Способ выделения рапонасыщенных интервалов в геологическом разрезе скважин нефтегазоконденсатных месторождений по данным мультиметодного многозондового нейтронного каротажа

Изобретение относится к методам нейтронного каротажа для определения рапонасыщенных интервалов в геологическом разрезе обсаженных нефтегазовых скважин, разделению рапосодержащих и рапопоглощающих интервалов относительно пластов соли, а также выделению интервалов с рапой в цементном камне. Способ позволяет решить проблему выделения рапоносных интервалов при строительстве скважин для планирования и проведения комплекса мероприятий, предотвращающих рапопроявления в скважине, являющегося причиной техногенной аварии. В результате измерений спектрометрического нейтрон-гамма-каротажа - НГК и нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам - ННК вначале выделяют пласты соли по аномальному росту показаний больших зондов - ННКбз при отсутствии роста показаний малых зондов - ННКмз на фоне показаний этих зондов в водонасыщенном пласте (ВП), затем на фоне полученных показаний выделяют пласты, насыщенные рапой, по резкому падению показаний зондов НГКбз и ННКбз и резкому росту кривой декремента ИННК по сравнению с показаниями указанных зондов в ВП. О наличии рапопоглощающих интервалов судят по их положению под пластами каменной соли с менее резким, чем в случае рапоносного пласта, падением показаний НГКбз и ННКбз и менее резким ростом кривой декремента ИННК по сравнению с их показаниями в ВП. О наличии интервалов поглощения рапы в пустотах цементного камня судят по падению показаний НГКмз и ИННКмз при постоянном значении декремента ИННК по сравнению с их показаниями в ВП. Технический результат - расширение функциональных возможностей комплекса нейтронных методов по выделению интервалов разреза обсаженных нефтегазовых скважин, содержащих рапу, разделению рапосодержащих интервалов и интервалов солей, выделению рапопоглощающих интервалов, а также интервалов с рапой в цементном камне. 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к методам нейтронного каротажа для определения интервалов разреза обсаженных нефтегазовых скважин, содержащих рапу, разделению рапосодержащих и рапопоглощающих интервалов относительно пластов соли, а также выделению интервалов с рапой в цементном камне.

Известен способ локального прогноза зон рапопроявлений, основанный на проведении сейсморазведочных работ методом общей глубинной точки, составлении структурных планов над- и подсолевых отложений, выявлении антиклинальных поднятий со смещенными структурными планами по над- и подсолевым отложениям, установлении наиболее приподнятых участков этих поднятий по кровле подсолевых отложений, бурении скважины в контуре свода антиклинального поднятия вне замка свода, выделении в ней межсолевых рапонасыщенных пластов коллектора по комплексу скважинных геофизических исследований, отличающийся тем, что на участке межпластового срыва в аллохтонном крыле и осевой области перегиба линейного антиклинального поднятия проводят площадные геофизические электроразведочные работы методом зондирования становлением поля в ближней зоне, по данным метода зондирования становлением поля в ближней зоне выделяют пласт-проводник и в нем зоны градиентного перехода с резким изменением геоэлектрических параметров проводимости и сопротивления рапонасыщенного пласта-коллектора, по которым определяют контуры потенциальной рапоносной зоны, с которой отождествляют зону рапопроявлений в границах присводовой и аллохтонной части линейного антиклинального поднятия (Пат. РФ №2661082).

Недостатком данного способа выделения рапоносных интервалов, помимо затратной операции бурения специальных скважин, является невозможность разделения пластов на рапоносные и рапопоглощающие.

Известен способ контроля эффективности кислотной обработки продуктивного пласта, основанный на проведении скважинных геофизических исследований методом импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (ИННК) и анализе временного распределения плотности тепловых нейтронов, отличающийся тем, что декремент затухания тепловых нейтронов определяют до и после проведения солянокислотной обработки (СКО) во временных окнах, соответствующих двум временным задержкам в ближней и дальней областях временного спада плотности нейтронов, исключающих их взаимное влияние, оценивают проникновение соляной кислоты в интервал перфорации, либо продвижение по каналам перетока в цементном камне и проникновение в другие пласты по повышению декремента затухания нейтронов в этих временных окнах после проведения СКО (Пат. РФ №2347901, Е21В 47/10).

Недостатком данного способа является необходимость проведения повторных замеров ИННК, которые возможно проводить в процессе проведения интенсификации притока, но не реализуемо при бурении скважины, когда геофизические исследования проводятся уже после вскрытия рапносного интервала.

Кроме того, одним из индикаторов проникновения кислоты в пустоты цементного камня является вычисление декремента затухания в областях временного спада, соответствующих малым задержкам, а именно в этом временном диапазоне наиболее сильное влияние на показания оказывает сама скважина, на фоне этого влияние цементного камня будет существенно ниже.

Известен способ определения минерализации пластовой жидкости в обсаженных нефтегазовых скважинах на основе стационарных нейтронных методов, основанный на облучении внутрискважинного пространства ядерным источником, расположенным в обсаженной скважине, измерении интенсивностей потоков рассеянного и частично поглощенного излучения, проходящего от источника через скважинную жидкость, определении функции минерализации скважинной жидкости как отношения интенсивностей текущих потоков рассеянного и частично поглощенного излучения, регистрируемого по стволу скважины, к отношению интенсивностей потока рассеянного и частично поглощенного излучения в пресной воде, и определении минерализации и плотности скважинной жидкости путем совмещения полученной функции минерализации скважинной жидкости со значениями калибровочной зависимости, полученной в результате измерения интенсивностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов, проходящих от источника нейтронов через водный раствор различной минерализации по хлористому натрию или плотности, и вычисления функции минерализации минерализованной воды F(_C,P)_МИН, как отношения интенсивности потока надтепловых нейтронов J_{тек.ннк.нт.м.} к интвнсивности потока тепловых нейтронов Х_{тек.ннк.т.м.}, измеренных в минерализованном водном растворе, и нормированное на отношение интенсивности потока тепловых нейтронов J_{ннк.т.в.} к интенсивности потока надтепловых нейтронов J_{ннк.нт.в} в пресной воде (пат. РФ №.

Ограничением данного способа является необходимость как можно более точного воспроизведения реальных конструктивных особенностей скважин при проведении модельных измерений для построения калибровочной зависимости, что не всегда возможно в условиях бурения скважин с рапоносными интервалами.

Наиболее близким техническим решением является способ выявления зон отложения солей в скважине, основанный на проведении скважинных геофизических исследований методом ИННК и анализе временного распределения плотности тепловых нейтронов, отличающийся тем, что путем однократного измерения в скважине параметры времени жизни тепловых нейтронов в начальной τ_н и дальней τ_д областях временного спада плотности нейтронов определяют во временных «окнах» Δt₁=Δt₂=100 мкс при временных задержках в начальной t₁=100 мкс и дальней t₂=400 мкс областях временного спада плотности нейтронов, соответствующих пространству непосредственно за НКТ и в прискважинной части пласта, выполняют нормирование τ_н и τ_д по плотным пластам, не являющимся коллекторами, а зоны отложения солей на внешней поверхности НКТ выявляют по относительному снижению параметра τ_н в сравнении с τ_д. (Пат. РФ №2433261, Е21В 47/10).

Ограничением данного способа является то, что он рассчитан на выделение зон отложения солей внутри скважины на поверхности НКТ, но не в пласте и цементном камне.

Техническим результатом, достигаемым применением заявленного способа выделения рапонасыщенных интервалов в геологическом разрезе скважин нефтегазоконденсатных месторождений по данным мультиметодного многозондового нейтронного каротажа (ММНК), является расширение функциональных возможностей комплекса нейтронных методов по выделению интервалов разреза обсаженных нефтегазовых скважин, содержащих рапу, разделению рапосодержащих интервалов и интервалов солей, выделению рапопоглощающих интервалов, а также интервалов с рапой в цементном камне.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе, включающем скважинные геофизические исследования методом импульсного нейтрон-нейтронного каротажа - ИННК и анализ временного распределения плотности потока тепловых нейтронов ИННК, в отличие от известного, дополнительно проводят спектрометрический нейтрон-гамма каротаж - НГК и нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК, осуществляемые применением многозондового комплекса, содержащего набор зондов различной длины, в котором регистрируют показания зондов - плотность потока тепловых нейтронов от стационарного источника излучения нейтронов, зарегистрированную малым и большим зондами ННК по тепловым нейтронам (ННКмз, ННКбз), и энергетический спектр гамма-квантов, зарегистрированный малым, средним и большим зондами спектрометрического НГК (НГКмз, НГКсз, НГКбз), при этом определяют интегральные показания НГКмз, НГКсз, НГКбз путем суммирования исходных спектров по всем энергиям, регистрируют малым и большим зондами ИННК по тепловым нейтронам (ИННКмз, ИННКбз) временной спектр плотности потока тепловых нейтронов от импульсного источника излучения, при этом определяют интегральные счета S1 и S2 путем суммирования по всем временам задержек и асимптотический декремент поглощения тепловых нейтронов в пласте Σпл, оцененный по кривой временного спада для зонда ИННКбз в диапазоне больших задержек (t>500 мкс), и по результатам измерений вначале выделяют расположение пластов каменной соли и пластов, насыщенных минерализованной пластовой водой, при этом пласты соли выделяют по аномальному росту количественных показаний зонда ННКбз и зондов НГКсз, НГКбз при отсутствии роста показаний зондов ННКмз и НГКмз на фоне известных показаний, указанных зондов в водонасыщенном пласте, затем на фоне зарегистрированных показаний, характеризующих наличие пласта соли, выделяют пласты, насыщенные рапой, по резкому падению показаний всех стационарных нейтронных методов - зондов НГКсз, НГКбз и ННКбз и резкому росту кривой декремента ИННК по сравнению с известными показаниями указанных зондов в водонасыщенном пласте, при этом о наличии рапопоглощающих интервалов судят по их положению под пластами каменной соли, менее резким, чем в случае рапоносного пласта, падением количественных показаний всех зондов НГКсз, НГКбз и ННКбз стационарных нейтронных методов и менее резким ростом кривой декремента ИННК по сравнению с их показаниями в водонасыщенном пласте, а о наличии интервалов поглощения рапы в пустотах цементного камня судят по падению количественных показаний зонда НГКмз, и зонда ИННКмз, при постоянном значении декремента ИННК по сравнению с их известными показаниями в водонасыщенном пласте.

На фиг. 1 представлена зависимость показаний нейтронных зондов от длины зонда в пористом пласте, каменной соли и рапе (рассоле).

На фиг. 2 представлена запись аномального роста показаний зондов ННКбз, ННКмз и НГКбз в пластах каменной соли и их резкое падение в вышележащих рапоносных пластах.

Фиг. 3 иллюстрирует количественные изменения показаний зондов ННК, НГК и ИННК в пласте, насыщенном рапой.

Фиг. 4 иллюстрирует количественные изменения показаний зондов ННК, НГК и ИННК при выделении насыщенных рапой интервалов цементного камня.

Способ обеспечивает разделение пластов на рапосодержащие и насыщенные минерализованной пластовой водой.

Способ реализуется применением многозондовой аппаратуры, представляющей из себя отдельные приборы: 5-и зондовый прибор стационарного нейтронного каротажа (ННК) со стационарным источником нейтронов и содержащий: малый (длина 25 см) и большой (длина 50 см) зонды ННК по тепловым нейтронам (ННКмз, ННКбз), и расположенные по другую сторону источника нейтронов малый (длина 25 см), средний (длина 47 см) и большой (длина 69 см) зонды спектрометрического НГК (НГКмз, НГКсз, НГКбз), детектирующие поток гамма-квантов в виде 256-канального энергетического спектра с шириной канала ΔЕ=35 кэВ, и прибор импульсного нейтронного каротажа (ИННК), содержащий два зонда нейтронного каротажа: малый (длина 30 см) - ИННКмз и большой (длина 55 см) - ИННКбз, детектирующие поток тепловых нейтронов в виде 64-канального временного спектра с шириной окна Δt=32 мкс.

В процессе проведения мультиметодного многозондового каротажа (ММНК) снимают показания с зондов ННК, спектры с зондов спектрометрического НГК, которые затем суммируют по всем энергетическим каналам, получая интегральные счета для каждого из трех зондов НГК, и временные спектры двух зондов ИННК.

Зарегистрированные временные спектры на каждом зонде отдельного прибора ИННК суммируют по всем 64 каналам, получая интегральные счета S1 и S2, а по спектру на ИННКбз, обладающем большей глубинностью и помехоустойчивостью к влиянию скважны, определяют асимптотический декремент затухания тепловых нейтронов в пласте - Σпл. Для этого оценивают скорость спада временного распределения нейтронов в диапазоне больших задержек (t>500 мкс). При таких задержках влияние скважинного декремента практически отсутствует, и полученный декремент является пластовым.

При реализации способа по выделению рапоносных и рапопоглощающих интервалов в надпродуктивных отложениях обсаженных нефтегазовых скважин вначале по количественным признакам показаний зондов ННКмз, ННКбз метода ННК - плотность потока тепловых нейтронов и показаний зондов НГКмз, НГКсз, НГКбз метода спектрометрического НГК - плотность потока гамма-квантов выделяют пласты каменной соли на фоне известных пластов, насыщенных минерализованной пластовой водой.

Минерализация пластового флюида связана, преимущественно, с хлором, и такое разделение основано на различии в содержании хлора в рапе, высокоминерализованном растворе солей, с минерализацией более 500 г/л, и минерализованной пластовой воде, с минерализацией менее 300 г/л. Оценка содержания хлора в пластовом флюиде основана на применении нейтронных методов, так как хлор является аномальным поглотителем тепловых нейтронов и вызывает при этом гамма излучение радиационного захвата (ГИРЗ).

Как видно из фиг. 2, пласты солей характеризуются аномальным ростом показаний зондов ННКбз метода ННК и НГКсз, НГКбз, метода спектрометрического НГК при практически отсутствии роста показаний зондов ННКмз и НГКмз.

Затем на фоне солей выделяют пласты, насыщенные рапой. Насыщенные рапой пласты, являющиеся как источниками рапы, так и ее поглотителями, характеризуются сильным падением показаний зондов НГКсз, НГКбз метода спектрометрического НГК и ННКбз метода ННК, таким образом, в рапонасыщенных пластах наблюдается падение показаний всех нейтронных зондов как по сравнению с пластами солей, так и с водонасыщенными пластами. При этом они ассоциированы с пластами солей: пласты-источники рапы находятся над пластами каменной соли, а пласты, поглощающие рапу, под ними.

Для разделения рапонасыщенных и рапопоглощающих интервалов помимо стационарных нейтронных методов используются зонды ИННКмз и ИННКбз метода ИННК, а само выделение проводится по количественным значениям этих зондов - декремент поглощения тепловых нейтронов в пласте £пл, оцененный по кривой временного спада для зондов ИННК.

В насыщенном рапой пласте наблюдаются существенные падения количественных показаний для разноглубинных зондов ННК и НГК и зондов ИННК, а декремент затухания по ИННК, наоборот, испытывает рост по сравнению с водонасыщенным пластом (фиг. 3).

Экспериментально установлены следующие количественные изменения показаний для разноглубинных зондов ННК и НГК и зондов ИННК в насыщенном рапе пласте (падение показаний всех нейтронных зондов по сравнению с пластами солей):

НГКмз - падение на 20%;

НГКсз - падение на 40%;

НГКбз - падение на 50%;

ННКбз - падение на 50%;

S1 (ИННКмз) - падение на 80%;

S2 (ИННКбз) - падение на 90%;

Декремент затухания по ИННК, наоборот, показывает рост по сравнению с водонасыщенным пластом:

Σпл (декремент ИННК) - рост в 3 раза.

Выделение интервалов цементного камня, насыщенных рапой, производят по анализу падения показаний зондов ННК, НГК и ИННК, а декремент затухания Σпл тепловых нейтронов ИННК при этом практически не меняется (фиг. 4). Наиболее заметные падения показаний наблюдаются на малых зондах НГК и ИННК.

Количественные значения изменения показаний зондов за счет повышения минерализации флюида следующие:

НГКмз - падение на 15%;

S1 (ИННКмз) - падение на 50%.

На малых зондах ННКмз и НГКмз наблюдается следующая картина (фиг. 1): показания в каменной соли и в пласте, насыщенном рапой, всегда ниже, чем показания в пласте, насыщенном пластовой водой, причем самые низкие показания будут наблюдаться в каменной соли, а в пласте, насыщенном рапой, будут промежуточные значения между солью и водонасыщенным пластом.

На больших зондах ННКбз, НГКсз, НГКбз показания в соли всегда будут завышены по сравнению с водонасыщенным пластом, а показания в рапонасыщенном пласте будут, наоборот, ниже, чем показания в водонасыщенном. Это свойство может позволить выделять рапонасыщенные пласты на фоне солей. Связано оно с присутствием водорода. Классическая картина нейтронных методов (без хлора) выглядит так: с ростом количества водорода в пласте их показания падают. В данном случае хлор усиливает это свойство - пласт каменной соли ведет себя аналогично плотному пласту с аномально высокими показаниями НК, при появлении рассола (рапы), появляется водород из воды, и показания начинают резко падать, тем сильнее, чем выше минерализация раствора.

На малом зонде картина иная, связанная с более значительным влиянием ближней зоны - скважины, обсадки, цемента и т.д., которые искажают исходные показания НК.

На диаграмме (фиг. 2) по этому признаку можно дифференцировать соленосные и рапоносные пласты, являющиеся источником поступления рапы в скважину - кровельные части интервалов, выделенных как соли по комплексу методов ГИС в открытом стволе являются рапоносными, в то время, как их подошвенные части сложены каменной солью. В данном случае пласт соли является флюидоупором, создающим избыточное давление в вышележащем рапоносном пласте, которое при определенных условиях в скважине может привести к излиянию рапы из пласта.

Выделение интервалов поглощения рапы в пласте основано на различии минерализации пластовой воды и рапы. В рапопоглащающих пластах минерализация выше, чем в водонасыщенных за счет более низкой по сравнению с рапой минерализации пластовой воды (разница составляет от 200 г/л и выше). Интервалы поглощения рапы расположены, как правило, под пластами солей, которые в данном случае вновь являются флюидоупорами и создают пониженное давление в нижележащих пластах, что при определенных условиях в скважине может привести к поглощению скважинного флюида (в том числе и излившейся рапы) в таком пласте.

Различие в концентрации хлора в неизмененном и насыщенном рапой цементном камне еще больше, чем в пласте, однако из-за небольшого количества пустот и малой толщины цементного кольца, чувствительность ядерно-физических методов к концентрации хлора в цементе меньше, чем в пласте.

Наиболее актуально проблема выделения рапоносных интервалов стоит при строительстве нефтегазовых скважин для планирования и проведения комплекса мероприятий, предотвращающих рапопроявления в скважине, но в результате геофизических исследований не всегда удается выделить источники поступления рапы в скважину из-за влияния солевых пластов.

Заявленный способ с помощью замеров комплексом разноглубинных нейтронных методов по технологии ММНК в надпродуктивных отложениях нефтегазовых скважин позволяет выделить рапопроявляющие и рапопоглощающие интервалы разреза, а также наличие рапы в пустотах цементного камня.

Так, рапопроявляющие интервалы находятся над пластами солей и характеризуются резким падением показаний всех стационарных нейтронных методов и резким ростом кривой декремента ИННК, при этом падение показаний сменяется резким подъемом их значений (и падением декремента ИННК) в нижележащем пласте солей.

В рапопоглощающем пласте, наоборот, резкий рост показаний ММНК (и падением декремента ИННК) в вышележащем пласте солей сменяется резким падением их показаний (подъемом декремента ИННК) в поглощающем рапу пласте.

При наличии рапы в цементном камне наиболее заметное падение испытывают показания малого зонда НГК, а, особенно, малого зонда ИННК, являющиеся наиболее яркими индикаторами наличия рапы в цементе.

Из вышесказанного делается вывод.

1. Интервалы солей, являющиеся источником рапы, выделяются значительным снижением показаний средних и больших зондов НГК и большого зонда ННК, в то время как интервалы каменной соли отличаются аномальным ростом показаний этих зондов.

2. Интервалы поглощения рапы в пласте выделяются по падению значений разноглубинных зондов ММНК, в 1.5-2 раза превышающих помехи (флуктуации за счет переменных фильтрационно-емкостных свойств - ФЕС пласта (пористости)) и по падениям значений зондов ИННК (практически в 2 раза превышающих помехи). При этом наблюдается резкий подъем декремента ИННК, в 2 раза превышающий уровень изменений за счет флуктуации ФЕС.

3. Интервалы рапы в цементе выделяются по падению значений малого зонда НГК (на 5-10% больше помех) и малого зонда ИННК (на 5-10% больше, чем помехи). При этом изменения декремента ИННК практически не наблюдается.

4. Индикаторы интервалов поглощения рапы: в пласте - сильное падение разноглубинных зондов ММНК, зондов ИННК и сильный рост декремента ИННК, в цементном камне - падение показаний малого зонда НГК и малого зонда ИННК при постоянном значении декремента ИННК.

Способ выделения рапонасыщенных интервалов в геологическом разрезе скважин нефтегазоконденсатных месторождений по данным мультиметодного многозондового нейтронного каротажа, включающий скважинные геофизические исследования методом импульсного нейтрон-нейтронного каротажа - ИННК и анализ временного распределения плотности потока тепловых нейтронов ИННК, отличающийся тем, что дополнительно проводят спектрометрический нейтрон-гамма-каротаж - НГК и нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК, осуществляемые применением многозондового комплекса, содержащего набор зондов различной длины, в котором регистрируют показания зондов - плотность потока тепловых нейтронов от стационарного источника излучения нейтронов, регистрируемую малым - ННКмз и большим - ННКбз зондами ННК по тепловым нейтронам, и энергетический спектр гамма-квантов, зарегистрированный малым - НГКмз, средним - НГКсз и большим - НГКбз зондами спектрометрического НГК, при этом определяют интегральные показания НГКмз, НГКсз, НГКбз путем суммирования исходных спектров по всем энергиям, регистрируют малым - ИННКмз и большим - ИННКбз зондами ИННК по тепловым нейтронам временной спектр плотности потока тепловых нейтронов от импульсного источника излучения, при этом определяют интегральные счета S1 и S2 путем суммирования по всем временам задержек и асимптотический декремент поглощения тепловых нейтронов в пласте Σпл, оцененный по кривой временного спада для зонда ИННКбз в диапазоне больших задержек - t>500 мкс, и по результатам измерений вначале выделяют расположение пластов каменной соли и пластов, насыщенных минерализованной пластовой водой, при этом пласты соли выделяют по аномальному росту количественных показаний зонда ННКбз и зондов НГКсз, НГКбз при отсутствии роста показаний зондов ННКмз и НГКмз на фоне известных показаний указанных зондов в водонасыщенном пласте, затем на фоне зарегистрированных показаний, характеризующих наличие пласта соли, выделяют пласты, насыщенные рапой, по резкому падению показаний всех стационарных нейтронных методов - зондов НГКсз, НГКбз и ННКбз и резкому росту кривой декремента ИННК по сравнению с известными показаниями указанных зондов в водонасыщенном пласте, при этом о наличии рапопоглощающих интервалов судят по их положению под пластами каменной соли с менее резким, чем в случае рапоносного пласта, падением количественных показаний всех зондов НГКсз, НГКбз и ННКбз стационарных нейтронных методов и менее резким ростом кривой декремента ИННК по сравнению с их известными показаниями в водонасыщенном пласте, а о наличии интервалов поглощения рапы в пустотах цементного камня судят по падению количественных показаний зонда НГКмз и зонда ИННКмз при постоянном значении декремента ИННК по сравнению с их известными показаниями в водонасыщенном пласте.