Зависимость электрофизических параметров горной породы от петрофизических характеристик по данным диэлектрической спектроскопии и индукционного каротажа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат наук Ельцов, Тимофей Игоревич

• Ельцов, Тимофей Игоревич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Ельцов, Тимофей Игоревич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИЗВЕСТНЫЕ РЕШЕНИЯ, ИХ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

1.1. Частотная дисперсия кажущейся электропроводности, её учёт при интерпретации

1.2. Частотная дисперсия диэлектрической проницаемости, методы измерения и интерпретации

Выводы

Глава 2. ЧАСТОТНАЯ ДИСПЕРСИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ В

ГАЗОНАСЫЩЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ СЛАНЦАХ ХЭЙНСВИЛЬ

2.1. Газонасыщенные сланцы Хейнсвиль

2.2. Частотная дисперсия сигналов

2.3. Описание прибора ИК и алгоритм моделирования

2.4. Быстрый алгоритм вычисления кажущихся сопротивлений по сигналам индукционного каротажа

2.4.1. Преобразование точных формул

2.4.2. Построение начального приближения

2.4.3. Описание алгоритма

2.5. Обоснование выбранной модели

2.6. Алгоритм инверсии данных ИК с частотной дисперсией

Выводы

Глава 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОНЕФТЯНОГО СООТНОШЕНИЯ И ПОРИСТОСТИ ПЛАСТА ПО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СПЕКТРАМ В ШИРОКОМ ЧАСТОТНОМ ДИАПАЗОНЕ

3.1. Постановка задачи

3.2. Особенности диэлектрических спектров насыщенной горной породы в среднечастотном диапазоне электромагнитного поля

3.3. Определение пористости насыщенной горной породы

3.4. Проявление поляризационных характеристик в скважинных измерениях

индукционным прибором

Выводы

Глава 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОНИЦАЕМОСТИ НАСЫЩЕННЫХ ОБРАЗЦОВ ГОРНОЙ ПОРОДЫ

4.1. Описание коллекции образцов

4.2. Методика измерения и интерпретация результатов

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Зависимость электрофизических параметров горной породы от петрофизических характеристик по данным диэлектрической спектроскопии и индукционного каротажа»

ВВЕДЕНИЕ

Объекты исследования:

- связь частотной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости осадочных пород, насыщенных водой, нефтью или водонефтяной смесью, с пористостью и водонефтяным соотношением;

- связь измеренных кажущихся электропроводностей в глинистых сланцах с параметрами поляризации.

Актуальность темы. Степень её разработанности. В последнее десятилетие геофизические и нефтесервисные компании возобновили применение диэлектрического каротажа при исследовании горных пород. В отличие от опыта 70-х годов прошлого века, когда измерения в диэлектрическом каротаже выполнялись на одной частоте, 10-15 лет назад исследователи обратили внимание на частотную зависимость диэлектрической проницаемости и электропроводности от петрофизи-ческих свойств, полагая, что по частотной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости можно судить о пористости, нефте- и водосодержании пород. Для определения частотной зависимости потребовались новые подходы к обработке данных, новые методы и способы интерпретации результатов измерения электрофизических параметров флюидонасыщенной горной породы в широком частотном диапазоне.

В настоящее время интерпретация данных диэлектрического каротажа в диапазоне частот от 20 МГц до 1 ГГц основана на применении различных формул смеси, позволяющих получить комплексное значение диэлектрической проницаемости среды, выраженное через комплексные значения диэлектрической проницаемости компонент системы: минерального скелета, воды и углеводородов. Такой подход требует априорного знания состава минерального скелета и насыщающего его флюида, а также комплексного значения их диэлектрической проницаемости, что представляется практически не возможным в условиях каротажа.

В диссертации предлагается переместить внимание на среднечастотный диапазон частот электромагнитного поля (в диссертации «среднечастотным» диапазоном обозначается диапазон частот от 10 кГц до 50 МГц) и проанализировать поляризационную природу отклика от пористых водонефтенасыщенных пород. Важно отметить, что природа поляризации среды в среднечастотном диапазоне электромагнитного поля носит не Максвелл-Вагнеровский характер, а построена на принципиально другом эффекте. Механизм поляризации в среднечастотном диапазоне электромагнитного излучения при наложении внешнего электромагнитного поля построен на циркуляции электрических токов в электролите в Штернов ской области пространственно конечного двойного электрического слоя, прилегающего к поверхности раздела «вода + вмещающая порода». Электрические токи, в отличие от случая Максвелл-Вагнеровской поляризации, возникают не в породе, а преимущественно в двойном электрическом слое. Это означает, что вклад в поляризационные характеристики среды слагающих породу компонентов минимален. Последнее означает, что в среднечастотном диапазоне релаксационные свойства флюидона-сыщенной пористой среды практически не зависят от электрофизических свойств минерального скелета, а определяются только пористостью и концентрацией солей, определяющих свойства электролита в двойном электрическом слое. Это позволяет сделать вывод о том, что в среднечастотном диапазоне не существует аналитических выражений, связывающих диэлектрическую проницаемость смеси с диэлектрическими проницаемостями подсистем (минеральный скелет, вода и углеводороды), формирующих систему. Необходим новый подход, который позволил бы по измеренной комплексной диэлектрической проницаемости системы, в диапазоне частот от 10 кГц до 50 МГц, определить такие петрофизические характеристики, как пористость и водонефтяное соотношение и который не потребует априорного знания электрофизических параметров компонентов системы. Знание спектра диэлектрической проницаемости в среднечастотном диапазоне (10 кГц - 50 МГц) достаточно для определения объемных долей компонентов системы, насыщенной водонефтяной смесью. Следует отметить, что при этом не требуется знания

каких-либо характеристик компонентов, слагающих систему. Доказательство последнего представлено в третьей и четвертой главах диссертации.

С другой стороны, проблема частотной дисперсии комплексной электропроводности диэлектрически неоднородных сред активно обсуждается в научной литературе. Предлагаются различные объяснения этому явлению. Но разработка методического и программно-алгоритмического обеспечения обработки подобных данных находится в начальной стадии. В частности, обработки данных с частотной дисперсией электропроводности с целью получения электропроводности на нулевой частоте, которая необходима для дальнейшей петрофизической обработки каротажных данных, в известной автору литературе нет.

Цель исследования - повысить информативность и достоверность оценки скважинной геоэлектрикой петрофизических параметров осадочной водонефтена-сыщенной породы путем создания алгоритма инверсии данных индукционного каротажа в глинистых сланцах, осложненных частотной дисперсией кажущихся элек-тропроводностей, и создания методики интерпретации результатов измерений комплексной диэлектрической проницаемости, направленной на определение петрофизических параметров во до- и нефтенасыщенной горной породы.

Научные задачи:

1. Разработать алгоритм инверсии данных электромагнитного каротажа с частотной дисперсией электропроводности на основе модели поляризации Коул-Коул.

2. Разработать методику определения пористости и водонефтяного соотношения флюидонасыщенных осадочных пород по параметрам поляризации Гаврил ьяка-Негами.

Фактический материал, методы исследования и аппаратура

Основные методы исследования - диэлектрическая спектроскопия, численное моделирование. Соискателем использовались уравнения Максвелла, поляризационные модели Коул-Коул, Гаврильяка-Негами, Коул-Дэвидсона и Максвелла-Вагнера и их модификации, а также методы оптимизации Ньютона и Левенберга-Марквардта, сравнительный анализ, тестирование и верификация.

В диссертации использовались данные индукционного каротажа с интервала глинистых сланцев Хейнсвиль (штат Техас, США) любезно предоставленные Новосибирским технологическим центром компании Бейкер Хьюз Б.В. и методы их обработки, данные измерений комплексной диэлектрической проницаемости насыщенной осадочной породы, выполненные соискателем в лаборатории экспериментальной сейсмологии ИНГГ СО РАН, а также использовались данные лабораторных измерений, выполненных Ц.М. Левицкой, Ю.В. Ревизским и другими исследователями. При лабораторных измерениях использовались измеритель LCR GW Instek 78105G и векторный анализатор ZVRE Rohde&Schwarz.

Защищаемые научные результаты:

1. С использованием модели поляризации Коул-Коул разработан алгоритм инверсии данных скважинной геоэлектрики с частотной дисперсией сигналов.

2. Разработана методика определения пористости и водонефтяного соотношения по спектрам комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне частот от 10 кГц до 50 МГц на основе анализа опубликованных данных других исследователей и проведённых лабораторных экспериментов. Определена связь параметров поляризации Гаврильяка-Негами с пористостью и водонефтяным соотношением.

Научная новизна работы. Личный вклад.

На основе модели поляризации Коул-Коул для электропроводности проведена инверсия данных скважинной геоэлектрики с частотной дисперсией сигналов, получены соответствующие параметры поляризации, в том числе электропроводность на нулевой частоте.

Установлена количественная взаимосвязь параметров поляризации Гаврильяка-Негами .с пористостью и водонефтяным соотношением водонефтенасыщенных горных пород. Разработана и апробирована методика интерпретации диэлектрических спектров насыщенной горной породы для среднечастотного диапазона для определения пористости и водонефтяного соотношения, которая не имеет аналогов в опубликованной литературе.

Выполнено тестирование программного обеспечения, разработанного Д.Н. Гапеевым в Новосибирском технологическом центре компании Бейкер Хьюз специально для решения задачи инверсии. Выполнен анализ, обработка и инверсия полевых данных электромагнитного каротажа с частотной дисперсией сигналов.

Для интерпретации данных диэлектрических измерений проанализирован большой массив опубликованных данных по диэлектрической спектроскопии образцов горной породы, насыщенных водой, нефтью или водонефтяной смесью.

Выполнены измерения диэлектрической проницаемости водонасыщенных и водонефтенасыщенных образцов горной породы для экспериментального подтверждения теоретических выводов, изложенных в диссертации.

Теоретическая и практическая значимость результатов диссертации

Использование алгоритма инверсии данных многочастотного индукционного каротажа на основе модели поляризации Коул-Коул позволяет инвертировать данные с частотной дисперсией сигналов и получать электропроводность на нулевой частоте, которая необходима для дальнейшей петрофизической обработки.

Развитая теория, позволяющая использовать спектр комплексной диэлектрической проницаемости для определения пористости и нефтесодержания коллекторов, позволяет уйти от использования формул «смешения» и ставит скважинную технологию диэлектрического каротажа на новый практический уровень.

Высокая степень достоверности полученных результатов обеспечивается:

- использованием известных поляризационных моделей Коул-Коул и Гавриль-яка-Негами;

- применением сертифицированных высокоточных поверенных лабораторных приборов LCR GW Instek 78105G, векторного анализатора ZVRE Rohde&Schwarz;

- совпадением теоретических расчетов водонефтяного соотношения и пористости с лабораторными измерениями этих параметров по спектрам комплексной диэлектрической проницаемости водонефтенасыщенных образцов.

Апробация результатов и публикации

Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на конференциях и конгрессах различного уровня: научной конференции «Геофизические исследования в нефтяных и газовых скважинах» (Новосибирск, 2011), международном научном конгрессе «ГеоСибирь - 2014» (Новосибирск, 2014), всероссийской молодежной научно-практической школе-конференции «Науки о Земле. Современное состояние» (Шира, 2014), российской технической нефтегазовой конференции и выставке 8РЕ по разведке и добыче (Москва, 2014), научных семинарах ИНГГ СО РАН и Новосибирского технологического центра компании Бейкер Хьюз Б.В.

Полученные научные результаты изложены в 8 публикациях, из которых 3 -в научных журналах, рекомендованных перечнем Высшей аттестационной комиссии («Геология и геофизика»; «Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений»; «Каротажник»), 4 - в материалах конференций и одной патентной заявке, зарегистрированная в патентном бюро США (вареуеу, ЕИбоу, Богоузку, 2014).

Благодарности

Автор выражает благодарность своим учителям, коллегам и всему коллективу Новосибирского технологического центра компании Бейкер Хьюз за многочисленные советы, помощь и сотрудничество. В том числе, Макарову Александру Игоревичу, Мосину Антону Павловичу, Свиридову Михаилу Владимировичу и другим.

Автор признателен академику РАН, профессору Эпову Михаилу Ивановичу за внимание к работе, что помогло определиться с кругом научных интересов.

Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук Доровскому Виталию Николаевичу за помощь в выполнении диссертации, за постановку интересных научных задач и энтузиазм.

Автор благодарен к.т.н. Никитенко Марине Николаевне за помощь на всех этапах работы и к.т.н. Голикову Никите Александровичу за содействие при выполнении лабораторных экспериментов.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Содержит 98 страниц, 45 рисунков и 5 таблиц. Библиография включает 91 наименование.

Во введении поставлена цель работы и научные задачи, показана актуальность и степень достоверности их решения, названы защищаемые научные результаты, а также определена научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

и

Глава 1. ИЗВЕСТНЫЕ РЕШЕНИЯ, ИХ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

В последние десятилетия вопрос изучения частотной дисперсии электрофизических характеристик находится в поле интересов ученых всего мира. В данной работе под дисперсией понимается отличие измеренных на разных частотах электрофизических характеристик.

Рассматриваются следующие случаи:

• дисперсия кажущейся электропроводности, проявляющаяся в расхождении измерений на различных частотах;

• дисперсия комплексной диэлектрической проницаемости в широком частотном диапазоне.

1.1. Частотная дисперсия кажущейся электропроводности, её учёт при

интерпретации

Общеизвестно, что удельная электропроводность есть величина, обратно пропорциональная удельному электрическому сопротивлению, мера способности вещества проводить электрический ток. Еще в середине прошлого века исследователями было замечено, что при индукционных измерениях в скважине в некоторых случаях на разных частотах величины кажущегося электрического сопротивления разнятся.

Частотный диапазон, в котором проявляется дисперсия электропроводности, различен в отложениях с разными петрофизическими характеристиками. Анализировались как результаты низкочастотных лабораторных измерений (Schoeppel, Thrasher, 1966) в диапазоне от 20 Гц до 1 кГц с целью выявления основных причин расхождения измеренной электропроводности, так и результаты относительно высокочастотных лабораторных измерений (Anderson, Barber, Luling, 2006).

Интерес нефтесервисных компаний к исследованию частотной дисперсии электропроводности понятен. В последнее десятилетие разведка углеводородов осложняется ввиду преобладания нетипичных условий залегания сложных по ли-тологическому составу продуктивных резервуаров. Исследования же частотной

дисперсии помогают повысить достоверность оценки электрофизических параметров изучаемой среды. Подобные исследования ведутся во многих нефтесервисных компаниях, таких как Schlumberger (Resistivity dispersion - fact..., 2003) и Baker Hughes (Study of Unusual..., 2010). Проводятся также лабораторные исследования нефтенасыщенных образцов горной породы в диапазоне частот от 100 Гц до 1 МГц (Burtman, Zhdanov, 2011), авторами замечено проявление эффектов вызванной поляризации в изучаемом диапазоне частот. Следует рассказать о GEMTIP (generalized effective médium theory for induced polarization, (Zhdanov, Burtman, 2012)). Авторы развивают теорию, на основе которой они успешно инвертируют измеренные лабораторные данные комплексного электросопротивления в петро-физические параметры изучаемых образцов на частотах от долей Гц до 10 кГц.

В материалах конференции (Resistivity dispersion - fact..., 2003) исследователи представляют результаты определения и коррекции измеренных данных при дисперсии электропроводности во время каротажа в процессе бурения. Выбран частотный диапазон измерений от 20 кГц до 2 МГц, в котором сравниваются показания прибора для измерения во время бурения с данными, полученными каротажем на кабеле. Это исследование важно тем, что учёные проверили, могут ли другие факторы вызывать дисперсию (такие как точность измерения, качество калибровки, эксцентриситет, влияние полостей, заполненных буровым раствором, влияние вмещающих слоёв, эффект проникновения, анизотропия). В результате было выяснено, что главной причиной дисперсии в этом случае являются необычайно высокие значения диэлектрической проницаемости глин.

Дисперсия кажущегося УЭС также возникает в вулканических породах, что было рассмотрено в работе (Dielectric effect and..., 2008). Изучено изменение сигналов индукционного каротажа (фазы и амплитуды) на различных частотах. В этом случае дисперсия проявлялась в уменьшении КС с увеличением частоты. Анализировались показания LWD прибора (Logging While Drilling). Измерения проводились на трёх частотах: 26 кГц, 400 кГц, 2 МГц. Значения кажущегося электросопротивления отличались вдвое на различных частотах. По версии авторов, главной

причиной дисперсии КС являются высокие значения диэлектрической проницаемости изучаемой горной породы.

Замечено, что частотная дисперсия электропроводности проявляется также в мерзлых породах. При анализе результатов наземных электромагнитных зондирований с вертикальным магнитным диполем, выполненных на полуострове Ямал, были выявлены эффекты частотной дисперсии сигналов. Они проявляются в искажениях кривых зондирований и в ряде случаев могут приводить к ошибкам в интерпретации. Учёт эффектов вызванной поляризации с использованием модели поляризации Коул-Коул позволил исследователям получить дополнительную информацию о разрезе и исследовать такие параметры среды, как криотекстура и льдистость (Крылов, Бобров, 1997). Вопрос о вызванной поляризации мерзлых пород не остался незамеченным и для сибирской школы геоэлектриков. Были исследованы эффекты вызванной поляризации, проявляющиеся на ранних временах (от первых десятков до первых сотен микросекунд). Проведено моделирование сигналов в наземной электроразведке для широкого круга моделей, характерных для северных территорий. Результаты работы показали хорошее совпадение с данными, измеренными в условиях вечной мерзлоты (КогЬеушкоу, АпШпоу, 2006). При проведении зондирования становлением поля в ближней зоне с использованием многоразносных установок на юге Сибирской платформы не удается провести интерпретацию без учета индукционно-вызванной поляризации. Инверсия переходных характеристик без учета поляризуемости приводит к появлению на геоэлектрических разрезах реально не существующих геологических образований. Учет вызванной поляризации позволяет решать эту проблему (Компанией, Кожевников, Антонов, 2013).

Для объяснения возможных причин дисперсии электропроводности было проведено моделирование сигналов индукционного каротажа в макроанизотроп-ной среде (Бердичевский, Губатенко, Светов, 1995). Влияние тонких диэлектрических прослоев отразилось в изменении электросопротивления более чем на поря-

док при численном расчёте сигналов в диапазоне частот от 103 до 108 Гц. При объяснении авторы обращаются к эффекту Максвелла-Вагнера, который выражается в резком увеличении вклада в сигнал токов смещения.

Интересен вопрос частотной дисперсии электропроводности в случае газонасыщенных сланцев, так как в последнее десятилетие объемы разведки и разработки подобных месторождений в мире, и в США в частности, стремительно растут. Поиск и разработка подобных залежей сопряжены с множеством трудностей, которые проявляются практически на всех этапах работ (Producing Gas from..., 2006; Kubala, 2009; Pujana, Shaw, DuBois, 2009; Pujana, Shaw, DuBois, 2010).

Частотная дисперсия кажущейся электропроводности может быть следствием влияния различных явлений: наличия зоны проникновения, вмещающих пластов, разломов, трещин (Study of Unusual..., 2010) или набора трещин (3-D Study of Resistivity..., 2011), поляризации и т.д. Также частотную дисперсию связывают с анизотропией среды, вследствие неучтенных диэлектрических эффектов вертикальное сопротивление может превышать горизонтальное, что идет вразрез с общепринятыми представлениями. В работе (Dielectric Effects on..., 2005), авторы предлагают математическую модель среды с учетом диэлектрической проницаемости, в которой может проявляться подобного типа анизотропия. Важно понимать, что полученные сопротивления являются кажущимися, общими характеристиками среды для выбранной модели и в случае использования модели, неадекватно описывающей изучаемую среду, полученные сигналы могут не укладываться в привычные рамки геоэлектрических моделей.

Лишь некоторые исследователи смогли связать параметры поляризации Коул-Коул с петрофизическими характеристиками среды. Например, в работе (Hallbauer-Zadorozhnaya, Stettier, 2006) была объяснена связь времени релаксации с размером пор и поляризуемости как меры избыточной проводимости к электрической проводимости в поровом пространстве. В этой же работе авторы решают задачи инженерной геофизики, применяя модель поляризации Коул-Коул к реальным данным, картируют распространие углеводородов в водоносном горизонте в некоторых областях Южной Африки и России.

Важным вопросом геоэлектрических исследований пористой среды, насыщенной сложным флюидом (смесью углеводородов, солей, воды, растворённого в ней газа), является вопрос понимания физики процессов, проходящих в жидких диэлектриках. В монографии (Казарян, Ломов, Шаманин, 2011) рассматриваются вопросы электрофизики структурированных растворов солей в полярных диэлектрических жидкостях. Предлагаются новые модели и приближения для описания таких процессов как формирование структуры растворов соли и структуры кластеров, которые образованы ионами и ассоциированными вокруг молекулами растворителя. Для понимания процессов, происходящих во флюиде под воздействием электромагнитных полей, необходимо продолжать подобные исследования.

При обработке данных индукционного каротажа (ИК) используется геоэлектрическая модель, не учитывающая поляризацию пород. В большинстве случаев этой модели достаточно для проведения интерпретации (инверсии) сигналов, но в сложных геологических средах встречаются сигналы ИК, которые не могут быть корректно инвертированы без учета вызванной поляризации (ВП). Это явление может в определенных условиях оказывать существенное влияние на электромагнитные измерения (Mineral discrimination and ..., 1978; Светов, 1992; Svetov, Ageev, 1999; Anderson, Barber, Luling 2006; The early history..., 2007; Study of Unusual..., 2010; и др.). Выделяют три типа поляризации: электронный, ориентационный и связанный с межфазным взаимодействием.

На изучаемых диаграммах ИК, полученных с интервала газонасыщенных сланцев, наблюдается частотная дисперсия электропроводности (с увеличением частоты значения электропроводности возрастает). В рамках резистивной модели не удается удовлетворительно инвертировать подобные сигналы. Использование геоэлектрической модели с учётом поляризации позволяет выполнить инверсию (Гапеев, Ельцов, Эпов 2013). В диссертации показано, что данные с ярко выраженной дисперсией электропроводности можно описать моделью поляризации Коул-Коул.

1.2. Частотная дисперсия диэлектрической проницаемости, методы измерения и интерпретации

Известно, что относительная диэлектрическая проницаемость (ДП) является безразмерной величиной и показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме (Ландау, Лифшиц, 2003). Вопрос измерения диэлектрической проницаемости методами индукционного каротажа был поднят ещё в 60-х годах прошлого века. Были разработаны теория, сква-жинные приборы и интерпретационные схемы (Антонов, Кауфман, 1971; Брылкин, Дубман, 1978; Альпин, Даев, Каринский, 1985; Денисов, 1986).

В прошлом при индукционном каротаже влияние диэлектрической проницаемости на показания приборов пытались исключить, так как проявление поляризационных физических процессов в сигналах, регистрируемых зондами ИК, мешало стандартной интерпретации. В работе (Multi-frequency cancellation..., 2008) авторы минимизируют влияние диэлектрической проницаемости на показания зондов путем многочастотной фокусировки. Они добиваются исключения диэлектрических эффектов в широком частотном диапазоне, создав геометрию зонда таким образом, что при использовании специальных трансформаций сигналов вклад диэлектрической проницаемости минимален. В настоящее время геофизики исследуют возможности анализа и интерпретации измерений комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) для повышения информативности скважинной геоэлектрики. Стоит отметить результаты работы авторов, обобщивших мировой опыт исследования диэлектрической спектроскопии. В статье (Jonscher, 1981) рассматриваются основные типы поляризации диэлектриков, приводятся основные физические принципы поляризации, на основе анализа измеренных данных отмечаются основные типы релаксации. С.М. Аксельрод в своем обзоре (Аксельрод, 2012) рассказывает об основных направлениях современных исследований в области диэлектрической спектроскопии применительно к поисково-разведочным работам.

Нефтесервисными компаниями уже разработаны приборы для скважинной диэлектрической спектроскопии (High frequency dielectric..., 2011; System and

method..2013). В диэлектрическом приборе компании Schlumberger используется пять частот в диапазоне от 20 МГц до 1 ГГц, в результате обработки измеренных разностей фаз и амплитуд получают трансформации измеренных сигналов в кажущиеся электропроводность и диэлектрическую проницаемость. Инверсия полученных электрофизических характеристик осуществляется путем применения метода CRIM (complex refractive index method) для многокомпонентной среды. Метод комплексного показателя преломления (CRIM), или закон Бирчака, предложенный в работе (High dielectric constant..., 1974), был экспериментально проверен (Meyer, 2000; Dielectric Dispersion: А.., 2008) и было показано, что этот закон достовернее остальных описывает поведение трехкомпонентных систем (были измерены электрофизические параметры в широком частотном диапазоне). CRIM основан на длине пути отдельного электромагнитного луча. Длина пути эквивалентна среднему по объему комплексному показателю преломления, и предполагается, что общее время прохождения луча через среду есть сумма времен прохождения через составляющие компоненты системы (Dielectric mixing laws..., 2004). Следует отметить, что формула CRIM не учитывает межфазных взаимодействий компонент системы и лучше всего работает в верхней части мегагерцового диапазона (Stroud, Milton, De, 1986). В любом случае, из всех формул смеси эта зарекомендовала себя как наиболее подходящая для решения задач скважинных диэлектрических исследований. Разработанный прибор в настоящее время применяется, тестируется и модифицируется (New Wireline Dielectric..., 2013). Не менее важен вопрос передачи электрофизических характеристик пласта прибором индукционного каротажа (Долгун, Шурина, Эпов, 2009; Determination of complex..., 2010; Глинских, Никитенко, Эпов, 2013 [1], [2]). Необходимо учитывать вклад в сигнал от зоны проникновения, исключать влияние каверн и прочее.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ельцов, Тимофей Игоревич, 2015 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Аксельрод, С.М. Новые тенденции в диэлектрическом каротаже (по материалам зарубежной печати) / С.М. Аксельрод // Каротажник. - 2012. - № 4. -Вып. 214.-С. 78-113.

2. Альпин, JIM. Теория полей, применяемых в разведочной геофизике / JT.M. Альпин, Д.С. Даев, А.Д. Каринский. - М.: Недра, 1985. - 406 с.

3. Антонов, Ю. Н. Диэлектрический индуктивный каротаж / Ю.Н. Антонов, A.A. Кауфман. - Новосибирск: Наука, 1971. - 140 с.

4. Ахадов, Я.Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов / Я.Ю. Ахадов. -М.: Наука, 1977.-400 с.

5. Бердичевский, М.Н. Частотная дисперсия электрических свойств макроани-затропной среды / М.Н. Бердичевский, В.П. Губатенко, Б.С. Светов // Физика Земли. - № 9. - С. 42-48.

6. Брандт, А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах / A.A. Брандт - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. - Т. 1: 404 с.

7. Брылкин, Ю.Л. Методические указания по диэлектрическому индукционному методу для исследования скважин, бурящихся на нефть и газ / Ю.Л. Брылкин, Л.И. Дубман - Новосибирск: Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья, 1978. - 59 с.

8. Гаврильяк, С. Анализ дисперсии в некоторых полимерных системах методом комплексных переменных / С. Гаврил ьяк, С. Негами // Переходы и релаксационные явления в полимерах. - 1968. - С. 118-137.

9. Гапеев, Д.Н. Эффект вызванной поляризации на диаграммах ИК в газонасыщенных сланцах / Д.Н. Гапеев, Т.И. Ельцов, М.И. Эпов // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2013. - №3. - С. 37-41.

Ю.Глинских, В.Н. Линеаризованные решения прямых и обратных двумерных задач высокочастотного электромагнитного каротажа в проводящих средах с

учетом токов смещения / В.Н. Глинских, М.Н. Никитенко, М.И. Эпов // Геология и геофизика. - 2013. - №12. - С. 1942-1951 [1].

П.Глинских, В.Н. Моделирование и инверсия данных электромагнитного каротажа в пластах конечной мощности, вскрытых на биополимерных и нефтяных буровых растворах / В.Н. Глинских, М.Н. Никитенко, М.И. Эпов // Геология и геофизика. - 2013. - №11. - С. 1803-1813 [2].

12.ГОСТ 26450.1-85. Породы горные. Методы определения коллекторских свойств. Метод определения коэффициента открытой пористости жидкосте-насыщением. - Введ. 1985-02-27. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 9 с.

13.Диэлектрическая релаксация в глинистых нефтесодержащих породах / М.И. Эпов [и др.] // Геология и геофизика. - 2011. - №9.- С. 1302-1309.

14.Денисов, С.Б. Высокочастотные электромагнитные методы исследования нефтяных и газовых скважин / С.Б. Денисов -М.: Недра, 1986, 141 с.

15.Деревянко, А.И. Анализ диэлектрической релаксации в плоскости комплексной диэлектрической проницаемости / А.И. Деревянко, О.Д. Куриленко // Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. - 1971. -№2.-С. 141-147.

16.Долгун, A.A. Распространение электромагнитного поля индукционного источника в средах с временной дисперсией электропроводности и диэлектрической проницаемости / A.A. Долгун, Э.П. Шурина, М.И. Эпов // Геология и геофизика.-2009. -№11.-С. 1266-1275.

17.Духин, С. С. Диэлектрические явления и двойной слой в дисперсных системах и полиэлектролитах / С.С. Духин, В.Н. Шилов - Киев: Наукова думка, 1972.-206 с.

18.Ельцов, И.Н. Обобщение формулы Арчи и типы радиального распределения УЭС в прискважинной зоне / И.Н. Ельцов, A.A. Кашеваров, М.И. Эпов // Геофизический вестник. - 2004. - №7. - С. 9-14.

19.Ельцов, Т.И. Быстрый алгоритм вычисления кажущихся сопротивлений / Т.И. Ельцов, М.Н. Никитенко, С.А. Терентьев // Каротажник. - 2013. - №6. -Вып. 228. - С. 63-72.

20.Ельцов, Т.И. Быстрый алгоритм вычисления кажущихся сопротивлений по сигналам индукционного каротажа [Электронный ресурс] / Т.И. Ельцов, М.Н. Никитенко, С.А. Терентьев // Геофизические исследования в нефтяных и газовых скважинах (Новосибирск, 7-10 ноября 2011 г.). - Новосибирск, 2011. http://www.looch.ru/news/conference%20results.html. (Дата обращения: 15.03.2013).

21.Ельцов, Т.И. Низкочастотные диэлектрические спектры пород, насыщенных водонефтяной смесью / Т.И. Ельцов, В.Н. Доровский, Д.Н. Гапеев // Геология и геофизика.-2014. - №8.-С. 1270-1281.

22.Ельцов, Т.И. Определение пористости и объемных долей компонент среды, насыщенной водонефтяной смесью / Т.И. Ельцов, В.Н. Доровский // Международный научный форум Интерэкспо Гео-Сибирь-2014 (Новосибирск, 1618 апреля 2014 г.). - Новосибирск, 2014. - С. 68-73.

23.Ельцов, Т.И. Определение пористости образцов водонасыщенной горной породы по диэлектрическим спектрам / Т.И. Ельцов, В.Н. Доровский, H.A. Голиков // Науки о Земле. Современное состояние (Геологический полигон «Шира», Республика Хакасия, 31 июля-7 августа 2014 г.). - Новосибирск, 2014.-С. 240-242.

24.Ельцов, Т.И. Измерение водонефтяного соотношения и пористости формации, используя диэлектрическую спектроскопию в скважинных условиях / Т.И. Ельцов [и др.] // Российская техническая нефтегазовая конференция и выставка SPE по разведке и добыче (Москва, 14-16 октября 2014 г.). - М., 2014.

25.Казарян, М.А. Электрофизика структурированных растворов солей в жидких полярных диэлектриках / М.А. Казарян, И.В. Ломов, И. В. Шаманин - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2011. - 192 с.

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

27.Кашеваров, A.A. Гидродинамическая модель формирования зоны проникновения при бурении скважин / A.A. Кашеваров, H.H. Ельцов, М.И. Эпов // Прикладная механика и техническая физика. - 2003. - № 6. - С. 148-157.

28.Компаниец, C.B. Проявление и учет индукционно-вызванной поляризации при изучении осадочного чехла юга Сибирской платформы методом ЗСБ / C.B. Компаниец, Н.О. Кожевников, Е.Ю. Антонов //Геофизика. - 2013. - №1. -С. 35-40.

29.Крылов, С.С. Частотная дисперсия электрических свойств при электромагнитном зондировании с вертикальным магнитным диполем / С.С. Крылов, Н.Ю. Бобров // Физика Земли. - 1997. - №3. - С. 64-70.

30.Ландау, Л.Д. Теоретическая физика: Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - T. VIII - 656 с.

31 .Левицкая, Ц.М. Диэлектрическая релаксация в горных породах / Ц.М. Левицкая // Физика Земли. - 1984. - № 10. - С. 82-87.

32.Левицкая, Ц.М. Анализ релаксационных параметров межповерхностной поляризации горных пород / Ц.М. Левицкая, E.H. Носова // Физика Земли. -1984.-№ 10.-С. 88-93.

33. Левицкая, Ц.М. Влияние углеводородов на диэлектрический спектр песчаников / Ц.М. Левицкая, И.И. Пальвелева // Физика Земли. - 1990. - № 6. - С. 106-110.

34.Левицкая, Ц.М. Зависимость диэлектрической проницаемости доломитов от минерализации насыщающего раствора / Ц.М. Левицкая, E.H. Носова // Физика Земли. - 1986. - № 6. - С. 106-109.

35.Левицкая, Ц.М. Особенности диэлектрической релаксации в породах баже-новской свиты / Ц.М. Левицкая, И.А. Ворсина // Физика Земли. - 1988. - № 9.-С. 100-105.

36.Новое программное обеспечение для обработки сверхглубинных и азимутальных данных, полученных при каротаже в процессе бурения / М.В. Свиридов [и др.] // Российская техническая нефтегазовая конференция и выставка SPE по разведке и добыче (Москва, 16-18 октября 2012 г.). - М., 2012.

37.Ревизский, Ю.В. Исследование и обоснование механизма нефтеотдачи пластов с применением физических методов /Ю.В. Ревизский, В.П. Дыбленко -М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2002. - 317 с.

38.Репин, А.В. Диэлектрическая проницаемость нефтеводонасыщенных кернов баженовской свиты / А.В. Репин, П.П. Бобров, Н.А. Голиков // Актуальные проблемы геологии нефти и газа Сибири (Новосибирск, 10-15 февраля 2014 г.) - Новосибирск, 2014. - С. 217-220.

39.Светов, Б.С. О частотной дисперсии электрических свойств среды / Б.С. Све-тов // Физика Земли. - 1992. - № 4. - С. 62-70.

40.Судакова, М.С. Зависимость диэлектрических характеристик среды от структуры и состава / М.С. Судакова, M.J1. Владов // Геофизика. - 2011. - №2. - С. 30-34.

41.Табарин, В.А. Определение содержания связанной воды в кернах на свч / В.А. Табарин, С.Д. Демьянцева // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». — 2009 г.. - №1.

42.Челидзе, T.JI. Электрическая спектроскопия гетерогенных систем / Т.Л. Челидзе, А.И. Деревянко, О.Д. Куриленко - Киев: Наукова думка, 1977. - 230 с.

43.Эпов, М.И. Диэлектрическая температурная модель влажных нефтесодержа-гцих пород в диапазоне частот от 0.5 до 15 ГГц / М.И. Эпов, И.В. Савин, В.Л. Миронов // Геология и геофизика. - 2012. - №7. - С. 912-919.

44.3-D Study of Resistivity Tool Responses in Formations with Vertical Fractures or Horizontal Transverse Isotropy / F. Le [et al.] // SPWLA 52nd Annual Logging Symposium (Colorado Springs, USA, May 14-18, 2011). - Colorado, 2011.

45.Anderson, B. Observation of large dielectric effects of induction logs, or, can source rocks be detected with induction measurements? / B. Anderson, T. Barber,

M. Luling // SPWLA 47th Annual Logging Symposium (Veracruz, Mexico, June 4-5, 2006. - Veracruz, 2006.

46.Bruggeman, D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen / D.A.G. Bruggeman // Annalen der Physik. - 1935. - №7. -pp. 636-664.

47.Burtman, V. High-frequency induced polarization measurements of hydrocarbon-bearing rocks / V. Burtman, M.S. Zhdanov // SEG San Antonio 2011 Annual Meeting (San Antonio, USA, 18-23 September, 2011). - San Antonio, 2011.

48.Buu-Long, N. Effects of Wettability on Dielectric Properties of Porous Media / N. Buu-Long, J. Bruining, E.C. Slob // SPE Annual Technical Conference and Exhibition (Houston, USA, 3-6 October, 1999. - Houston, 2011.

49.Cole, K.S. Dispersion and Absorption in Dielectrics I. Alternating Current Characteristics / K.S. Cole, R.H. Cole // Journal of Chemical Physics. - 1941. - pp. 341351.

50.Cole, K.S. Dispersion and Absorption in Dielectrics II. Direct Current Characteristics / K.S. Cole, R.H. Cole // Journal of Chemical Physics. - 1942. - pp. 98-105.

51.Debye, P. Polar Molecules / P. Debye. - New York: Chemical Catalogue Company, Inc., 1929.- 172 p.

52.Dielectric effect and resistivity dispersion on induction and propagation-resistivity logs in complex volcanic lithologies: a case study / Altman R. [et al.] // SPLWA 49th Annual Logging Symposium (Austin, USA, May 25-28, 2008). - Austin, 2008.

53.Determination of complex dielectric constants from electromagnetic propagation measurements: patent 20100324826 USA, GOIV 3/38 / M.G. Luling ; applicant and patentee Schlumberger Oilfield Services - № 12810219 application date 10.12.2008; publication date 23.12.2010, USA

54.Dielectric Dispersion: A new Wireline Petrophysical Measurements / M. Hezim [et al.] // SPE Annual Technical Conference and Exhibition (Denver, USA, 21-24 September, 2008). - Denver, 2011.

55.Dielectric Effects on Resistivity Anisotropy in Laminates - or - when is Rv < Rh? / M.G. Luling [et al.] // SPWLA 46th Annual Logging Symposium (New Orlean, USA, 26-29 June, 2005). - New Orlean, 2005.

56.Dielectric mixing laws for fully and partially saturated carbonate rocks / N. Seleznev [et al.] // SPWLA 45th Annual Logging Symposium (Noordwijk, Netherlands, 6-9 June, 2004). - Noordwijk, 2004.

5 7.Experimental study of electrical properties of oil-based mud in the frequency range from 1 to 100 MHz / P.A. Patil [et al.] // SPE Drilling & Complition. - 2010. - №3 -pp. 380-390.

58.Finding oil content of the formation using dielectric spectroscopy : patent application publication 20140207382 USA, E21B 49/00, E21B 47/00, GO IV 3/08, E21B 41/00 / V.N. Dorovsky, D.N. Gapeyev, T. Eltsov ; applicant and patentee Baker Hughes, Inc. - № 13696634 application date 18.07.2011; publication date 24.07.2014, USA

59.Finding oil viscosity and surface tension by means of dielectric spectroscopy : patent application publication 20140019049 USA, GO IV 3/38, GO IV 3/30 / V.N. Dorovsky ; applicant and patentee Baker Hughes, Inc. - № 13991029 application date 16.07.2012; publication date 16.01.2014, USA

60.Hallbauer-Zadorozhnaya, V. The detection of hydrocarbon contaminated of groundwater by using the IP effect in TDEM soundings / V. Hallbauer-Zadorozh-naya, E.H. Stettler // South African Journal of Geology. - 2006. - №4. - pp. 529540.

61 .Hanai, T. Theory of the dielectric dispersion due to the interfacial polarization and its application to emulsions / T. Hanai // Kolloid-Zeitschrift. - 1960. - №1. - pp. 23-31.

62.Haynesville Shale: News, Map, Videos, Lease and Royalty Information. Geosci-ence news and information - URL: http://geology.com/articles/haynesville-shale.shtml . Date of visit 08.09.2013.

63.High dielectric constant microwave probes for sensing soil moisture / R. J. Birchak [et al.] // Proceedings of the IEEE. - 1974. - №1. - pp. 93-98.

64.High frequency dielectric measurement tool : patent 20110221443 USA, G01V 3/10 / M.S. Bittar, J. Li; applicant and patentee Halliburton Energy Services, Inc. - № 13128676 ; application date 11.08.2009 ; publication date 15.09.2011. (USA)

65.Jonscher, A.K. Review - A new understanding of the dielectric relaxation of solids / A.K. Jonscher // Journal of Materials Science. - 1981. - №8.- pp. 2037-2060.

66.Knight, R. Rock/water interaction in dielectric properties: Experiments with hydrophobic sandstones / R. Knight, A. Abad // Geophysics. - 1995. - №2. - pp. 431 -436.

67.Kozhevnikov, N.O. Fast-decaying IP in frozen unconsolidated rocks and potentialities for its use in permafrost-related TEM studies / N.O. Kozhevnikov, E. Y. An-tonov // Geophysical Prospecting. - 2006. - № 4. - pp. 383-397.

68.Kubala, G. Multiple Transverse Fracturing in Open Hole Enables Development of a Low-Permeability Reservoir / G. Kubala // SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference (Woodlands, USA, 19-21 January, 2009). - Woodlands, 2009.

69.Levitskaya, T.M. Polarization processes in rocks 1. Complex Dielectric Permittivity Method / T.M. Levitskaya, B.K. Sternberg // Radio science. - 1996. - №4. - pp. 755-779.

70.Method and apparatus for balancing the electrical output of the receiver coils of an induction logging tool by use of a slidable magnetic rod for eliminating direct coupling : patent 5467019 USA, G01V 3/28, G01V 3/18, G01N 27/72, G01V 3/10, GOIV 13/00 / R.A. Lestor, D. Beard, C.E. Milton ; applicant and patentee Western Atlas International Inc. - № 08203809 : application date 01.03.1994 ; publication date 14.11.1995, (USA)

71.Meyer, W.H. Field measurements of resistivity dispersion using two frequency mwd propagation resistivity tools / W.H. Meyer // Petrophysics. - 2000. - №6. -pp. 492-502.

72.Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency IP / W.H. Pelton [et al.] // Geophysics. - 1978. - №3. - pp. 588-609.

73.Multi-frequency cancellation of dielectric effect: patent 20080231283 USA, GO IV 3/00 / M.N. Nikitenko, L.A. Tabarovsky ; applicant and patentee Baker Hughes Inc. - № 11689118 application date 21.03.2007: publication date 25.09.2008, USA

74.New Wireline Dielectric Dispersion Logging Tool Result in Fluvio-Delatic Sands Drilled with Oil-Based Mud / Bean C. [et al.] // SPWLA 54th Annual Logging Symposium (New Orleans, USA, 22-26 June, 2013). - New Orleans, 2013.

75.Optimization without the Lipschitz Constant / D.R. Jones [et al.] // Journal of Optimization Theory and Application. - 1993. - №1. - pp. 157-181.

76.Producing Gas from its Source / B.C. Keischnick [et al.] // Oilfield Review. - 2006. - №3. - pp. 36-49.

77.Pujana, I. Jurassic Radiolaria in the Subsurface of the Northern Gulf of Mexico, Haynesville Formation, North Louisiana / I. Pujana, N. Shaw, P.F. DuBois // GCAGS 59th Annual Meeting (Shreveport, USA, September 27-29, 2009) : proceedings - Shreveport, 2009.

78.Pujana, I. Lower Bossier- Haynesville Formations, New Biostratigraphic data, from North Louisiana, Salt Province / I. Pujana, N. Shaw, P.F. DuBois // 2010 AAPG Southwest Section (Dallas, USA, 16-18 May, 2010). - Dallas, 2010.

79.Resistivity dispersion - fact or fiction? / J.C. Rasmus [et al.] // SPWLA 44th Annual Logging Symposium (Galveston, USA, June 22-25, 2003). - Galveston, 2003.

80.Schoeppel, R.J. Laboratory study of induced polarization in sandstone rocks with varying salinity and shalyness / R.J. Schoeppel, J.E. Thrasher // SPWLA 7th Annual Logging Symposium (Tulsa, USA, 9-11 May). - Tulsa, 1966.

81. Sen, P. Geometrical model of conductive and dielectric properties of partially saturated rocks / P. Sen, S. Feng // Journal of Applied Physics. - 1985. - №8. - pp. 3236-3243.

82.Shelukhin, V.V. Frequency dispersion of dielectric permittivity and electric conductivity of rocks via two scale homogenization of the Maxwell equations / V.V. Shelukhin, S.A. Terentev // Progress in electromagnetic research. - 2009. - Vol. 14.-pp. 175-202.

83.Stroud, D. Analytical model for the dielectric response of brine-saturated rocks / D. Stroud, G.W. Milton, B.R. De // Physical Review B. - 1986. - №8. - pp. 5145 -5153.

84.Study of Unusual Responses from Multiple Resistivity Tools in the Bossier Formation of the Haynesville Shale Play / B. Corley [et al.] // SPE Annual Technical Conference and Exhibition (Florence, Italy, 19-22 September, 2010). - Florence, 2010.

85.System and method to measure dielectric constant in a subterranean well : patent 12669195 USA, GO IV 3/00, G01V 3/10 / L. Comparon, M. Hizem ; applicant and patentee Schlumberger Technology Corporation - № 12669195 ; application date 09.06.2008 ; publication date 11.11.2010, USA

86.Svetov, B.S. High resolution electromagnetic methods and low frequency dispersion of rock / B.S. Svetov, V.V. Ageev // Annali Di Geofisica. - 1999. - №4: - pp. 699-713.

87.Taumelin, E. Pore-scale petrophysical models for the simulation and combined interpretation of nuclear magnetic resonance and wide-band electromagnetic measurements of saturated rocks / E. Taumelin - A thesis for the PhD degree, The University of Texas, 2006. - 262 p.

88.The early history of the induced polarization method / H. Seigel [et al.] // The Leading EDGE. - 2007. - №3. - pp. 312-321.

89.Vorlicek, J. Measurement of Complex Permittivity of Biological Tissues / J. Vor-licek, L. Oppl, J. Vrba//Progress In Electromagnetics Research Symposium (Cambridge, USA, July 5-8, 2010). - Cambridge, 2010 - pp. 599 - 601.

90.Wolfram Mathematica 9.0, - URL: http://www.wolfram.com/mathematica/ . Date of visit 01.04.2014.

91.Zhdanov, M.S. Laboratory-based GEMTIP analysis of spectral IP data for mineral discrimination / M.S. Zhdanov, V. Burtman // SEG Las Vegas 2012 Annual Meeting (Las Vegas, USA, November 4-9, 2012). - Las Vegas 2012.