласта-коллектора (текстура, структура, трещиноватость, гидрофильность, гидрофобность и т.д.) на вычисляемые значения нефте и газонасыщенности пласта-коллектора. Низкий предел измерений сопротивлений (200 Ом/м) не позволяет применять данный метод для определения нефтегазонасыщенности (особенно карбонатных пород коллекторов) с сопротивлением более 200 Ом/м. Известный метод характеризуется низкой информативностью, так как позволяет вычислять всего один параметр, характеризующий относительное содержание углеводородных флюидов - коэффициент нефтегазонасыщенности Кнг или коэффициент нефтенасыщенности - Кн и коэффициент газонасыщенности - Кг без определения фазового состояния углеводородов в пласте-коллекторе.
Известен способ определения состава углеводородов в пластах-коллекторах нефтегазовых скважин путем зондирования прискважинной зоны комплексом разноглубинных нейтронных методов 3СНГК+2ННКт (Лысенков А.И., Даниленко В.Н., Иванов Ю.В., Судничникова Е.В., Борисова Л.К., Егурцов С.А. Определение неоднородностей флюидного состава углеводородов в прискважинной зоне путем зондирования комплексом нейтронных методов в скважинах старого фонда. НТВ «Каротажник», Тверь: изд. АИС, 2015, вып. 4 (250), с. 3-6.)
Способ свободен от влияния геологических особенностей строения коллектора.
Недостатком известного метода является существенное влияние ядерно-физических свойств химических элементов, обладающих высокими поглощающими нейтронными свойствами на показания зондов ННКт и гамма-излучающих свойств химических элементов при захвате тепловых нейтронов, находящихся в промывочной жидкости или жидкости глушения.
Кроме того, наличие химического элемента бора в стеклопластиковой обсадной колонне, обладающего аномальными поглощающими нейтронными свойствами по тепловым нейтронам (500 мбарн) и повышенным гамма-излучением радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией 478 кэВ с практическим отсутствием более жесткого гамма-излучения, значительно снижают информативность комплекса при определении насыщения порового пространства коллектора углеводородными флюидами.
Известен способ определения состава углеводородов в пластах-коллекторах нефтегазовых скважин (Патент РФ №2439622. Лысенков А.И., Лысенков В.А., Осипов А.Д. - №20101357221/28; заяв. 26.08.2010; опубл. 10.01.2012, Бюл. №1.), принят за прототип к заявляемому способу.
ж
ж
ж
В известном способе используют спектрометрический нейтронный гамма-каротаж и двухзондовый нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (СНГК+2ННКт), с помощью которых производят измерения интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом  и большом  зондах метода 2ННКт, с последующим определением функции пористости  как отношения интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом и большом зондах  вычисляют функцию хлора «жесткая» F(Cl) - спектральные интенсивности ГИРЗ в области более 2,3 МэВ, функцию хлора «мягкая»  - спектральные интенсивности ГИРЗ в области менее 2,3 МэВ, вычисляют функцию F(Cl_ннк) с использованием интенсивностей потоков тепловых нейтронов на большом и малом зондах метода 2ННКт, производят построение на кросс-плотах  зависимостей, соответствующих водонасыщенным пластам (ВП), нефтенасыщенным пластам (НП) и газонасыщенным пластам (ГП), вычисление функций массы хлора -  связанных с содержанием хлора в коллекторе, и вычисление по формулам коэффициента нефтенасыщенности  - по функции F(Cl), коэффициента нефтенасыщенности  - по функции  в условиях минерализованных пластовых вод, при этом функцию  вычисляют как обратную величину произведения потоков тепловых нейтронов на большом и малом зондах с использованием метода спектрометрического нейтронного гамма-каротажа по хлору  функцию хлора «жесткая»  вычисляют как отношение квадрата спектральной интенсивности ГИРЗ в области более 2,3 МэВ - J к произведению потоков интенсивностей тепловых нейтронов большого и малого зондов методом  функцию хлора «мягкая»  вычисляют как отношение квадрата спектральной интенсивности ГИРЗ в области менее 2,3 МэВ -  к произведению потоков интенсивностей тепловых нейтронов большого и малого зондов методом
Известный способ пригоден для оценки геологических параметров при исследованиях обсаженных нефтегазовых скважин с металлической обсадной колонной и становится малоинформативным в скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной, ввиду того, что наличие химического элемента бора в стеклопластиковой обсадной колонне, обладающего аномальными поглощающими нейтронными свойствами по тепловым нейтронам (500 мбарн), и повышенным гамма-излучением радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией 478 кэВ с практическим отсутствием более жесткого гамма-излучения метода СНГК, не позволяют достоверно определить комплексом 2ННКт+СНГК параметры насыщения порового пространства пласта-коллектора углеводородными флюидами.
ж
c
Техническим результатом, достигаемым применением заявленного способа определения параметров насыщения углеводородами пластов-коллекторов и оценки их фильтрационно-емкостных свойств в нефтегазо-насыщенных скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной, является повышение информативности исследований за счет расширения функциональных возможностей нейтронных методов по зондированию прискважинной зоны с вычислением геологических параметров насыщения углеводородами пластов-коллекторов на разном удалении от стенки стеклопластиковой колонны в нефтегазонасыщенных скважинах. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения параметров насыщения углеводородами пластов-коллекторов нефтегазоконденсатных месторождений и оценки их фильтрационно-емкостных свойств в нефтегазовых скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной, включающем измерение спектральной интенсивности ГИРЗ (гамма-излучение радиационного захвата нейтронов) спектрометрического нейтронного гаммакаротажа - СНГК в комплексе с измерением интенсивностей потоков нейтронов  и  на малом и большом зондах нейтрон-нейтронного каротажа, в качестве которого применяют двухзондовый нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам - 2ННКнт в комплексе с СНГК (2ННКнт+СНГК), по результатам измерения интенсивностей потоков нейтронов  и  на малом и большом зондах 2ННКнт и спектральной интенсивности ГИРЗ метода СНГК производят вычисление функции пористости  как отношения интенсивностей потоков надтепловых нейтронов на малом и большом зондах метода, вычисляют функцию насыщения «дальней зоны»  как отношение спектральной интенсивности ГИРЗ -  в области более 500 кэВ к интенсивности потока надтепловых нейтронов большого зонда  метода  вычисляют функцию насыщения «ближней зоны»  как отношение спектральной интенсивности ГИРЗ - J в области более 500 кэВ к интенсивности потока надтепловых нейтронов малого зонда -  метода  вычисляют функцию насыщения «скважина» F(H) как обратную величину произведения потоков надтепловых нейтронов на большом и малом зондах метода  и осуществляют построение на кросс-плотах  от  зависимостей в декартовых координатах, в условных единицах, где по оси абсцисс X назначаются аналитические параметры функции пористости  а по оси ординат Y - функции насыщения  по которым вычисляют функции насыщения, соответствующие водонасыщенным пластам -  нефтенасыщенным пластам -  и газонасыщенным пластам -  при этом функции  аппроксимируют прямой линией, перпендикулярной оси X в декартовых координатах (X-Y), где по оси X назначены функции  а по оси Y назначены функции насыщения F(H), а функции  вычисляют по результатам аппроксимации квадратичной зависимостью  точек указанного кросс-плота (X-Y) с минимальными значениями функции насыщения F(H), кроме того, геологические параметры насыщения - коэффициенты нефтенасыщенности  нефтегазонасыщенности  газонасыщенности  объемной нефтенасыщенности  объемной нефтегазонасыщенности  и объемной газонасыщенности  вычисляют по функциям насыщения:  для каждой группы кросс-плотов, получаемых в результате применения зондов комплекса СНГК+2ННКнт, обеспечивающих исследование прискважинных зон пласта-коллектора с разной глубинностью в радиальном направлении (на различном удалении) от стенки стеклопластиковой колонны нефтегазовых скважин, при этом определение геологических параметров насыщения производят с учетом фазового состояния углеводородов в поровом пространстве пласта-коллектора с низкой минерализацией пластовых вод в газовых и нефтегазовых скважинах следующим образом:
определение  основанное на дефиците плотности и водородосодержания нефтегазонасыщенных и газонасыщенных пластов-коллекторов относительно водонасыщенных, производят одинаково для кросс-плотов  из расчета:
где:
- максимальные значения функции пористости водонасыщенного коллектора,
- текущее значение функции пористости,
- минимальное значение функции пористости в нефтегазонасыщенном или газонасыщенном коллекторе,
- текущее значение функции насыщения в газонасыщенном или нефтегазонасыщенном коллекторе:
- максимальное значение функции насыщения в газонасыщенном или нефтегазонасыщенном коллекторе,
- принятый коэффициент нефтегазонасыщенности для нефтегазонасыщенного коллектора по табличным геологическим данным,
- принятый коэффициент газонасыщенности для газонасыщенного коллектора по табличным геологическим данным,
где:
- значение функции насыщения, соответствующее водонасы-щенным коллекторам в точке текущих измерений:
- максимальное значение функции насыщения, соответствующее газонасыщенным коллекторам:
- текущие значения для функций насыщения:
- принятое максимальное значение объемной нефтегазонасыщенности для нефтегазонасыщенного коллектора по табличным геологическим данным,
- принятое максимальное значение объемной газонасыщенности для газонасыщенного коллектора по табличным геологическим данным.
ж
ж
Для исследования комплексом 2ННКнт+СНГК прискважинных зон пласта-коллектора на различном удалении от стенки стеклопластиковой колонны нефтегазовых скважин условно выделяют три зоны по глубинности исследований от стенки стеклопластиковой обсадной колонны: «скважина» - с радиусом исследования 5-10 см, где применяют показания большого и малого зондов метода 2ННКнт, «ближняя зона» - 10-20 см, где применяют показания малого зонда метода 2ННКнт и регистрируют жесткую часть спектральной интенсивности ГИРЗ-J в области более 500 кэВ, «дальняя зона» - 20-40 см, где применяют показания большого зонда метода 2ННКнт и регистрируют жесткую часть спектральной интенсивности ГИРЗ - J в области более 500 кэВ, при этом за истинное насыщение пласта-коллектора принимают значения для «дальней зоны».
Исследования комплексом методов ННКнт+СНГК могут быть осуществлены с помощью многозондовой комбинации этих методов. На фиг. 1 представлены кросс-плоты:  и функции насыщения. На фиг. 2 представлены результаты интерпретации исследований комплексом 2ННКнт+СНГК.
Суть способа
Диагностика прискважинной зоны коллекторов на содержание углеводородных флюидов и их количественной оценки в скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной, основана на вычислении нейтронными методами аналитических параметров, тесно связанных с характером насыщения порового пространства коллектора через дефицит плотности и водородосодержания коллекторов, содержащих углеводороды, относительно водонасыщенных коллекторов при одинаковой пористости.
Показания любых методов и модификаций стационарного нейтронного каротажа (ННКнт, СНГК) в водонаполненных скважинах в основном зависят от общего объемного водородосодержания коллектора
3
3
Для осадочных газонасыщенных пород с двухфазным насыщением  складывается из концентрации водорода в воде, нефти и в газе. Учитывая, что плотность жидкого флюида составляет обычно 0.7-1.2 г/см с нефтью или минерализованной водой, а типичная плотность газа составляет 0.005-0.04 г/см, то плотность ядер водорода в жидком флюиде обычно в 20-100 раз превышает ядерную плотность водорода в газе, даже при его высоких давлениях. Поэтому водородосодержанием газа с точностью в несколько процентов можно пренебречь и считать, что общее водородосодержание породы  полностью определяется жидким водонефтяным флюидом, а оно приближенно выражается эквивалентным объемным водосодержанием породы W, равным:
Здесь и ниже  выражается в %;  - в долях единицы, a W - в %. Водородосодержание среды  линейно и в равной степени возрастает при увеличении  или уменьшении газонасыщенности
В газонасыщенных коллекторах величина общего водородосодержания  определяет влияние водорода на показания зондов нейтронного каротажа (НК), и на равной основе формируется двумя независимыми геологическими параметрами
В этом отношении газовые объекты принципиально отличаются от нефтяных, где влияние водорода на показания НК определяется одним геологическим параметром - водонасыщенной пористостью  которая формирует общее водородосодержание пласта  но здесь
где:
- коэффициент водонасыщенности,
- коэффициент нефтенасыщенности.
При двухфазном насыщении влияние плотности Р уменьшается с ростом пористости  и газонасыщенности
Газонасыщенные коллектора водонаполненных скважин характеризуются одновременно двумя параметрами: дефицит водородосодержания - W (основной) и дефицит плотности - Р (слабый). Рост газонасыщения  усиливает оба дефицита, что всегда приводит к возрастанию скоростей счета любых зондов ННКнт или СНГК.
Зависимости показаний зондов ННКнт в газонаполненных скважинах имеют доинверсный характер. С ростом водородосодержания W и плотности Р показания зондов уменьшаются.
Наличие стеклопластиковой колонны, содержащей в своем составе бор, обладающий аномальными поглощающими нейтронными свойствами по тепловым нейтронам (500 мбарн) и повышенным гамма-излучением радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией 478 кэВ с отсутствием более жесткого гамма-излучения, не позволяет применять для исследования метод ННКт - нейтронный каротаж по тепловым нейтронам.
В этом случае влияние стеклопластиковой колонны можно исключить путем применения комплекса нейтронных методов ННКнт - нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам и СНГК с регистрацией потока ГИРЗ надтепловых нейтронов с энергией более 500 кэВ.
Окружение счетчиков нейтронов экраном из кадмия, обладающим аномальными поглощающими свойствами по тепловым нейтронам, позволяет регистрировать надтепловые нейтроны. Бор, содержащийся в стеклопластиковой колонне, тоже аномальный поглотитель тепловых нейтронов. Следовательно, регистрируя надтепловые нейтроны, мы избавляемся от влияния бора, находящегося в стеклопластиковой колонне, на показания счетчиков по надтепловым нейтронам.
В этом заключается отличие заявленного способа от прототипа, в котором для оценки параметров насыщения применяют метод ННКт -нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам и спектральные интенсивности ГИРЗ в области более 2,3 МэВ.
Разноглубинность исследований прискважинной зоны (удаление от стенки эксплуатационной колонны) обеспечивается разной глубинностью исследования применяемых нейтронных методов. Малой глубинностью исследований, при прочих равных условиях, обладает метод 2ННКнт, большей - СНГК.
С увеличением длины зондов растет глубинность исследований. В методе СНГК глубинность исследований растет с увеличением энергии гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов. Отсюда следует, что глубинность исследований можно менять применением комплексных аналитических параметров нейтронных методов СНГК+2ННКнт.При этом глубинность исследований можно менять путем использования зондов различной длины и спектральных интенсивностей в различных областях спектра гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией более 500 кэВ.
ж
ж
При реализации способа по результатам измерения интенсивностей потоков нейтронов  и  на малом и большом зондах 2ННКнт и спектральной интенсивности ГИРЗ метода СНГК производят вычисление функции пористости  как отношения интенсивностей потоков надтепловых нейтронов на малом и большом зондах:  метода 2ННКнт, вычисляют функцию насыщения «дальней зоны»  как отношение спектральной интенсивности ГИРЗ - J в области более 500 кэВ к интенсивности потока надтепловых нейтронов большого зонда  метода  вычисляют функцию насыщения «ближней зоны»  как отношение спектральной интенсивности ГИРЗ-J в области более 500 кэВ к интенсивности потока надтепловых нейтронов малого зонда  метода  вычисляют функцию насыщения «скважина»  как обратную величину произведения потоков надтепловых нейтронов на большом и малом зондах метода  и осуществляют построение на кросс-плотах  зависимостей в декартовых координатах, в условных единицах, где по оси абсцисс X назначаются аналитические параметры функции пористостиа по оси ординат Y - функции насыщения F(H), по которым вычисляют функции насыщения, соответствующие водонасыщенным пластам -  нефтенасыщенным пластам -  и газонасыщенным пластам -  при этом функции  аппроксимируют прямой линией, перпендикулярной оси X в декартовых координатах (X-Y), где по оси X назначены функции  а по оси Y назначены функции насыщения F(H), а функции  вычисляют по результатам аппроксимации квадратичной зависимостью  точек указанного кросс-плота (X-Y) с минимальными значениями функции насыщения F(H) (фиг. 1).
Далее вычисляют отдельно для каждой группы кросс-плотов, с учетом фазового состояния углеводородов в поровом пространстве коллектора, коэффициенты  по формулам (1-4).
Вычисленные значения  по аналитическим параметрам разноглубинных модификаций нейтронных методов характеризуют насыщение прискважинной зоны коллектора на разном удалении в радиальном направлении от стенки стеклопластиковой колонны, при этом большей глубинностью характеризуются вычисленные значения геологических параметров по кросс плотам  от  средней глубинностью  малой
Сопоставление однотипных вычисленных значений  по разным зондам комплекса СНГК+2ННКнт позволяет производить зондирование прискважинной зоны коллектора по характеру насыщения углеводородными флюидами в радиальном направлении от стенки стеклопластиковой колонны.
ж
ж
При исследованиях комплексом 2ННКнт+СНГК выделяют три зоны по глубинности в радиальном направлении от стенки стеклопластиковой колонны: «скважина» с радиусом исследования 5-10 см, где применяют показания большого и малого зондов метода 2ННКнт, «ближняя зона» - 10-20 см, где применяют показания малого зонда метода 2ННКнт и регистрируют жесткую часть спектральной интенсивности ГИР3-J в области более 500 кэВ, «дальняя зона» - 20-40 см, где применяют показания большого зонда метода 2ННКнт и регистрируют жесткую часть спектральной интенсивности ГИР3-J в области более 500 кэВ, при этом за истинное насыщение пласта-коллектора принимают значения для «дальней зоны».
Исследования комплексом методов ННКнт+СНГК могут быть осуществлены с помощью многозондовой комбинации этих методов, например в составе комплексов 2ННКнт+2СНГК, 2ННКнт+3СНГК, которые позволяют более детально исследовать прискважинную зону коллектора по характеру насыщения углеводородными флюидами.
По результатам исследований делаются следующие аналитические выводы:
- коллектор считается насыщенным углеводородами, если с повышением глубинности исследований увеличиваются вычисленные значения  (за истинное насыщение принимается значение, вычисленное для «дальней зоны» коллектора);
- коллектор считается водонасыщенным, если с повышением глубинности исследований уменьшаются вычисленные значения  (за истинное насыщение принимается значение, вычисленное для «дальней зоны» коллектора).
Например, применение 3-зондового нейтрон-нейтронного каротажа, включающего методы 2ННКнт и СНГК с последующим вычислением комплексных параметров, (не связанных с аномальными нейтронными свойствами стеклопластиковой колонны), через плотность, водородосодержание, связанных с объемным насыщением порового пространства коллектора углеводородами, позволяет ранжировать коллектора по ФЕС.
Вычисляемые параметры насыщения  отражают соответственно относительное и абсолютное содержание газа в поровом пространстве коллектора. Информацию о ФЕС несет параметр  чем выше его значения, тем выше ФЕС для газонасыщенного коллектора и выше добычные характеристики скважины. Связь между ФЕС или  и добычными характеристиками устанавливают по результатам испытания скважин.
Коллектор насыщен углеводородами, если с увеличением глубинности исследований возрастают вычисленные значения параметров, характеризующих насыщение коллектора углеводородами.
Количественные значения вычисленных параметров, характеризующих насыщение коллектора углеводородными флюидами, и их распределение на разном удалении от стенки эксплуатационной колонны являются дополнительным критерием в оценке ФЕС.
На фиг. 1 представлены кросс-плоты зависимостей:  и функции насыщения (прямая 2, кривая 1). На указанных кросс-плотах «а», «б», «в» функции насыщения газо-насыщенных коллекторов аппроксимированы прямой линией -  (прямая 2), перпендикулярной оси X в декартовых координатах (X-Y), где по оси X назначены функции  а по оси Y назначены функции насыщения F(H).
Газонасыщенные коллектора с высокими ФЕС характеризуются высокими значениями функции насыщения F(H) и низкими значениями функции пористости  на всех кросс-плотах.
Водонасыщенные коллектора, глина и глинистые породы характеризуются низкими значениями функции насыщения F(H) и высокими значениями функции пористости  на всех кросс-плотах.
Функции насыщения водонасыщенных коллекторов и их геологических эквивалентов глин и глинистых пород  (кривая 1), вычисляют
по результатам аппроксимации квадратичной зависимостью
точек указанного кросс-плота (X-Y) с минимальными значениями функции насыщения F(H).
На фиг. 2 представлена интерпретация результатов измерений комплексами СНГК+2ННКнт в газовой скважине с низкой минерализацией пластовых вод.
Водонасыщенные коллектора глины и глинистые породы выделяются минимальными значениями
В разрезе продуктивных отложений газонасыщенные породы с низкими ФЕС выделяются высокими значениями  и низкими  Газонасыщенные коллектора со средними ФЕС выделяются высокими значениями  и средними значениями
Газонасыщенные коллектора с высокими ФЕС характеризуются высокими значениями  и высокими значениями  по ближней и дальней зонам.
Таким образом, для анализа насыщения порового пространства коллектора углеводородами используют диагностический признак, основанный на значительном различии нейтронных свойств углеводородов в жидком и газообразном состоянии - дефицит плотности и водородосодержания газонасыщенных и нефтегазонасыщенных коллекторов относительно водонасыщенных коллекторов при одинаковой пористости коллектора. Наиболее чувствительным к дефициту плотности и водородосодержания газонасыщенных и нефтегазонасыщенных коллекторов является метод ННКнт, на показаниях которого практически не сказывается наличие химических элементов с аномальными поглощающими нейтронными свойствами в окружающей среде. Бор, находящийся в составе стеклопластиковых колонн, обладает повышенным гамма-излучением радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией 478 кэВ и практическим отсутствием более жесткого гамма-излучения. Для определения насыщения порового пространства коллектора углеводородами в скважинах, обсаженных стеклопластиковой колонной, одновременно используют следующие виды взаимодействия нейтронов с горными породами, вскрытыми скважиной: рассеивание нейтронов - ННКнт, и гамма-излучение радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией более 500 кэВ - СНГК с использованием многозондовых измерительных установок типа 2ННКнт+СНГК, ЗННКнт+2СНГК или других комбинаций, включающих эти методы.