Технология оценки геофизической информации по влиянию содержания железа и калия на электросопротивление низкоомных коллекторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат геолого-минералогических наук Мельник, Игорь Анатольевич

• Мельник, Игорь Анатольевич
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Мельник, Игорь Анатольевич

Основные обозначения и сокращения.

Введение.

1. Реализация метода определения концентраций железа и калия с учетом данных геофизических исследований.

1.1. Традиционные методы и способы определений содержания железа и. калия в горной породе при каротаже скважин, их недостатки и достоинства.

1.2. Теоретическое обоснование возможности альтернативного способа обнаружения содержания железа и калия, на основе стандартных методов каротажа.

1.3. Математический алгоритм, позволяющий вычислять концентрацию железа, бора, кремния и калия на основе данных ГИС.

1.4. Экспериментальное подтверждение адекватности вычислений концентраций химических элементов в сопоставлении с лабораторными исследованиями.

2. Вывод уравнения обусловленного УЭС в низкоомных коллекторах.

2.1. Теоретическое обоснование и используемые эмпирические зависимости при составлении уравнения обусловленного УЭС.

2.2. Сопоставление теоретических вычислений удельного сопротивления и петрофизических исследований в песчаниках-коллекторах.

3. Примеры определения обусловленного УЭС в низкоомных коллекторах.

3.1. Западно-Крапивинское месторождение.

3.1.1. Пласт Ю1 скважины (А).

3.1.2. Пласт Ю,ЗБ и Ю^8 скважины (В).

3.2. Вынгапуровское месторождение.

3.3. Тайлаковское месторождение.

3.3.1. Тюменская свита.

3.3.2. Мегионская свита.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология оценки геофизической информации по влиянию содержания железа и калия на электросопротивление низкоомных коллекторов»

В геофизических исследованиях скважин (ГИС) при поиске, разведке и подсчете запасов углеводородного сырья (УВ) широко используются электрические методы каротажа. Для определения характера насыщения и состава пластовых флюидов измеряют удельное электрическое сопротивление (УЭС) (либо электропроводность) горной породы. В традиционных схемах интерпретации электрических методов каротажа значение электрического сопротивления обусловлено тремя основными факторами, а именно: 1) фактор водонасыщенной пористости отражающий влияние объема водонасыщенных пор на электропроводность; 2) геометрический фактор Г, характеризующий влияние структуры водонасыщенных пор на УЭС пласта; 3) электрохимический фактор Э, выражающий влияние глинистости на электропроводность [52, 20, 14, 36]. В этом случае относительное удельное сопротивление выражается в мультипликативной форме [52]:

Собственно говоря, при постоянных значениях минерализации и температуры исследуемого пласта удельное сопротивление породы зависит от общей пористости, структурно-текстурного строения пор, характера насыщения пор и двойного электрического слоя глинистых минералов, являющегося дополнительным проводником электричества.

В последние полтора-два десятилетия геологи-нефтяники сталкиваются с проявлениями аномальных УЭС в продуктивных отложениях Западно-Сибирской провинции. В частности, известно немало случаев получения притоков безводной нефти в коллекторах, удельное сопротивление которых ниже 5 Омм. Например, на таких месторождениях, как Онтонигайское, Запа дно-Крап и винское, Западно-Останинское, Катальгинское, Вынгапуровское и др., некоторые интервалы нефтенасыщенных пластов ранее интерпретировались как водоносные. При детальном петрофизическом исследовании оказалось, что на УЭС пласта могут оказывать влияние железосодержащие минералы (сульфиды, оксиды) входящие в состав твердой фазы и являющие проводниками и полупроводниками электрического тока. В геофизических исследованиях электропроводности оценить степень их влияния на проводимость пласта в большинстве случаев невозможно. Для этого необходимы детальные исследования кернового материала [2, 18, 5].

В свою очередь, понижение сопротивления нефтяного пласта может быть обусловлено присутствием в породе трехслойных глинистых минералов, содержащих межслоевые катионы (К+, М£+). Исследования зарубежных авторов показали, что электрическое сопротивление породы снижается по мере возрастания емкости катионного обмена [54, 55]. Также газонефтенасыщенные песчаники, содержащие гидрослюду, как правило, характеризуются пониженным УЭС [56]. Тонкодисперсные глинистые минералы (иллит и хлорит) могут существенно снижать электрическое сопротивление породы в зависимости от степени деградации данных минералов и соответствующей способности калия и магния переходить в ионную форму [11]. В этом случае постседиментационный процесс, изменяющий (разрушающий) структуру иллита и переводящий калий в ионную форму, увеличивает электрическую проводимость нефтенасыщенного коллектора. Следовательно, при условии существования данного процесса УЭС пласта будет обратно пропорционально концентрации калия.

В большинстве случаев низкоомные коллекторы могут служить индикатором процесса наложенного эпигенеза, приводящего к пиритизации, деградации гидрослюд и соответствующему уменьшению УЭС пласта [28, 30]. При выделении нефтенасыщенного коллектора и определении запасов УВ сырья возникает необходимость учитывать такой фактор, как содержание железа и калия исследуемого пласта. Проблема становится особо острой в случае исследования коллекторов, в интервалах которых керн не отбирался. Это требует разработки методов обнаружения содержания этих элементов в горной породе на основе только традиционных геофизических исследований.

Очевидно, что разработка новых методов в решении проблемы низкоомных коллекторов на основе определения неучтенных (обусловленных Бе и К) параметров, по результатам интерпретации ГИС, а также неучтенного электрического сопротивления, приобретает большую значимость.

Поставлены следующие цели диссертационной работы.

Основной целью диссертационной работы является разработка методики определения содержания железа и калия на основе данных ГИС в песчаниках-коллекторах и вычисление УЭС с учетом влияния данных элементов.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи: выбор методов ГИС, на основании которых в песчаниках будут определяться концентрации железа и калия; разработка математического алгоритма и составление программы вычисления содержания калия и железа на основе выбранных методов ГИС; определение полуэмпирического уравнения зависимости УЭС от концентрации данных химических элементов; разработка процедуры вычисления концентраций железа и калия, сопоставления с электросопротивлением и, при наличии обратной корреляции, последующего вычисления их влияния на УЭС в низкоомных песчаниках.

Предварительные теоретические исследования показали, что, используя нейтронный гамма-каротаж (НТК), а также зная водородсодержание и плотность породы, после необходимой калибровки, можно определить содержание железа с хорошей точностью [31]. В свою очередь, используя разработанный алгоритм, но на базе нейтрон-нейтронного каротажа (НКТ) и гамма-каротажа (ГК), можно определять кроме железа еще бор, кремний и калий. Были выявлены эмпирические зависимости влияния калия и железа на УЭС пласта и определено уравнение (обусловленного) неучтенного УЭС от концентраций этих элементов.

Таким образом, поставленные цели и задачи решались и опробовались в низкоомном интервале пласта ЮВ1] Новогоднего месторождения [40, 41]. В процессе исследований выяснилось, что низкоомность пласта от концентрации железа не зависит. В понижении УЭС участвуют глинистые минералы - проявляется обратно пропорциональная зависимость УЭС от содержания калия. В дальнейших исследованиях низкоомных интервалов на Западно-Крапивинском, Вынгаяхинском, Вынгапуровском, Шингинском и Горстовом месторождениях были выявлены зависимости удельного сопротивления как от калия, так и от железа. В связи с накопленными статистическими данными определены эмпирические коэффициенты формулы обусловленного УЭС и на основе этого вычислены обусловленные электрические сопротивления в зависимости от калия и железа [32, 25, 29]. Определена научная новизна:

Обоснована возможность определения содержаний железа, бора и кремния по данным ГИС. Разработан математический алгоритм вычисления концентраций железа в разрезе скважины исследуемых пластов-песчаников.

Определена эмпирическая формула зависимости содержания калия от ГК и концентрации бора для песчаников.

Предложено полуэмпирическое уравнение определения удельного электрического сопротивления в зависимости от концентрации железа и калия в низкоомных коллекторах. Разработан способ определения макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности.

Выделяем защищаемые положения:

1. Обоснованная возможность разработанной технологии определения концентрации железа по данным НКТ, гамма-каротажа (ГК), собственной поляризации (ПС), общей пористости и плотности песчаника, позволяет вычислять содержание таких элементов, как железо и бор в исследуемом коллекторе-песчанике.

2. Полученная эмпирическая зависимость концентрации калия от ГК и содержания бора (для коллекторов-песчаников), после определения коэффициента пропорциональности, позволяет адекватно оценивать концентрацию калия в исследуемом коллекторе-песчанике.

3. В случае выявления обратной корреляции УЭС относительно концентраций химических элементов железа и калия, вклад перечисленных элементов в понижение УЭС пласта определяют следующим образом:

Лр=у; В;(\\')"ё ехр(]/Т) М"ь(1-С; где с! - концентрация химического элемента, влияющего на проводимость пласта, (,\у> - средняя пористость пласта [д. ед.], М - минерализация пласта [г/л], Т - температура [°С], \у -общая пористость, а Вь g, Ь, ], а, Ь — эмпирические коэффициенты.

4. Разработанный алгоритм вычисления, как относительного, так и абсолютного макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов твердой фазы породы по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности, позволяет выделять области как с повышенным, так и с пониженным содержанием совокупности таких химических элементов, как В, Ос1, Бе, Мп, К, Т1.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заведующему кафедрой геофизики ТПУ Леониду Яковлевичу Ерофееву за внимание и поддержку.

В свою очередь, автор выражает признательность к. г.-м. н. Вячеславу Викторовичу Семенову (ЗАО "Сибнефтепроект", г. Тюмень) за предоставленную возможность в реализации данной работы и к. г.-м. н. Галине Ивановне Тищенко (ТФ ФГУП "СНИИГГиМС") за помощь по внедрению предлагаемого метода.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Мельник, Игорь Анатольевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обобщая полученный материал по выявлению низкоомных коллекторов, можно с достаточной уверенностью определить основные пункты применения предлагаемого метода при поиске и подсчете запасов У В сырья.

Проведенный теоретический анализ возможности повышения информативности следующих геофизических методов: НКТ, ГК и ПС в определении концентраций таких элементов, как железо, бор, калий и кремний позволяет построить математический алгоритм вычисления данных элементов в песчаниках-коллекторах. Сопоставив результаты по калию, железу и бору, полученные расчетным способом с аналитическими лабораторными исследованиями образцов кернового материала, взятых с соответствующих глубин, делается вывод о соответствии концентраций химических элементов, вычисленных программным способом с лабораторными результатами. Коэффициент корреляции по железу превышает 0.8, а по калию - более 0.6. Корреляционный анализ УЭС исследуемого пласта-песчаника с концентрациями данных элементов позволяет выявить такие интервалы, где происходит влияние перечисленных элементов на электрическое сопротивление пласта. Дальнейшие сопоставления петрографических, петрофизических и лито-геохимических исследований горной породы с теоретически выявленными интервалами понижения УЭС также послужило доказательной базой соответствия полученных теоретических результатов с лабораторными исследованиями. Таким образом, результаты проведенной работы сводятся к следующим основным выводам: разработанный математический алгоритм, после введения в программу данных НКТ, ГК, ПС, общей пористости, плотности и минерализации исследуемого интервала, а также после калибровки данных ГИС со средним содержанием химических элементов коллектора-песчаника изучаемого района, позволяет вычислять концентрацию таких элементов, как бор, железо и кремний в исследуемом коллекторе; полученная эмпирическая зависимость концентрации калия от ГК и содержания бора, после определения коэффициента пропорциональности, позволяет адекватно оценивать концентрацию калия в исследуемом коллекторе-песчанике; при выявлении обратной корреляции УЭС и концентраций химических элементов железа и калия, обусловленный вклад в понижении УЭС пласта, при решении проблемы низкоомных коллекторов, определяют следующим образом Лр=^Г B,(w)~g i exp(j/T) M"h(l-C¡ ~(±ííW+¿v), где С, — концентрация химического элемента, влияющего на проводимость пласта, (w) - средняя пористость пласта [д. ед.], М - минерализация плата [г/л], Т — температура [°С], w - общая пористость, a B¡, g, h, j, a, b — эмпирические коэффициенты; разработанный алгоритм вычисления как относительного, так и абсолютного макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов твердой фазы породы по всему разрезу скважины на основе данных НКТ, общей пористости и плотности позволяет выделять области, как с повышенным, так и с пониженным содержанием совокупности таких химических элементов, как В, Gd, Fe, Мп, К, Ti.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях: "Научно-практическая конференция ОЕАГО", 2001 г., Тюмень; "IX Научно-практическая конференция", 2006 г., Ханты-Мансийск; VIII Международная конференция "Новые идеи в науках о Земле", 2007 г., Москва; XI Международный симпозиум студентов и молодых ученых им. М. А. Усова, "Проблемы геологии и освоения недр", 2007 г., Томск; Международная конференция геофизиков и геологов "Тюмень-2007", 4-7 декабря 2007 г., Тюмень.

По теме диссертации опубликовано 11 работ и подана одна заявка на официальную регистрацию программы для ЭВМ.

Результаты диссертационной работы были использованы следующими предприятиями: ЗАО "Сибнефтепроект" (СибНИИНП) г. Тюмень, ООО "Славнефть - НПЦ" г. Тверь, ООО "Газпромнефть - Восток" г. Томск, ООО "Горстовая" г. Томск.

Определим области применения разработанного метода определения обусловленного параметра УЭС при интерпретации результатов ГИС:

1) Поиск нефтегазонасыщенных пластов, пропущенных ГИС в случае традиционной интерпретации;

2) Выделение зон наложенного эпигенеза в песчаниках-коллекторах, т.е. определение пластов-песчаников, в которых произошли постседиментационные процессы, связанные с воздехЧствием флюидов;

3) Выявление основных геохимических процессов, происходящих в интервале наложенного эпигенеза (пиритизация, деградация гидрослюд, седиритизация и глинизация);

4) Определение зоны водонефтяного контакта и выявление водонасыщенных и нефтегазонасыщенных интервалов;

5) Определение обусловленного параметра УЭС в низкоомных коллекторах при подсчете запасов УВ сырья;

6) В случае вычисления концентрации бора Св и определения глинистости кгл по ГИС, по отношению Сн/кгл<>п1 0 можно определить условия осадконакопления - морские либо континентальные отложения (палеосоленость) [3];

7) При вычислении макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов по всему разрезу скважины и сопоставляя его значение с карбонатностыо, можно выявить интервалы вторичной карбонатизации (относительное увеличение макроскопического сечения), этот факт, в свою очередь, определяет "след" вертикальной миграции УВ [37].

Таким образом, предлагаемый метод позволяет получать геохимическую информацию при геофизических исследованиях, значительно повышает надежность интерпретации ГИС, а при подсчете запасов — увеличивает точность определения подсчетных параметров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Мельник, Игорь Анатольевич, 2008 год

1. Беркурц К., Виртц К. Нейтронная физика М.: Атомиздат, 1968 - 454 с.

2. Боркун Ф.Я. Обоснование методики оценки характера насыщения низ-коомных коллекторов юрских отложений широтного Приобья по данным ГИС. Тюмень: Отчет о НИР, СИБНИИНП, 1990.

3. Валиев Ю.Я. Геохимия бора в юрских отложениях Гиссарского хребта.-М.: Наука, 1977.- 150 с.

4. Варварин Г.Б., Урманов Э.Г. Состояние и перспективы применения спектрометрического гамма-каротажа глубоких скважин//Разведочная геофизика. Обзор ВИЭМС, 1991.

5. Вахромеев Г. С., Ерофеев Л. Я., Канайкин В. С., Номоконова Г. Г. Пехрофизика: Учебник для вузов.-Томск: Томский университет, 1997 —462 с.

6. Вендельштейн Б. Ю., Золоева Г. М., Царева Н. В. и др. Геофизические методы изучения подсчетных параметров при определении запасов нефти и газа.- М.: Недра, 1985.-248 с.

7. Вендельштейн Б. Ю., Элланский М. М. Влияние адсорбционных свойств породы на зависимость относительною сопротивления от коэффициента пористости. — "Прикладная геофизика", вып. 40.-М.: Недра, 1964.-С. 181-193.

8. Войткевич Г.В., Мирошников А.Е. и др. Краткий справочник по геохимии -М.: Недра, 1977.-182 с.

9. Гума В.И., Демидов А.М., Иванов В.А., Миллер В.В. Нейтронно-радиационный анализ-М.: Энергоатомиздат, 1984.-64 с.

10. Дахнов В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин,-М.: Недра, 1967.-390 с.

11. Дьяконов Д. И., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С. Общий курс геофизических исследований скважин-М.: Недра, 1977.-432 с.

12. Дэвис Дж. С. Статистический анализ данных в геологии М.: Недра -Кн. 1, 1990.-319 с.

13. Еникеева Ф.Х, Кожевников Д.А., Стариков В.Н. Роль упругого и неупругого рассеяния нейтронов во взаимодействии с ядрами породообразующих элементов в системе скважина-пласт//Изв. АН СССР, Сер. Физика Земли, 1977, №2. С. 100-101.

14. Зарипов О. Г., Сонич В. П. Влияние литологии пород коллекторов на удельное электрическое сопротивление пластов. - "Геология и геологоразведочные работы", №9, 2001 - С. 18-21.

15. Итенберг С. С. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин М.: Недра, 1972 - 312 с.

16. Кобранова В.Н. Петрофизика М.: Недра, 1986.-392 с.

17. Кожевников Д.А. Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтепромысловой геологии — М.: Недра, 1982. 220 с.

18. Кожевников Д.А., Марьенко H.H., Мархасин В.И., Хавкин B.C. Экспериментальное изучение нейтронных полей в однородных водородсодержа-щих средах//МИНХиГП, вып. 111, 1974. С. 40-56.

19. Кожевников Д.А., Насибуллаев Ш.К. Неканонические формы управления переноса. Докл. АН СССР, т. 205, №6, 1972. С. 1320-1323.

20. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности-М.: Атомиздат, 1977.-386 с.

21. Комплексное исследование керна из скважин на территории деятельности ООО "Сибнефть-восток": Отчет о НИР, ЗАО "Сибнефтьпроект"; доп. Соглашение к дог. №11, 2006 от 01.01.2006; Руководитель В.Т. Питкевич.

22. Ларионов ВВ., Шварцман М.Д. Естественная радиоактивность карбонатных отложений верхнего мела Восточного Предкавказья — Геофизические методы исследования скважин (МИНХ и ГП, Труды, вып.56). М.: Недра, 1966.

23. Лебедев Б. А. Геохимия эпигенетических процессов в осадочных бассейнах Л.: Недра, 1992 - 239 с.

24. Мельник И. А. Повышение информативности нейтронного каротажа с целью выделения зон наложенного эпигенеза//депонировано в ГИАБ. -2008.-№1.-6 с.

25. Мельник И. А. Решение проблемы низкоомных коллекторов по результатам ГИС VIII Межд. конф. "Новые идеи в науках о Земле"// Москва, РГГРУ, 10-13 апреля 2007 г.

26. Мельник И. А. Технология повышения информативности данных ГИС с целью выделения зон наложенного эпигенеза в песчаниках-коллекторах//Вестник Томского ГУ 2007 - № 12 - С. 223-227.

27. Мельник И.А. Анализ возможности определения концентрации элементов по данным НТК "Томское отделение СНИИГГиМС:30 лет на службе Томской геологии": Сб. науч. тр.- Новосибирск: 2002. С. 132-135.

28. Мельник И.А. Выделение нефтенасыщенных интервалов на основе переинтерпретации ГИС в низкоомных коллекторах-песчаниках//Нефтяное хозяйство. 2008. - №4. - С. 34-36.

29. Мельник И.А., Шевченко В.М. Методика интерпретации низкоомных коллекторов с учетом влияния железа и его определение по данным ГИС — Научно-практическая конф. ОЕАГО — Тюмень: 2001 С. 52.

30. Мельников Д. А. Зависимость предельного относительного сопротивления глинистых песчаников от пористости и глинистости. — "Прикладная геофизика", вып. 53. М.: Недра, 1968 - С. 149-159.

31. Нефедова Н. И., Пих Н. А. Определение нефтегазонасыщения терригенных коллекторов-М.: Недра, 1984 187 с.

32. Пархоменко Э. И. Электрические свойства горных пород М.: Наука, 1965.-154 с.

33. Перозио Г. Н., Мандрикова Н. Т. Геохимия малых элементов в карбонатный этап начального эпигенеза в сб. Вопросы литологии и геохимии Сибири— Новосибирск: "СНИИГГиМС", вып. 46,1967. С. 102-115.

34. Пирсон С. Дж. Учение о нефтяном пласте.—М.: ГНТИНиГТЛ, 1961570 с.

35. Резванов P.A. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. -М.: Недра, 1982-368 с.

36. Семенов В.В., Питкевич В.Т., Сокова К.И., Солонин A.M., Мельник И.А. Исследование низкоомных коллекторов с использованием данных кернового материала//Геофизика, 2006, № 2. С. 42-47.

37. Сторм Э., Исраэль Ч. Сечения взаимодействия гамма — излучения. Справочник — М.: Атомиздат, 1973.— 256 с.

38. Титов К. В. О влиянии поверхностной проводимости на электропроводимость горных пород// Электронный журнал "Исследовано в России" — http://zhurnal.ape.relam.ru/articles/2003/091.pdf.

39. Уэрт Э., Томсон Р. Физика твердого тела. М.: Мир, 1969 - 558 с.

40. Фертл В.Х. Спектрометрия естественного гамма-излучения в скважине-Нефть, газ и нефтехимия за рубежом//1983, № 3-11.

41. Филиппов Е.М. Ядерная геофизика-Новосибирск: Наука, 1973, т.1. — 513 с.

42. Филиппов Е.М. Ядерная разведка полезных ископаемых: справочник-Киев: "Наук. Думка", 1978.-588 с.

43. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. JL: Химия, 1974 - 352 с.

44. Шалдыбин М. В. Явления наложенного эпигенеза и вторичная глинистость в нефтегазоносных отложениях Западной Сибири//Проблемы геологии и освоения недр. — Томск: Изд-во НТЛ, 1998. С. 105—107.

45. Элланский М.М. Петрофизические основы комплексной интерпретации данных геофизических исследований скважин-М.: ГЕРС, 2001, 150 с.

46. Элланский М. М. Петрофизические связи и комплексная интерпретация данных промысловой геофизики. М.: Недра, 1978 - 215 с.

47. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник: по физике—М.: Наука, 1979 — 940 с.

48. Hill Н. J., Milburn J. D. Effect of Cley and Water Salinity on Electrochemical Behavior of Rocks: AIME, J. Petrolium Technol., 8, 1956. 65-72.

49. Patnode H. W., Wyllie M. R. J., The Presence of Conductive Solids in Reservoir Rocks as a Factor in Electric Log Interpretation: Trans, AIME, 189, 1950, Tech. Publ, 2797.

50. Pirson S.J. Elements of Oil Reservoir Engineering, 1 st. ed. McGraw-Hill Book Company, Inc. New York, 1950.