Аппаратура электромагнитного каротажного зондирования для исследования нефтяных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.12, кандидат технических наук Жмаев, Сергей Сергеевич

• Жмаев, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 1985

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жмаев, Сергей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫX ПАРАМЕТРОВ АППАРАТУРЫ . . II

1.1. Электромагнитные зонды в однородной среде . II

1.1.1. Основные определения. Условия изопарамет- . ричности. .II

1.1.2. Связь характеристик поля с удельным сопротивлением

1.1.3. Выбор максимальной частоты

1.2. Радиальные характеристики электромагнитных зондов.

1.2,1^; Дифференциальные и интегральные радиальные. чЛ • • характеристики.

1.2.2. Учет влияния скважины. Выбор короткого зонда

1.2.3. Трехслойная модель среды. Определение макси^ мальной длины зонда.

1.2.4. Моделирование окаймляющей зоны. Обоснование количества зондов в комплексе

1.3. Вертикальные характеристики электромагнитных зондов

1.3.1. Дифференциальные и интегральные вертикальные характеристики. Выбор точки записи

1.3.2. Электромагнитные зонды в пластах ограниченной мощности.

1.4. Выводы. Рекомендации по выбору параметров аппаратуры.

2. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖНОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ

2.1. Экспериментальные исследования электромагнитных зондов.

2Д.1. Задачи экспериментальных исследований.

Классификация погрешностей аппаратуры . . . 63 2.1.2. Учет конечных размеров катушек. Экранирование

2.1.4. Искажения пространственного распределения поля

2.1.5. Повышение точности измерения электронной . . схемы

2.1.6. Защита скважинного прибора от внешних воздействий.

2.2. Скважинный прибор аппаратуры ЭМКЗ

2.2.1. Общая характеристика.

2.2.2. Описание структурной схемы

2.2.3. Конструкция.

2.3. Принципиальная схема скважинного прибора

2.3.1. Генераторный блок

2.3.2. Приемно-усилительный блок

2.3.3. Измерительная система

2.3.4. Блок питания

2.4. Наземный прибор аппаратуры .ПО

2.5. Метрологическое обеспечение аппаратуры ЭМКЗ

2.5.1. Методика расчета имитатора однородной среды

2.5.2. Опенка погрешностей изготовления и настройки кольца-имитатора

2.5.3. Результаты расчетов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аппаратура электромагнитного каротажного зондирования для исследования нефтяных скважин»

Актуальность проблемы. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года предусматривают "обеспечить дальнейшее развитие Западно-Сибирского территориально-производственного комплекса. Довести здесь добычу нефти, включая газовый конденсат, до 385-395 млн.тонн, газа до 330-370 млрд.куб.метров" [39] ♦ Одним из путей решения поставленных задач является повышение эффективности геофизических исследований в скважинах (ГИС) при одновременном сокращении сроков каротажных работ. В настоящее время исследования скважин эксплуатационного бурения в Западной Сибири осуществляют с помощью комплекса методов электрического каротажа (ШЗ, КС, ПС, ЕК и ПК). По результатам исследований выделяют пласты-коллекторы, определяют их удельное электрическое сопротивление (УЭС) и характер насыщения, оценивают коэффициент нефтегазонасыщенности продуктивных пластов. Однако комплекс электрических методов обладает известными недостатками [21, 25, 26, 29, 31, 43] . Зонды ЕКЗ, КС и НС имеют малую разрешающую способность в области низких сопротивлений. Показания зондов ЕКЗ подвержены экранирующему влиянию прослоев высокого сопротивления. На показания зондов ИК значительное влияние оказывают вмещающие породы. Кроме того, выполнение электрического комплекса ГИС существующими приборами все еще занимает значительное время. Так, среднее время окончательного каротажа по Управлению Запсибнефтегеофизика в 1981 году равнялось 12,5 ч, что составляло 20-25$ рвремени механического бурения скважины

37].

Для устранения отмеченных недостктков ведутся исследования новых методов ГИС и разрабатываются новые типы каротажной аппаратуры. Одним из перспективных направлений является развитие высокочастотных методов электромагнитного каротажа, в которых измеряются относительные характеристики магнитного поля. Теоретические предпосылки таких методов были разработаны Д.С.Даевым [22]. Дальнейшее развитие высокочастотные методы подучили в работах С.Б.Денисова, И.М.Заслонова, А.И.Костина и других исследователей [23, 24, 30, 32, 33, 40]. Для повышения разрешающей способности электромагнитных измерений УЭС пластов малой мощности и детального изучения распределения УЭС в зоне проникновения Ю,Н.Антоновым в 1978 году предложен метод высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ) [5, б]. Актуальность работы определяется необходимостью практической реализации метода ВИКИЗ. При этом требуется обосновать конструктивные параметры зондов, разработать соответствующую аппаратуру, опробовать ее в скважинах и определить возможность внедрения в практику ГИС.

Цель работы. Разработка аппаратуры электромагнитного каротажного зондирования (ЭМКЗ), реализующей метод ВИКИЗ и предназначенной для повышения геологической эффективности исследования скважин, бурящихся на нефть и газ, увеличения точности определения электрических параметров горных пород и сокращения времени исследований в каждой скважине.

Основные задачи исследования.

Заключение диссертации по теме «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», Жмаев, Сергей Сергеевич

3.4. Выводы и рекомендации

В результате проведенных исследований предложен способ па-леточной интерпретации результатов электромагнитного каротажного зондирования. Разработаны палетки для учета влияния параметров скважины, диэлектрической проницаемости пласта и УЭС вмещающих пород на показания электромагнитных зондов. Предложен алгоритм последовательного учета искажающих факторов на результаты измерений. Правомочность такого алгоритма подтверждена тем, что в подавляющем большинстве практических ситуаций показания коротких зондов не подвержены влиянию вмещающих пород, а показания длинных зондов - влиянию скважины и диэлектрической проницаемости пласта. Изопараметричность зондов и сравнительно небольшое влияние скважины, учитываемое отдельными палетками, позволили существенно сократить количество трехслойных палеток. Поскольку трехслойные палетки не зависят от параметров скважины и фактически являются двухслойными (зона проникновения - пласт), то их количество определяется лишь дискретностью изменения УЭС зоны проникновения.

Данные измерений пятью зондами позволяют определить пять неизвестных величин - пять параметров, описывающих четырехслойную модель среди (параметры скважины обычно известны). Следовательно, необходимо дополнить процесс интерпретации этапом строгого определения этих параметров. Наиболее целесообразно реализовать алгоритм интерпретации в виде комплекса программ автоматической обработки на ЭВМ результатов измерений.

Опробование аппаратуры в скважинах подтвердило правильность опенок, сделанных при анализе различных моделей среды. Отмечена высокая избирательность изопараметрического комплекса зондов как в вертикальном, так и в радиальном направлении. Доказана возможность выделения окаймляющей зоны в нефтегазонасы-щенных пластах , Отмечена возможность проводить оперативную оценку характера разреза с ввделением пластов-коллекторов и определением их насыщения. Особенно эффективна такая оценка будет при цифровой регистрации результатов измерений с одновременной визуализацией каротажных кривых на экране графического дисплея.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге проведенных исследований получены следующие основные .результаты.

1. Дифференциальные и интегральные характеристики электромагнитных зондов упрощают обоснование их конструктивных параметров.

2. В качестве измеряемой характеристики поля в аппаратуре ЭМКЗ выбрана разность фаз Л у? . Зондовая система должна содержать 5 зондов с длинами от 0,5 до 2 м. Относительный размер базы равен 0,2. Максимальная рабочая частота, соответствующая зонду длиной 0,5 м, равна 14 МГц.

3. Экспериментально исследованы типы и источники погрешностей измерения в аппаратуре ЭМКЗ. Разработаны способы уменьшения основных погрешностей, включающие: а) различные типы фильтрации помех, б) цифровой способ измерения разности фаз с накоплением сигналов, в) двухтактную схему измерения с перекрестным подключением катушек к приемно-усилительному блоку, г) синхронизацию работы аппаратуры от единого кварцевого генератора, д) временное разделение работы зондов и другие.

4. Разработана структурная и принципиальная схемы аппаратуры электромагнитного каротажного зондирования и ее конструкция. Спроектированы и изготовлены действующие комплекты аппаратуры.

5. Теоретически обосновано применение кольцевого имитатора однородной среды в качестве поверочного устройства для аппаратуры ЭМКЗ. Выполнен расчет оптимальных параметров кольца и дана оценка допустимых погрешностей изготовления и настройки имитатора.

6. Рассмотрен способ палеточной интерпретации результатов ЭМКЗ, позволяющий восстановить радиальное распределение УЭС в пластах-коллекторах.

7. Аппаратура ЭМКЗ опробована на нефтяных месторождениях в различных районах страны. Подтверждена высокая пространственная избирательность электромагнитных зондов, возможность более точного по сравнению с существующими методами определения удельного сопротивления горных пород н сложных геолого-геофизических условиях. По результатам измерений выявлены окаймляющие зоны низкого удельного сопротивления в нефтенасыщенных пластах.

Разработка аппаратуры ЭМКЗ проводилась в соответствии с техническим заданием Миннефтепрома. Опытно-конструкторская работа по этой аппаратуре проводится в Томском СКТБ ГТ Миннефтепрома. На этом этапе целесообразно провести некоторое усовершенствование конструкции и перевести электронные схемы на более качественную элементную базу, что позволит увеличить точность измерения и расширить диапазон измеряемых удельных сопротивлений в область высоких значений УЭС.

В дальнейшем необходимо разработать комплекс программ автоматической обработки результатов ЭМКЗ и широко внедрить аппаратуру ЭМКЗ в производство геофизических исследований в нефтяных скважинах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жмаев, Сергей Сергеевич, 1985 год

1. Аксельрод С.М. О влиянии некоторых видов помех на точность измерения при индукционном каротаже. - В кн.: Разведочная геофизика. М., 1966, вып. 17, с. 90-98.

2. Аксельрод С.М. О градуировке аппаратуры индукционного каротажа. Изв.вузов. Нефть и газ, I960, № 5, с. 19-25.

3. Альбом палеток и номограмм для интерпретации промыслово-геофизических данных. М.: Недра, 1984. - 200 с.

4. Альбом теоретических кривых каротажного электромагнитного зондирования / Сост.: Ю.Н.Антонов, С.С.Жмаев, Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1983. - 190 с.

5. Антонов Ю.Н. Высокочастотные индукпионные методы электрометрии нефтяных и газовых скважин. Геология и геофизика,1978, В 4, с. 86-95.

6. Антонов Ю.Н. К обоснованию высокочастотного индукционного каротажа для изучения неоднородных пластов-коллекторов. В кн.: Электромагнитные методы исследования скважин. Новосибирск,1979, с. 3^34.

7. Антонов Ю.Н., ЗЕмаев С,С., Первые результаты индукционного каротажного изопараметрического зондирования. Геология и геофизика, 1982, В 5, с. 49-56.

8. Антонов Ю.Н., Кмаев С.С. Электромагнитные зондирования при каротаже нефтяных скважин. В кн.: Электромагнитные методы геофизических исследований. Новосибирск, 1982, с. 3-20.

9. Антонов Ю.Н., Жмаев С.С. Электромагнитное каротажное зондирование в Западной Сибири. В кн.: Геофизические исследования нефтяных скважин Западной Сибири, Уфа, 1983, вып. 13,с. 36-48.

10. Антонов Ю.Н., Жмаев С.С., Заслонов И.М. и др. Электромагнитное каротажное зондирование (результаты измерений). Нефтегазовая геология, геофизика и бдение. 1984, №7, с. 19-22.

11. Антонов Ю.Н., Жмаев С.С., Расторгуев В.Н. Первый опыт электромагнитного каротажного зондирования в Западной Сибири. -Геология и геофизика, 1983, Ш 9, о. 62-67.

12. Антонов Ю.Н., Кауфман A.A. Диэлектрический индуктивный каротаж. Новосибирск: Наука, 1971. - 170 с.

13. Антонов Ю.Н., Кривопуцкий B.C. Моделирование зондов изопараметрического каротажного зондирования. Геология и геофизика, 1981, В 10, с. I27-I3I.

14. Антонов Ю.Н., Приворотский Б.И. Высокочастотный индук-нионный каротаж. Новосибирск: Наука, 1975. - 260 с.

15. A.c. 1004940 (СССР). Устройство для каротажного электромагнитного зондирования / Ю.Н.Антонов, С.С.Кмаев, В.И.Большаков и др. Опубл. в Б.И., 1983, В 10.

16. Боганик В.Н., Плюснин М.И. Расчет эталонировочных колеп для аппаратуры индукционного каротажа. Изв.вузов. Геология и разведка, 1965, Ш 9, с. 124-134.

17. Брылкин Ю.Л., Дубман Л.И. О диэлектрической проницаемости горных пород осадочного происхождения. Геология и геофизика, 1972, Jft I, с. II7-I2I.

18. Брылкин Ю.Л., Дубман Л.И. О диэлектрической проницаемости влажных песчаных пород. В кн.: Электромагнитные методы исследования скважин. Новосибирск, 1979, с. 233-242.

19. Брылкин Ю.Л., Каганский А.М. Влияние токов смещения' при градуировке аппаратуры диэлектрического каротажа. В кн.: Геофизические исследования в Сибири. Новосибирск, 1976, вып. 204, с. 14-20.

20. Высокочастотное индукционное каротажное изопараметри-ческое зондирование. Методические рекомендации / Сост.: Ю.Н.Антонов, С.С.Кмаев.- Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1979. 104 с.

21. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика. М.: Недра, 1883. - 591 с.

22. Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. М.: Недра, 1974. - 190 с.

23. Даев Д.С., Денисов С.Б. Аппаратура волнового электромагнитного каротажа. В кн.: Геофизическая аппаратура. Л., 1971, вып. 45, с.107-112.

24. Даев Д.С., Денисов С.Б., Костин А.И. Измерение удельного сопротивления пород методом волнового каротажа проводимости.-Проблемы нефти и газа Тюмени. Тюмень, 1977, вып. 33, с. 3-7.

25. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Гостоптехиздат, 1962.-547 с.

26. Дебрант Р. Теория и интерпретация результатов геофизических методов исследования скважин. М.: Недра, 1972.- 288 с.

27. Денисов С.Б., Костин А.И., Темиргалеев Р.Г. Некоторые результаты опробования метода волнового каротажа проводимости зондированием. Проблемы нефти и газа Тюмени. Тюмень, 1978, вып. 37, с. 8-10.

28. Долль Г.Г. Теория индукционного метода исследования разрезов скважин и его применение в скважинах, пробуренных с глинистым раствором на нефти. В кн.: Вопросы промысловой геофизики. М.: Гостоптехиздат, 1957, с. 252-274.

29. Дьяконов Д.И., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин: Учебник для вузов. Изд.2-е, перераб. М.: Недра, 1984. - 432 с.

30. Заслонов И.М., Томашевская А.И. Результаты применения электромагнитного каротажа на месторождениях Татарии. В кн.: Прикладная геофизика. М., 1983, вып. 106, с. 128-135.

31. Кауфман A.A. Теория индукционного каротажа. Новосибирск: Наука, 1965. - 235 с.

32. Костин А.И. Исследование и разработка комплексной аппаратуры и методики интерпретапии результатов высокочастотного электромагнитного каротажа для условий скважин эксплуатационного бурения в Западной Сибири. Дис. . канд.техн.наук. - М., 1981. - 192 с.

33. Костин А.И., Алимов Ж.З., Темиргалиев Р.Г. Аппаратура волнового каротажа для зондирования по проводимости. Проблема нефти и газа Тюмени. Тюмень, 1979, вып. 44, с. 19-21.

34. Кривопупкий B.C. Исследование радиальных и вертикальных характеристик зондов индукнионного каротажа, расположенных оимметрично и несимметрично относительно оси скважины. Дис. . канд.геол.-мин.наук. - Новосибирск, 1974. - 186 с.

35. Куртенев Т., Тенчов Т., Василев Г. и др. Моделирование электропроводности прискважинной зоны коллектора. Прикладная геофизика, 1979, № 6, с. 163-179.

36. Ландау Л.Д., Лившип Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. - 620 с.

37. Лукьянов Э.Е., Довгополюк И.М. Особенности технологии геофизического обеспечения интенсивного ввода в разработку нефтяных месторождений Западной Сибири. В кн.: Геофизические исследования скважин Западной Сибири. Уфа, 1983, вып. 13, с.3-12.

38. Орлов Л.И., Ручкин A.B., Свихнушин Н.И. Влияние промывочной жидкости на физические свойства коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1976. - 88 с.

39. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года. М.: Политиздат, 1981. - 95 с.

40. Панич И.М. Исследование возможностей импедансных зондов и зондов с частотно-геометрической фокусировкой токов проводимости при диэлектрическом каротаже скважин: Автореф. Дис.канд.техн.наук. Новосибирск, 1979. - 19 с.

41. Пироон С.Д. Справочник по интерпретации данных каротажа. М.: Недра, 1966. - 413 с.

42. Плюснин М.И. Влияние паразитных емкостей в цепях зонда индукционного каротажа. В кн.: Разведочная и промысловая геофизика. М., 1963, вып. 47, с. 101-105.

43. Плюснин М.И. Индукционный каротаж. М.: Недра, 1968.140 с.

44. Физические свойства горных пород Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции / Н.А.Туезова, Л.М.Дорогиницкая, Р.Г.Демина и др. М.: Недра, 1975. - 182 с.

45. Фонды Сибирской геофизической экспедиции

46. Антонов Ю.Н., !маев С.С., Большаков В.И. и др. Изучение теоретико-методических и аппаратурных возможностей метода бокового индукционного зондирования: Отчет.- Новосибирск, 1979. -107 с.

47. Антонов Ю.Н., ЗШаев С.С., Большаков В.И. и др. Усовершенствование методики и техники высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования: Отчет. Новосибирск, 1980. - 86 с.

48. Антонов Ю.Н., ЗВмаев С.С., Большаков В.И. и др. Исследования эффективности использования метода ВИКИЗ в различных геологических условиях: Отчет. Новосибирск, 1981. 90 с.

49. Жмаев С.С., Киселев В.В., Антонов Ю.Н. Исследование эффективности и разработка методики использования метода ВИКИЗ в различных геологических условиях: Отчет. Новосибирск, 1982.50 с.

50. Зймаев С.С., Киселев В.В., Снопков В.П. и др. Опробование и оценка эффективности метода индукционных изопараметричес-ких зондирований в геологических условиях Западной Сибири: Отчет. Новосибирск, 1983. - 134 с.