Способ проведения электромагнитного мониторинга грп
Владельцы патента RU 2757386:
Публичное акционерное общество "Газпром нефть" (ПАО "Газпром нефть") (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой области, операциям гидроразрыва пласта (ГРП), в частности к способам проведения электромагнитного мониторинга ГРП. Техническим результатом является обеспечение возможности более точного определения проппанта в трещинах ГРП, а также совершенствование способа проведения электромагнитного мониторинга за счет выбора положения источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта. Предложенный способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП включает: получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин; построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин; построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта; определение параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза. При этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере: величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц, расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля), удаление контрольного приемника, на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза по критерию максимального электромагнитного отклика; проведение электромагнитного мониторинга на основе определенных параметров, включая: расположение пунктов наблюдения на земной поверхности с установкой контрольного датчика, расположение источника электромагнитного поля в скважине, возбуждение электромагнитного поля в источнике, регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz); построение априорной геолого-геофизической модели на основе проведенного мониторинга; проведение ГРП с закачкой электропроводящего проппанта; повторное проведение электромагнитного мониторинга на основе определенных параметров, включая: возбуждение электромагнитного поля в источнике, регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz); построение апостериорной геолого-геофизической модели среды на основе проведенного после ГРП мониторинга; построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.
Изобретение относится к нефтегазовой области, операциям гидроразрыва пласта (ГРП), в частности к способам проведения электромагнитного мониторинга ГРП. Изобретение может быть использовано при определении положения объема и трещин ГРП, закрепленных проппантом.
ГРП представляет собой процесс, при котором повышается эффективность добычи углеводородов за счет образования и/или удлинения трещин, которые образуются путем закачивания в пласт жидкости (пропанта) при высоком давлении.
При проведении ГРП одной из важных задач является определение положения и объема трещин, закрепленных пропантом.
Известен способ определения параметров призабойной зоны части трещины ГРП по патенту РФ №2668602 (дата публикации: 02.10.2018, МПК: Е21В 43/267), при котором осуществляют электромагнитный каротаж до проведения ГРП в пределах заданной зоны продуктивного пласта для записи отклика среды без трещины, определяют спрогнозированные размеры трещины ГРП и объему текучей среды и расклинивающего агента для закачки, закачивают в скважину текучую среду (как и с неэлектропроводящим расклинивающим агентом, так и с электропроводящим расклинивающим агентом) с образованием трещины в пласте. Далее обеспечивают обратный ток текучей среды ГРП и очистку трещины, осуществляют электромагнитный каротаж в пределах зоны ГРП для записи измеренных откликов от призабойной части трещины ГРП, содержащей расклинивающий агент. Затем определяют параметры призабойной части трещины ГРП. Общими признаками известного и заявленного способов является закачивание жидкости в скважину при проведении ГРП, определение параметров трещины ГРП.
Однако известный способ определяет параметры призабойной части трещины ГРП, т.е. способ не позволяет определить положение и объем всех трещин, закрепленных проппантом.
Известен способ применения пропанта-маркера с биметаллическим покрытием по публикации WO 2016182469 (дата публикации: 17.11.2016, МПК: Е21В 43/26, С09K 8/62), при котором приготавливают суспензии проппанта-маркера в жидкости-носителе и закачивают данную суспензию в скважину при проведении ГРП. Также дополнительно осуществляют электромагнитный каротаж скважины до и после размещения проппанта-маркера в скважине, и проводят измерение электрической проводимости и магнитной проницаемости породы. Общими признаками известного и заявленного способов является закачивание жидкости в скважину при проведении ГРП, измерение электрических и магнитных компонент.
Недостатком известного способа является низкая точность определения положения и объема трещин, закрепленных проппантом.
Известен способ определения местоположения расклинивающего агента, используемого для гидроразрыва подземного пласта, по публикации ЕА 035019 (дата публикации: 17.04.2020, МПК: Е21В 43/267), при котором осуществляют электрическое возбуждение обсадной колонны ствола скважины, которая проходит от поверхности земной толщи в подземный пласт, имеющий гидроразрыв, который, по меньшей мере частично, заполнен электропроводящим расклинивающим агентом. Затем осуществляют измерение трехмерных составляющих (х, у и z) откликов электромагнитного поля на поверхности земли или в соседнем стволе скважины; и определение местоположения электропроводящего расклинивающего агента путем сравнения откликов с результатами численного моделирования и/или инверсии откликов с целью определения источника откликов. Общими признаками известного и заявленного способов является измерение характеристик электромагнитного поля после ГРП на поверхности земли, определение местоположения электропроводящего расклинивающего агента (проппанта).
Однако в известном способе не учитывают электропроводность породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), что влияет на повышение точности определения положения и объема трещин, закрепленных проппантом.
Технический результат - обеспечение возможности более точного определения проппанта в трещинах ГРП, а также совершенствование способа проведения электромагнитного мониторинга за счет выбора положения источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта.
Технический результат достигается за счет того, что способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП включает:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объём пород ГРП),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля),
- удаление контрольного приемника;
- проведение электромагнитного мониторинга на основе определённых параметров, включая:
расположение пунктов наблюдения на земной поверхности с установкой контрольного приемника,
- расположение источника электромагнитного поля в скважине,
- возбуждение электромагнитного поля в источнике,
- регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Нz);
- построение априорной геологогеофизической модели на основе проведённого мониторинга;
- проведение ГРП с закачкой электропроводящего проппанта;
- повторное проведение электромагнитного мониторинга на основе определённых параметров, включая:
- возбуждение электромагнитного поля в источнике,
- регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Нz);
- построение апостериорной геологогеофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
Также технический результат достигается за счет того, что система для проведения электромагнитного мониторинга ГРП, включающая по крайней мере один процессор, оперативную память и машиночитаемые инструкции, выполняет следующие операции:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объём пород ГРП),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля),
- удаление контрольного приемника;
- получение данных электромагнитного мониторинга, проведённого на основе определенных параметров;
- построение априорной геологогеофизической модели на основе проведённого мониторинга;
- получение данных электромагнитного мониторинга после проведения ГРП;
- построение апостериорной геологогеофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
Также технический результат достигается за счет того, что машиночитаемый носитель для использования в системе для проведения электромагнитного мониторинга ГРП, содержащий компьютерную программу, при исполнении которой на компьютере процессор выполняет следующие операции:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объём пород ГРП),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля),
- удаление контрольного приемника;
- получение данных электромагнитного мониторинга, проведённого на основе определенных параметров;
- построение априорной геологогеофизической модели на основе проведённого мониторинга;
- получение данных электромагнитного мониторинга после проведения ГРП;
- построение апостериорной геологогеофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
Таким образом, при проведении электромагнитного мониторинга ГРП получают модель изменения положения проппанта, которая имеет высокую точность. Использование геологогеофизических моделей среды позволяет более точно оценить явное различие в распределении и поведении на поверхности компонент электромагнитного поля до (априорная модель) и после (апостериорная модель) проведения ГРП, что позволяет выявить аномалии электромагнитного поля, которые вызваны наличием структуры трещин ГРП, заполненных электропроводящим проппантом. Расположение источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта, определяют с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), которые определяются на основе проведенного априорного моделирования с учетом построенной геоэлектрической модели.Также точность повышается за счет того, что измеряют пять компонент электромагнитного поля. То есть рассматривают три вида поляризации: поперченные, продольные и вертикальные, что позволяет увидеть все полученные трещины ГРП и их высоту, тем самым обеспечивая возможность более точного определения проппанта в трещинах ГРП.
В данном способе используется возбуждение электромагнитного поля. Под возбуждением электромагнитного поля в источнике понимают расположение источника в скважине, подключение источника (на поверхности) к генератору переменного электромагнитного поля, генерация электромагнитного поля. Тем самым используется питающая линия, которая составлена из разных источников: два электрода, один из которых на поверхности (или на глубине, в зависимости от длины диполя), второй на глубине скважины (два точечных заземления, то есть гальванические источники) и сам источник (токовый отрезок (проводник), то есть индуктивный источник). Тем самым два электрода источника образуют электрическую составляющую поля, а токовый отрезок образует магнитную составляющую поля за счет образования конденсаторов, так как токовый отрезок расположен в скважине.
Вследствие слабых аномалий электромагнитного поля от зоны ГРП и значительной интенсивности техногенных электромагнитных помех целесообразно использовать электромагнитное поле контролируемого источника. Под электромагнитным мониторингом понимаются повторные измерения низкочастотного поля источника (вертикального электрического диполя), размещенного в скважине и приемников (пункты наблюдения) на земной поверхности.
В основе использования электромагнитного поля лежит его зависимость от величины и структуры электропроводящей области, образуемой заполняющим проппантом при проведении ГРП. Ввиду слабой интенсивности естественного поля на уровне большой интенсивности техногенных электромагнитных помех, которые обычно присутствуют на разрабатываемых месторождениях, предпочтительнее использовать электромагнитное поле контролируемого источника. При проведении электромагнитного мониторинга ГРП в качестве источника электромагнитного поля может быть использован вертикальный электрический диполь. В зависимости от длины диполя один электрод (полюс) располагают в устье скважины или на глубине, а второй - в исследуемом пласте (в создаваемом коллекторе, обычно до 2500 м.). Также источник может быть расположен в наблюдательной скважине.
Длина проводника (токового отрезка, который образует электрическую составляющую поля) и его положение может быть определено моделированием для каждого месторождения отдельно. При этом учитываются электропроводность породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), то есть учитывают максимальный электромагнитный отклик от проппанта.
В одном из вариантов осуществления способа при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения могут располагать по площади исследования.
При осуществлении изобретения, а именно при определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП пункты наблюдения могут располагать с шагом 25-500 м.
При осуществлении способа в каждом пункте наблюдения располагают по два приемника горизонтальных электрических компонент поля (Ех и Еу) и по три приемника магнитных компонент поля (Нх, Ну и Hz).
Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП, при котором для проведения ГРП могут использовать электропроводящий проппант электропроводимостью более 1000 См/м.
При осуществлении изобретения, а именно при определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне может отличаться от предыдущей в 1,5-4 раза. То есть точность мониторинга повышается, если исследования проводятся на разных частотах, которым отвечают разные величины затухания поля в массиве горных пород. При этом на высоких частотах поле начинает приобретать волновую структуру и практически полностью затухает и измерения становятся неинформативными. Таким образом, точность результата обеспечивают низкочастотные скважинно-наземные исследования - 0.01-10 Гц, на которых поле имеет квазистационарную структуру.
При определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП сила тока в источнике электромагнитного поля может иметь значение не меньше 70 А.
Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП в качестве контрольного приемника могут выбрать приемник с минимальным значением поля.
Признаки могут быть скомбинированы в одном из вариантов осуществления изобретения, при котором в качестве источника электромагнитного поля могут использовать вертикальный электрический диполь,
при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения на земной поверхности могут располагать по площади исследования с равномерным шагом 25-500 м., в каждом пункте наблюдения могут располагать по два приемника горизонтальных электрических компонент поля (Ех и Еу) и по три приемника магнитных компонент поля (Нх, Ну и Hz), каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне может отличаться от предыдущей в 1,5-4 раза, сила тока в источнике электромагнитного поля может иметь значение не меньше 70 А, в качестве контрольного приемника могут выбрать приемник с минимальным значением поля, для проведения ГРП могут использовать электропроводящий проппант электропроводимостью более 1000 См/м,
дополнительно могут проводить при проведении ГРП микросейсмический мониторинг ГРП и могут осуществлять наложение результатов микросейсмического мониторинга ГРП на модель положения проппанта, полученную на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими фигурами:
Фиг. 1 - схема проведения электромагнитного мониторинга ГРП;
Фиг. 2 - схема возникновения электромагнитного поля;
Фиг. 3 - результаты электрокаротажа скважины и слои фонового разреза;
Фиг. 4 - модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом;
Фиг. 5 - модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом и проекции трещин ГРП на дневной поверхности;
Фиг. 6 - карта распределения сопротивления в слое при размере блока 100×100 м;
Фиг. 7 - модель среды: зона ГРП, различные конфигурации диполя по координате X;
Фиг. 8 - модель среды: зона ГРП, различные конфигурации диполя по координате Z;
Фиг. 9 - модель среды: зона ГРП, диполь;
Фиг. 10 - график зависимости амплитуд сигнала электрического поля от частоты;
Фиг. 11 - график зависимости амплитуд магнитного поля от частоты;
Фиг. 12 - график зависимости амплитуд электрического поля от стадии ГРП, частота сигнала 3,93 Гц;
Фиг. 13 - график зависимости амплитуд магнитного поля от стадии ГРП, частота сигнала 0,06 Гц;
Фиг. 14 - карты аномалии электрического поля, 6 стадия ГРП;
Фиг. 15 - карты аномалии магнитного поля, 6 стадия ГРП;
Фиг. 16 - модель положения проппанта в трещинах ГРП. На фиг. приняты следующие обозначения:
1 - пункты наблюдения, в котором расположены датчики электромагнитного поля,
2 - скважина,
3 - источник электромагнитного поля,
4, 5 - электроды (полюсы),
6 - генератор электромагнитного поля,
7 - электрическая составляющая поля,
8 - магнитная составляющая поля,
9 - естественные трещины,
10 - искусственные (прогнозные) трещины,
11 - проекция источника на дневной поверхности,
12 - дневная поверхность (проекция зоны ГРП на дневной поверхности),
13 - зона ГРП.
Способ реализуется следующим образом.
Получают фоновый слоистый геоэлектрический разрез на основе геофизических исследований скважин, а также строят модель прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин. Затем осуществляют построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта. Затем определяют параметры электромагнитного мониторинга, включая, по крайней мере, величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение в скважине с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), узкий диапазон частот работы генератора из диапазона 0,01-10 Гц, расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля), а также удаление контрольного приемника на основе моделирования электромагнитный полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза по критерию максимального электромагнитного отклика.
Оптимальные параметры электромагнитного мониторинга выбирают на основе априорных предположений об оптимальной проведении способа электромагнитного мониторинга ГРП с учетом проводимости разреза. Таким образом параметры электромагнитного мониторинга определяются моделированием для каждого месторождения отдельно.
Величину дипольного момента могут определить по формуле
где I - сила тока контролируемого источника, l - длина проводника (источника).
Сила тока должна быть не менее 70 А. Длина проводника (источника) и его положение в скважине определяют также моделированием для каждого месторождения отдельно с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП).
Затем осуществляют проведение электромагнитного мониторинга на основе определенных параметров (фиг. 1). Располагают пункты наблюдения 1 на земной поверхности с установкой контрольного приемника (на фиг. не показан). Пункты наблюдения 1 могут быть расположены на земной поверхности по площади исследования с равномерным шагом 25-500 м. Затем располагают источник 3 с электродами 4, 5 электромагнитного поля в скважине 2. Также источник может быть расположен в наблюдательной скважине (на фиг. не показан). Затем возбуждают электромагнитное поле в источнике, то есть генератор 6 возбуждает электромагнитное поле в источнике 3. Регистрируют компоненты электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz) на поверхности. Строят априорную геолого-геофизическую модель среды до проведения ГРП. Проводят ГРП с закачкой электропроводящего проппанта, электропроводность которого 1000 См/м и более. Затем повторно проводят электромагнитный мониторинг на основе ранее определенных параметров. То есть возбуждают электромагнитное поле в источнике генератором 6. Регистрируют компоненты электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz). Затем строят апостериорную геолого-геофизическую модель среды на основе проведенного после ГРП мониторинга. Осуществляют построение разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта. На основе разностной модели среды, строят модель положения проппанта, то есть определяют объемный контур (отсечка по трем координатам) зоны закрепленного проппанта в рамках модели трещин ГРП.
Способ также может применяться и на последующих стадиях ГРП.
На фиг. 2 показана схема возникновения электромагнитного поля. Под возбуждением электромагнитного поля в источнике понимают расположение источника 3 в скважине 2 (на данной схеме, один электрод 5 - в скважине на глубине, второй 4 - на поверхности), подключение источника (на поверхности) к генератору 6 переменного электромагнитного поля, генерация электромагнитного поля. Тем самым используется питающая линия, которая состоит из двух электродов 4, 5 источника, один из которых на поверхности и второй на глубине скважины (два точечных заземления, то есть гальванические источники) и самого источника (токовый отрезок (проводник), то есть индуктивный источник). Тем самым два электрода образуют электрическую составляющую поля 7, а токовый отрезок образует магнитную составляющую поля 8 за счет образования конденсаторов, так как токовый отрезок расположен в скважине.
Рассмотрим пример осуществления способа.
Получают фоновый слоистый геоэлектрический разрез на основе геофизических исследований скважин. Фоновый слоистый геоэлектрический разрез получен на основе электрокаротажа. Пример как может выглядеть геоэлектрический разрез представлен на фиг. 3.
Пласт, который является объектом ГРП залегает в диапазоне глубин от 2000 до 2100 м.
Затем строят модель прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин и карту удельных электрических сопротивлений. На фиг. 4 представлена модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом в массиве горных пород, образовавшихся в результате ГРП. То есть показаны естественные трещины 9 и прогнозные (искусственные) трещины 10. Дополнительно представлена текстовая информация о 308 трещинах (но часть из них - с нулевой раскрытостью), при этом для каждой трещины представлена информация о первом и втором вертикальных ребрах ячейки, то есть х-координаты, у-координаты, глубины до верха, глубины до низа, раскрытость в м, проницаемость в мД (не учитывалась). Трещины насыщены проппантом с высокой электропроводностью σП=1000 См/м (расчеты были также повторены для моделей с электропроводностью проппанта σП=10000, 100000 и 1000000 См/м).
На фиг. 5 представлена также модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом и проекции трещин на дневной поверхности 12. Так как, в данном случае раскрытость трещин составляет порядка 1 см и меньше, а горизонтальный размер трещиноватой зоны составляет свыше 1 км при глубине залегания свыше 2 км, для моделирования рассмотренную модель преобразуют в эквивалентную, состоящую из достаточно крупных блоков. Для этого было решено в диапазоне глубин 2000-2100 м вставить в центральную часть модели квадратные блоки, удельные электрические сопротивления которых были выбраны специальным образом (см. ниже), чтобы давать осредненное значение в соответствующем объеме модели с трещинами.
Чтобы определить УЭС каждого блока оценивают, какую часть его объема занимают насыщенные проппантом трещины. Для этого для каждой из трещин определялось, попадает ли она в рассматриваемый блок, и если да, то какой своей частью. Просуммировав объемы всех попавших в блок частей трещин, получаем объем части блока, насыщенной проппантом. УЭС блока (ρ) оценивалось по упрощенной формуле Дахнова:
где Р - пористость
- УЭС проппанта, где
σП - электропроводность проппанта.
Если взять модель, в которой кубические зерна разделены сплошными проводящими пленками, то пористость можно определить по формуле:
где кП - коэффициент пористости.
Тогда формула (2) имеет вид
Тогда для электропроводности, равной σП=1000 См/м, ρП=0.001 Ом⋅м.
На фиг. 6 приведена карта распределения удельных электрических сопротивлений в слое, построенная при размере однородных блоков 100×100 м. При моделировании использовался блок размером 100×100 м, что отвечает возможностям используемой программы «ТЕНЗОР» (свидетельство о гос.регистрации программы для ЭВМ №2020614865 от 29.04.2020 г.) моделирования. Однако размер блоков не существенно влияет на полученные оценки, поскольку вследствие интегрального эффекта на удалении свыше 2 км (на земной поверхности) поле не чувствительно к мелким деталям распределения проводимости слоя.
Определяют параметры электромагнитного мониторинга:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина приемной линии),
- удаление контрольного датчика;
Параметры электромагнитного мониторинга определяются моделированием для каждого месторождения отдельно. Оптимальные параметры электромагнитного мониторинга выбираются на основе априорных предположений об оптимальной методике мониторинга с учетом проводимости разреза.
Для определения величины дипольного момента необходимо определить длину проводника (источника) и силу тока. В примере осуществления была выбрана сила тока 100 А исходя из имеющегося контролируемого источника тока. Для определения длины проводника и его положения осуществлялось итерационное моделирование с решением системы уравнений Максвелла, например, методом конечных разностей, для определения:
- амплитуд аномалий при разных координатах X диполя (фиг. 7);
- амплитуды аномалии при разных координатах Z диполя (глубина) (фиг. 8);
- амплитуд аномалий при разных длинах проводника (фиг. 9).
Таким образом было определено, что расположение диполя со смещением 0,7 км в интервале глубин 2.0-2.1 км, с длиной 100 м будет иметь максимальный электромагнитный отклик.
Тогда величина дипольного момента составит 10000 А⋅м.
Узкий диапазон частот работы генератора определяется из диапазона 0,01-10 Гц. Также осуществлялось итерационное моделирование с решением системы уравнений Максвелла. В данном случае был выбран 0,06-3.93 Гц. Был выбран шаг частоты работы генератора - 2. В данном диапазоне частот наблюдается максимальный эффект аномального электромагнитного поля (на фиг. 10 и 11 приведены данные, полученные при моделировании данного диапазона: фиг. 10 - электрическое, фиг. 11 - магнитное). Анализ частот сигнала электрического и магнитного полей показал, что наибольшими амплитудами обладают сигналы с частотой 3.93 Гц и 0.06 Гц, соответственно.
Все параметры электромагнитного мониторинга могут выбираться индивидуально для каждой стадии ГРП. Анализ амплитуд сигнала электрического поля на разных стадиях ГРП (1-11 стадия) показал (фиг. 12), что первая стадия не дала «положительного эффекта», максимальный вклад в аномалию внесли 2, 3, 4, 5 стадии. После 5-ой стадии каждая последующая стадия вкладывала меньший эффект, чем предыдущая, а наименьший вклад в аномалию внесли 10 и 11 стадии. Что касается данных по магнитному полю, то они частично коррелируются с данными об электрическом поле. Следует отметить, что на первых 4 стадиях магнитное поле не предоставило качественной информации и лишь только с 5 стадии данные о магнитном поле стали пригодны для их интерпретации. Наблюдая за графиком (фиг. 13), можно сказать, что 5 и 6 стадия внесли наибольший вклад в увеличение амплитуды магнитной аномалии, но по мере появления новых стадий вклад в изменение данной аномалии становился все меньше и меньше. Как и в электрическом поле, наименьший вклад в магнитную аномалию внесли 10 и 11 стадия.
Для определения расположения пунктов наблюдения была принята площадная конфигурация с 9 профилями по 3200 м, расстоянием между профилями 325 м.
Расположение относительно скважины 2 выбрано как показано пунктиром на дневной поверхности 12 на фиг. 5.
Также на основе итерационного моделирования по критерию максимального электромагнитного отклика определили:
- расстояние между пунктами наблюдения из диапазона 25-500 м, в данном случае было определено расстояние между пунктами наблюдения - 100 м;
- выбрано удаление контрольного приемника, в данном случае было выбрано удаление соответствующее максимальному расстоянию пункта наблюдения от проекции источника дневную поверхность - 3454 м. Максимальное расстояние было определено по проекции дневной поверхности, который имеет размер 3200 м × 2600 м. Используя геометрические формулы, определили максимальное расстояние от проекции источника дневной поверхности. Выбор контрольного приемника во многом определяет точность получаемого результата.
Затем проводят исследования на основе определенных параметров (фиг. 1). Располагают пункты наблюдения 1 на земной поверхности с установкой контрольного приемника (на фиг. не показан). Располагают источник 3 электромагнитного поля в скважине 2. Возбуждают электромагнитное поле в источнике генератором 6. Затем регистрируют компоненты электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Нy и Hz) на земной поверхности.
Строят априорную геолого-геофизическую модель среды до проведения ГРП на основе проведенного мониторинга. Априорная геолого-геофизическая модель среды до проведения ГРП в данном примере осуществления представляет собой набор данных, которые отражают электромагнитные поля, полученные до ГРП (значения компонент электромагнитного поля).
Затем проводят ГРП с закачкой электропроводящего проппанта, электропроводность которого, в данном случае, составляет 1000 См/м.
Проводят повторные исследования на основе ранее определенных параметров, включая возбуждение электромагнитного поля в источнике и регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz).
Строят апостериорную геолого-геофизическую модель среды на основе проведенного после ГРП мониторинга. Апостериорная геолого-геофизическая модель среды на основе проведенного после ГРП мониторинга в данном примере осуществления представляет собой набор данных, которые отражают электромагнитные поля, полученные после проведения ГРП (значения компонент электромагнитного поля).
Результатом проведения электромагнитного мониторинга ГРП являются карты аномального эффекта электрических и магнитных компонент относительно фонового уровня, полученного в результате измерения электромагнитного поля до проведения ГРП, т.е. разностные модели среды, отражающие изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта. Разностные модели могут быть представлены как набор диаграмм, аналогичных смоделированным картам аномалий электромагнитных полей (фиг. 14 и 15), но уже основанных не на модельных данных, а на результатах измерения до и после ГРП. Для определения положений проппанта выполняется решение обратной задачи. Основным способом решения обратной задачи является метод итерационного решения прямой задачи системы уравнений Максвелла, например, методом конечных разностей, с изменением общего объема пород, задействованного в ГРП. Результатом решения обратной задачи для компонент электромагнитного поля является «облако» распространения зон закрепленного проппанта.
Итоговое «облако» накладывается на результаты микросейсмического мониторинга ГРП. Следующим этапом в процессе восстановления геометрии и параметров объема закрепленного проппанта является решение прямой задачи для компонент электромагнитного поля с учетом геометрии трещин, полученной в результате микросейсмического мониторинга. Итоговым результатом является согласованная модель геометрии трещин ГРП, полученная на основе данных электромагнитного и микросейсмического мониторинга (фиг. 16).
Реализация системы и машиночитаемого носителя осуществляется аналогично способу, описанному выше. Фоновый слоистый геоэлектрический разрез на основе геофизических исследований скважины может быть получен как ввод входной информации (например, в виде модели и таблиц) или вывод информации из базы данных. После проведения электромагнитного мониторинга до ГРП (расположение пунктов наблюдения на земной поверхности с установкой контрольного приемника, расположение источника электромагнитного поля в скважине, возбуждение электромагнитного поля в источнике, регистрация компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz)) получают необходимые данные. Также эти данные могут быть получены из базы данных. После проведения ГРП и электромагнитного мониторинга после ГРП (проведение ГРП с закачкой электропроводящего проппанта, возбуждение электромагнитного поля в источнике, регистрация компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz)) получают необходимые данные. Также эти данные могут быть получены из базы данных.
Таким образом, с помощью применения заявленного изобретения достигается обеспечение возможности более точного определения проппанта в трещинах ГРП, а также совершенствование способа проведения электромагнитного мониторинга за счет выбора положения источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта.
1. Способ проведения электромагнитного мониторинга гидроразрыва пласта (ГРП), включающий:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;
- определение параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:
- величину дипольного момента - длину проводника, силу тока, источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы, дистанции до целевого интервала ГРП и объёма пород ГРП,
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения - шаг, длина профиля,
- удаление контрольного приемника;
- проведение электромагнитного мониторинга на основе определённых параметров, включая:
расположение пунктов наблюдения на земной поверхности с установкой контрольного приемника;
- расположение источника электромагнитного поля в скважине;
- возбуждение электромагнитного поля в источнике;
- регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Нz);
- построение априорной геолого-геофизической модели на основе проведённого мониторинга;
- проведение ГРП с закачкой электропроводящего проппанта;
- повторное проведение электромагнитного мониторинга на основе определённых параметров, включая:
- возбуждение электромагнитного поля в источнике;
- регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Нz);
- построение апостериорной геолого-геофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
2. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором в качестве источника электромагнитного поля используют вертикальный электрический диполь.
3. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения на земной поверхности располагают по площади исследования.
4. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по любому из пп. 1, 3, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения располагают с равномерным шагом 25-500 м.
5. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга в каждом пункте наблюдения располагают по два приёмника горизонтальных электрических компонент поля (Ех и Еу) и по три приемника магнитных компонент поля (Нх, Ну и Нz).
6. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором для проведения используют электропроводящий проппант электропроводимостью более 1000 См/м.
7. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне отличается от предыдущей в 1,5-4 раза.
8. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга сила тока в источнике электромагнитного поля составляет не меньше 70 А.
9. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга в качестве контрольного приемника выбирают приемник с минимальным значением поля.
10. Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП по п. 1, при котором
в качестве источника электромагнитного поля используют вертикальный электрический диполь,
при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения на земной поверхности располагают по площади исследования с равномерным шагом 25-500 м, в каждом пункте наблюдения располагают по два приёмника горизонтальных электрических компонент поля (Ех и Еу) и по три приемника магнитных компонент поля (Нх, Ну и Нz), каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне отличается от предыдущей в 1,5-4 раза, сила тока в источнике электромагнитного поля составляет не меньше 70 А, в качестве контрольного приемника выбирают приемник с минимальным значением поля,
для проведения ГРП используют электропроводящий проппант электропроводимостью более 1000 См/м,
дополнительно при проведении ГРП проводят микросейсмический мониторинг и осуществляют наложение результатов микросейсмического мониторинга ГРП на модель положения проппанта, полученную на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
11. Система для проведения электромагнитного мониторинга ГРП, включающая по крайней мере один процессор, оперативную память и машиночитаемые инструкции, которая выполняет следующие операции:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:
- величину дипольного момента - длину проводника, силу тока, источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы, дистанции до целевого интервала ГРП и объёма пород ГРП,
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения - шаг, длина профиля,
- удаление контрольного приемника;
- получение данных электромагнитного мониторинга, проведённого на основе определенных параметров;
- построение априорной геолого-геофизической модели на основе проведённого мониторинга;
- получение данных электромагнитного мониторинга после проведения ГРП;
- построение апостериорной геолого-геофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
12. Система по п. 11, в которой при определении параметров электромагнитного мониторинга шаг между пунктами наблюдения выбирают из диапазона 25-500 м.
13. Система по п. 11, в которой при определении параметров электромагнитного мониторинга каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне отличается от предыдущей в 1,5-4 раза.
14. Система по п. 11, в которой при определении параметров электромагнитного мониторинга сила тока в источнике электромагнитного поля составляет не меньше 70 А.
15. Система по п. 11, в которой дополнительно получают данные проведения микросейсмического мониторинга ГРП и осуществляют наложение результатов микросейсмического мониторинга ГРП на модель положения проппанта, полученную на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
16. Машиночитаемый носитель для использования в системе по п. 11, содержащий компьютерную программу, при исполнении которой на компьютере процессор выполняет следующие операции:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;
- определения параметров электромагнитного мониторинга, включая на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров одушевляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:
- величину дипольного момента - длину проводника, силу тока, источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы, дистанции до целевого интервала ГРП и объёма пород ГРП,
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,
- расположение пунктов наблюдения - шаг, длина профиля,
- удаление контрольного приемника;
- получение данных исследования, проведённого на основе определенных параметров;
- построение априорной геолого-геофизической модели на основе проведённого электромагнитного мониторинга;
- получение данных исследования после проведения ГРП;
- построение апостериорной геолого-геофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
17. Машиночитаемый носитель по п. 16, в котором при определении параметров электромагнитного мониторинга шаг между пунктами наблюдения выбирают из диапазона 25-500 м.
18. Машиночитаемый носитель по п. 16, в котором при определении параметров электромагнитного мониторинга каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне отличается от предыдущей в 1,5-4 раза.
19. Машиночитаемый носитель по п. 16, в котором при определении параметров электромагнитного мониторинга сила тока в источнике электромагнитного поля составляет не меньше 70 А.
20. Машиночитаемый носитель по п. 16, в котором дополнительно получают данные проведения микросейсмического мониторинга и осуществляют наложение результатов микросейсмического мониторинга ГРП на модель положения проппанта, полученную на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.
