Сухорукова Карина Владимировна. Определение электрофизических параметров терригенных отложений на основе совместной численной инверсии данных электрического и электромагнитного каротажа в вертикальных и наклонных скважинах

Краткое описание

Сухорукова Карина Владимировна. Определение электрофизических параметров терригенных отложений на основе совместной численной инверсии данных электрического и электромагнитного каротажа в вертикальных и наклонных скважинах: диссертация ... доктора Технических наук: 25.00.10 / Сухорукова Карина Владимировна;[Место защиты: ФГБУН Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук], 2018

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ ИМ. А.А. ТРОФИМУКА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи
СУХОРУКОВА КАРИНА ВЛАДИМИРОВНА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ СОВМЕСТНОЙ ЧИСЛЕННОЙ ИНВЕРСИИ ДАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА В ВЕРТИКАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ СКВАЖИНАХ
25.0. 10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук
Новосибирск - 2017
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ СИГНАЛОВ ЭЛЕКТРОКАРОТАЖА ОСАДОЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ. МЕТОДЫ, АППАРАТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЯ 15
1.1. Геофизические методы исследования и особенности аппаратуры 17
1.1.3. Аппаратурные комплексы СКЛ с одновременным измерением сигналов БКЗ и ВЭМКЗ 22
1.2. Программное обеспечение количественной интерпретации 26
1.2.1. Алгоритмы и программы численного моделирования 26
1.2.2. Алгоритмы и программы численной инверсии 30
1.2.3. Функция чувствительности 37
1.3. Выбор геоэлектрической модели в зависимости от особенностей строения геологического разреза 38
1.3.1. Геоэлектрическая модель терригенного коллектора 39
1.3.2. Геоэлектрическая модель терригенных покрышек 47
1.3.3. Геоэлектрическая модель баженовской свиты 52
1.4. Геометрические и электрофизические особенности геоэлектрической модели в зависимости от условий бурения: вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины 57
1.5. Влияние на сигналы БКЗ и ВЭМКЗ условий измерения 59
1.5.1. Влияние эксцентриситета на сигналы ВЭМКЗ 65
1.5.2. Влияние эксцентриситета и радиуса корпуса прибора и эллиптичности сечения скважины на сигналы БКЗ 80
1.5.3. Влияние неровностей стенки скважины на сигналы ВЭМКЗ 83
1.5.4. Влияние неровностей стенки скважины на сигналы БКЗ 96
Глава 2. АНИЗОТРОПИЯ УЭС ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПО ДАННЫМ БОКОВОГО КАРОТАЖНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ 100
2.1. Анализ известных подходов к определению анизотропии УЭС по данным БКЗ 103
2.2. Практические данные БКЗ в однородных анизотропных глинистых пластах и их инверсия в изотропной геоэлектрической модели 117
2.3. Результаты численного моделирования сигналов градиент-зондов в анизотропных геоэлектрических моделях 125
2.3.1. Однородный анизотропный пласт 125
2.3.2. Макроанизотропный пласт 129
2.3.3. Пересечение границы изотропного и анизотропного пластов при равных значениях горизонтального УЭС и УЭС изотропных пластов 135
2.3.4. Изотропный пласт в анизотропных вмещающих и анизотропный пласт в изотропных вмещающих при одинаковых значениях горизонтального и изотропного УЭС (высокоомная модель) 138
2.3.5. Трехслойная модель песчано-глинистых отложений с изотропными и анизотропными пластами и зоной проникновения 140
2.4. Количественная интерпретация сигналов БКЗ, измеренных на интервалах глинистых
отложений 144
Выводы и результаты 154
Глава 3. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА В ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ ...156
3.1. Известные подходы к оценке диэлектрической проницаемости 157
3.2. Различие геоэлектрических моделей однородных глинистых пластов по данным ВЭМКЗ и БКЗ 176
3.2.1. Глины над коллектором АС9 (Хорлорское месторождение) 176
3.2.2. Низкоомные глины Восточно-Сургутского месторождения 180
3.3. Сигналы высокочастотного электромагнитного каротажа в однородной гомогенной высокоомной среде с учетом ее диэлектрических свойств (Телецкое озеро) 182
3.4. Влияние диэлектрической проницаемости на сигналы ВЭМКЗ в геоэлектрических моделях разной сложности 192
3.4.1. Однородная среда 192
3.4.2. Горизонтально-слоистая модель 196
3.4.3. Двумерная модель 199
3.4.4. Наклонный зонд в горизонтально-слоистой модели 203
3.5. Определение диэлектрической проницаемости по практическим данным 206
3.5.1. Трансформация 8к 206
3.5.2. Коррекция систематической погрешности при измерении отношения амплитуд 210
3.5.3. Определение диэлектрической проницаемости с использованием инверсии ..216
3.5.4. Частотная дисперсия диэлектрической проницаемости глин 220
Выводы и результаты 228
Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА И БОКОВОГО КАРОТАЖНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В СУБГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ 230
4.1. Современный уровень разработки интерпретационной базы индукционного каротажа в субгоризонтальных скважинах 232
4.2. Обоснование применения горизонтально-слоистой модели как базовой для инверсии сигналов длинных зондов электромагнитного каротажа 240
4.2.1. Влияние измененной зоны пониженного сопротивления 240
4.2.2. Влияние неровностей стенки скважины на сигналы ВЭМКЗ и БКЗ 249
4.3. Основные зависимости расчетных сигналов ВЭМКЗ и БКЗ в наклонных и горизонтальных скважинах 252
4.3.1. Сигналы ВЭМКЗ и БКЗ в наклонной скважине, пересекающей пласты с измененной прискважинной зоной 254
4.3.2. Зависимость сигналов ВЭМКЗ от положения скважины с горизонтальным завершением относительно контрастной геоэлектрической границы 258
4.4. Приемы количественной интерпретации данных электромагнитного каротажа в наклонных и горизонтальных скважинах 267
4.4.1. Выбор стартовой геоэлектрической модели 271
4.4.2. Проведение инверсии 277
4.5. Определение анизотропии УЭС макроанизотропных осадочных отложений по сигналам ВЭМКЗ в наклонных скважинах 283
4.5.1. Определение горизонтального и вертикального сопротивлений в мощном пласте по разности фаз ВЭМКЗ в субгоризонтальной скважине 284
4.5.2. Определение вертикального сопротивления в мощном пласте по данным ВЭМКЗ в наклонной и вертикальной скважине 293
4.5.3. Определение вертикального сопротивления в наклонной скважине по данным ВЭМКЗ и БКЗ 295
Выводы и результаты 298
Глава 5. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОЖНОПОСТРОЕННЫХ РАЗРЕЗОВ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА . 299
5.1. Электрическая анизотропия и диэлектрическая проницаемость глинистых покрышек по данным ВЭМКЗ и БКЗ 300
5.2. Выявление зон техногенного обводнения по радиальному распределению УЭС 307
5.3. Строение тонких коллекторов по данным ВЭМКЗ и БКЗ 312
5.4. Электрофизические свойства баженовской свиты 317
5.3.1. Определение анизотропии УЭС баженовской свиты по данным БКЗ 317
5.3.2. Определение диэлектрической проницаемости баженовской свиты по данным ВЭМКЗ 321
Выводы и результаты 322
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 323
СОКРАЩЕНИЯ и УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 326
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 329
ВВЕДЕНИЕ
Объект исследования - сигналы высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования (ВЭМКЗ) и бокового каротажного зондирования (БКЗ) при изучении нефтенасы-щенных терригенных коллекторов и их покрышек, с учётом анизотропии электропроводности и повышенной диэлектрической проницаемости.
Актуальность
В последнее время в связи с усложнением строения разрабатываемых нефтегазовых кол-лекторов и технологий их вскрытия увеличивается доля ошибочных заключений о нефтегазосо- держании, сделанных на основе анализа данных скважинной электрометрии. Причина этого - в несоответствии методик интерпретации данных измерения и сложности базовых геоэлектриче- ских моделей. Обычно сигналы зондов постоянного и переменного тока представляются в виде трансформации в кажущееся сопротивление рк однородной среды, сигнал в которой равен из-меренному. Введение некоторых поправок, приближающих трансформацию к удельному элек-трическому сопротивлению (УЭС) пласта - с помощью учета влияния раствора в скважине, зоны проникновения, вмещающих пород - корректно только в случае, если эти параметры могут быть точно оценены, а их совместное влияние на сигнал является аддитивным.
Информативные возможности некоторых методов электрометрии определяются физиче-скими ограничениями используемого способа возбуждения среды. Например, по данным мето¬дов постоянного тока упрощенная модель радиального распределения УЭС, формирующегося в процессе фильтрации глинистого бурового раствора при вскрытии проницаемого пласта, тра-диционно представляется двухслойкой: цилиндрической зоной проникновения (зоной, промы¬той фильтратом бурового раствора с повышенным УЭС по сравнению с пластом) и неизменен¬ной частью пласта. Наличие в нефтеводонасыщенном коллекторе еще и окаймляющей зоны (зоны скопления пластовой воды с пониженным УЭС по сравнению с пластом и зоной проник¬новения) не принималось во внимание из-за отсутствия чувствительности методов постоянного тока (бокового каротажа и бокового каротажного зондирования) к этой зоне пониженного УЭС, несмотря на то, что она известна с середины прошлого века. Метод низкочастотного индукци¬онного каротажа, в силу большого осреднения влияния окружающих пластов, также не позво¬ляет выделять эту зону. Однако с началом измерения методом электромагнитного каротажа (вы¬сокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование, или ВИКИЗ, и вы¬сокочастотное электромагнитное каротажное зондирование, или ВЭМКЗ) игнорировать нали¬чие окаймляющей зоны при инверсии кривой зондирования стало невозможно.
Следующим фактором, приводящим к ошибкам определения УЭС, является упрощенный подход к интерпретации. Это не только тенденция к абсолютизации трансформаций, но и по-всеместный отказ от методик извлечения содержащейся в измеряемых сигналах информации о геоэлектрических параметрах, которые в какой-то момент показались несущественными, но в новых условиях (другие глубина и строение отложений, условия измерения) начинают сильно изменять сигнал. Примером этого является анизотропия УЭС осадочных пород и ее вклад в сиг-налы градиент-зондов. Методики её оценки по данным БКЗ были разработаны через 2-3 десятка лет после возникновения электрического каротажа, но не были востребованы. Однако с увели-чением глубины залегания усиливается и электрическая анизотропия, и контраст УЭС между буровым раствором и породой или между контактирующими пластами, кроме того уменьша¬ются мощности пластов, которые можно считать однородными, а в этом случае "парадокс ани-зотропии" перестает выполняться. Решение этой проблемы достигается только на основе инвер¬сии с определением двумерной трансверсально-изотропной геоэлектрической модели.
Давно замечено и статистически подтверждено при измерениях в скважинах на место-рождениях Западной Сибири, что определяемое по данным высокочастотного электромагнит¬ного каротажа УЭС пластов оказывается ниже, чем определяемое по данным бокового каротаж¬ного зондирования или бокового каротажа, если базовая модель интерпретации характеризуется только одним параметром - УЭС. В непроницаемых пластах значения УЭС понижены по дан¬ным зондов ВЭМКЗ, работающим на высоких частотах. В последнем случае исследователями предполагалось наличие измененной прискважинной зоны: в уплотненных отложениях - из-за техногенной трещиноватости, а в низкоомных глинистых отложениях - из-за "разбухания". Но совместный численный анализ данных, одновременно измеренных комплексом методов, часто не подтверждает такие предположения, а приводит к выводу о влиянии на сигналы ВЭМКЗ про¬цессов электрической поляризации геологической среды, которое может быть описано некото¬рым эффективным значением диэлектрической проницаемости.
Быстрое развитие технологий бурения наклонных и горизонтальных стволов привело к резкому изменению как условий измерения, так и геоэлектрических моделей вскрытого геоло-гического разреза. Привычные зависимости сигналов от УЭС пластов в условиях минерализо-ванных буровых растворов и больших зенитных углов наклона скважины перестают выпол¬няться, и разработанные для вертикальных скважин методики приводят к большим ошибкам при оценке УЭС и эффективной мощности коллекторов. При высокой электропроводности рас¬твора в узкой скважине увеличивается влияние на сигналы ВЭМКЗ эксцентриситета зондов, ка¬верн и трещин на стенке скважины и неровности ее ствола, а при большом диаметре новых ав¬тономных приборов сигналы БКЗ зависят от вытеснения раствора корпусом прибора. Отсут¬ствие зоны проникновения и окаймляющей зоны лишает интерпретаторов одного из явных при¬знаков наличия смешанного насыщения. Наклон зондов относительно геоэлектрических границ приводит к сильным изменениям вида диаграмм. При высокой вариативности электрических параметров геологических пластов и угла наклона затруднено создание обобщенных палеток. Разработаны программные средства моделирования и инверсии сигналов, но для их правиль¬ного применения необходимо как теоретическое исследование зависимости сигналов от УЭС и геометрических особенностей модели, так и разработка методических приемов количественной интерпретации для условий наклонных и горизонтальных скважин.
В наклонных скважинах также остаются осложняющими факторами и поляризуемость среды, и анизотропия УЭС. И если теоретических и практических предпосылок для введения анизотропии диэлектрической проницаемости пока нет, то анизотропия УЭС в наклонной сква-жине проявляется в данных всех методов электрометрии, изменяя распределение электромаг-нитного поля даже в мощных однородных пластах. Численные исследования влияния анизотро¬пии на сигналы ВЭМКЗ и БКЗ в наклонных скважинах только начаты, весьма ресурсоемки и проводятся с целью выявления основных особенностей сигналов и их зависимости от парамет¬ров некоторых типичных моделей.
Исходя из вышесказанного, сегодня необходима разработка новых способов количе-ственной интерпретации, основанных:
- на совместном анализе как откликов, возбуждаемых в среде постоянным и переменным электрическим полем, так и разных характеристик сигнала одного метода (зонды разной длины, разности фаз и отношения амплитуд в электромагнитном каротаже);
- на применении более совершенных программно-алгоритмических средств расчета сиг¬налов в геоэлектрических моделях, соответствующих по сложности строению геологических разрезов и условиям измерения (небольшие мощности пластов по отношению к длинам зондов, высокий контраст УЭС на цилиндрических и горизонтальных границах, объемная и поверхност¬ная поляризация, анизотропия УЭС, наличие измененных при бурении прискважинных зон, ре¬альные размеры и формы сечения и траектории скважины, размеры и положение каротажного прибора и его измерительных элементов, эксцентриситет каротажного зонда);
- на построении единой геоэлектрической модели с расширенным комплексом электро¬физических параметров, объясняющей поведение всех измеренных сигналов комплекса мето¬дов электрометрии.
Цель исследования - повысить достоверность и информативность количественной ин-терпретации сигналов БКЗ и ВЭМКЗ в нефтяных скважинах на основе построения согласован¬ной геоэлектрической модели с применением:
- двумерной инверсии сигналов БКЗ в вертикальных скважинах с учётом электрической анизотропии;
- совместной инверсии сигналов БКЗ и ВЭМКЗ в вертикальных скважинах с определе-нием удельного электрического сопротивления (УЭС) и диэлектрической проницае¬мости (ДП);
- инверсии сигналов ВЭМКЗ в субгоризонтальных скважинах, совместной инверсии сигналов БКЗ и ВЭМКЗ с учётом электрической анизотропии.
Научные задачи - разработать и обосновать комплекс методических приёмов количе-ственной интерпретации сигналов БКЗ и ВЭМКЗ с учётом условий в скважине, её наклона и конструктивных особенностей аппаратуры для определения электрофизических свойств терри- генных отложений:
- анизотропии УЭС по сигналам БКЗ в вертикальных скважинах при несоответствии зон проникновения, полученных в изотропных моделях из данных БКЗ и ВЭМКЗ;
- диэлектрической проницаемости и её частотной дисперсии по сигналам ВЭМКЗ в вер-тикальных скважинах с предварительным построением резистивной модели по дан¬ным БКЗ;
- УЭС отложений в результате инверсии сигналов ВЭМКЗ в субгоризонтальных сква-жинах, а также их электрической анизотропии по сигналам ВЭМКЗ и БКЗ.
Фактический материал, методы и программно-алгоритмические средства
Основной метод исследования - анализ результатов численного моделирования сигналов БКЗ и ВЭМКЗ (значений кажущегося сопротивления для градиент-зондов, разности фаз и отно-шения амплитуд и их трансформаций для зондов ВЭМКЗ) в сравнении с практическими дан¬ными из вертикальных, наклонных и горизонтальных нефтяных скважин месторождений Запад¬ной Сибири.
Численное моделирование и инверсия выполнялись с использованием верифицирован¬ных программ, разработанных сотрудниками Института нефтегазовой геологии и геофизики им.
А.А. Трофимука СО РАН (Л.А. Табаровский, В.П. Соколов, М.И. Эпов, М.Н. Никитенко, А.Б. Черяука, С.В. Мартаков, И.Н. Ельцов, Э.П. Шурина, И.В. Суродина, О.В. Нечаев, В.Н. Глинских и др.) на основе полученных ими теоретических результатов. Верификация программ осуществ-ляется перекрестным сравнением результатов расчета (программы на основе разных вычисли-тельных алгоритмов) и сравнением с практическими сигналами, измеренными калиброванной аппаратурой в разрезе с известными характеристиками. Инверсия сигналов осуществляется на основе как хорошо известных алгоритмов, уже зарекомендовавших себя при решении обратных задач геофизики, так и новых их модификаций. Программы инверсии протестированы на мате-риале из большого числа скважин с разных месторождений Западной Сибири, особенности их применения и полученные геоэлектрические модели отложений представлены на многих рос-сийских и зарубежных конференциях и в многочисленных статьях.
При численном моделировании используются значения модельных параметров, характе-ризующих геологические отложения (геометрические и электрофизические параметры пластов и цилиндрических измененных зон), установленные по многочисленным данным комплекса мето¬дов ГИС из вертикальных и наклонных скважин, и модельных параметров, описывающих условия измерения (УЭС бурового раствора, диаметр и траектория скважины, характерный размер неров-ности ее стенки, диаметр и эксцентриситет прибора), которые соответствуют типичным верти-кальным, наклонным и субгоризонтальным скважинам в Западной Сибири.
Выводы базируются на результатах сравнительного анализа рассчитанных сигналов и практических данных, измеренных и предоставленных специалистами компаний "Сургутнеф-тегаз", Нижневартовскнефтегеофизика", "Ноябрьскнефтегеофизика" и НПП ГА "Луч" более чем в 100 вертикальных скважинах и более чем в 30 скважинах с горизонтальным завершением в Западной Сибири, включающих данные ВЭМКЗ (ВИКИЗ), БКЗ, бокового каротажа (БК), кавер- нометрии, гамма-каротажа (ГК), нейтронного каротажа (ННКт), потенциала самопроизвольной поляризации (ПС) и др.
Практические данные БКЗ и ВЭМКЗ измерены калиброванной и сертифицированной ка-ротажной аппаратурой К1А-723М (Научно-производственное объединение "ГЕОПРОМ", г. Уфа); ВИКИЗ, "Алмаз", новой серии СКЛ (СКЛ-76, СКЛ-102, СКЛ-160), ВИК-ПБ (Научно-про-изводственное предприятие геофизической аппаратуры "Луч", г. Новосибирск). Пятизондовая модификация аппаратуры электромагнитного каротажа, высокочастотное индукционное каро-тажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ), в 1997 году включена Государственной ко-миссией по запасам Министерства природных ресурсов Российской Федерации в основной ком-плекс методов геофизических исследований скважин при изучении терригенных разрезов За-падной Сибири.
Защищаемые научные результаты
1. Методические приёмы количественной интерпретации сигналов БКЗ в вертикальных скважинах с определением УЭС терригенных отложений и его анизотропии на основе двумер¬ной инверсии. Анизотропные глинистые пласты выявляются по фиктивной прискважинной зоне повышенного (БКЗ) и пониженного (ВЭМКЗ) УЭС.
2. Методические приёмы количественной интерпретации сигналов ВЭМКЗ в вертикаль¬ных скважинах с определением ДП терригенных отложений на основе инверсии с предвари¬тельным построением резистивной модели по данным БКЗ. Получены оценки ДП пород глини¬стых покрышек и баженовской свиты, зависящие от частоты в диапазоне 0.875-14.0 МГц.
3. Методические приёмы количественной интерпретации низкочастотных сигналов ВЭМКЗ в субгоризонтальных скважинах с определением УЭС терригенных отложений на ос¬нове инверсии в горизонтально-слоистой модели и электрической анизотропии при изменяю¬щемся зенитном угле или по комплексу данных БКЗ и ВЭМКЗ.
Научная новизна и личный вклад
Разработаны, теоретически и экспериментально обоснованы методические приёмы сов-местной интерпретации одновременно измеренных в скважинах сигналов БКЗ и ВЭМКЗ, в том числе для количественного определения электрической анизотропии и диэлектрической прони-цаемости.
1. Определение анизотропии УЭС в вертикальных скважинах по сигналам БКЗ (с учётом ВЭМКЗ) базируется на следующих принципах:
- чувствительности сигналов БКЗ достаточно для определения горизонтального и вер-тикального УЭС;
- идентификация анизотропных интервалов проводится по фиктивной прискважинной зоне в рамках изотропной модели;
- в стартовой геоэлектрической модели значение вертикального УЭС оценивается по соотношению значений УЭС пласта и фиктивной прискважинной зоны в изотропной модели.
2. При оценке ДП и её частотной дисперсии по сигналам ВЭМКЗ и БКЗ в вертикальных скважинах установлено, что:
- определение ДП следует проводить путём инверсии пластовых значений сигналов;
- интервалы с проявлением электрической поляризации определяются по превышению значений УЭС по данным БКЗ над значениями УЭС по данным ВЭМКЗ;
- при совместной инверсии сигналов БКЗ и ВЭМКЗ резистивная модель строится по данным БКЗ, ДП определяется по данным ВЭМКЗ.
3. При построении геоэлектрической модели осадочных отложений по сигналам ВЭМКЗ в субгоризонтальных скважинах:
- для инверсии низкочастотных сигналов применяется расчет сигнала наклонного зонда в горизонтально-слоистой модели;
- с использованием инверсии разности фаз и отношения амплитуд определяются тол-щины и УЭС пластов, соответствующие вертикальному распределению нефтенасы- щения в коллекторе;
- электрическая анизотропия пласта оценивается: при инверсии данных ВЭМКЗ в ин-тервале с изменяющимся зенитным углом; по УЭС изотропных моделей, построенных по данным БКЗ и ВЭМКЗ;
- субвертикальные неоднородности выделяются по данным БКЗ.
Теоретическая и практическая значимость
Построение согласованной геоэлектрической модели увеличивает достоверность и сужает диапазон неоднозначности УЭС пластов-коллекторов с уточнением подсчётных пара¬метров (пористости, флюидонасыщения и эффективных толщин).
Введением модели с расширенным набором электрических параметров (с анизотропией УЭС и диэлектрической проницаемостью) устраняется кажущееся противоречие между сигна¬лами ВЭМКЗ и БКЗ.
Для пластов с толщиной, меньшей длины зондов удается определить УЭС и его анизо-тропию, а также диэлектрическую проницаемость и её частотную дисперсию, что существенно увеличивает информативность комплекса электрических и электромагнитных методов ГИС.
По результатам инверсии измеренных аппаратурой СКЛ сигналов БКЗ определена ани-зотропия УЭС, а по сигналам ВЭМКЗ получены оценки ДП и определена её зависимость от частоты в диапазоне от 875 кГц до 14 МГц на интервалах глинистых покрышек и баженовской свиты, что дополняет базу известных электрофизических свойств этих отложений.
Оценка горизонтального и вертикального УЭС позволяет определить эффективную тол-щину коллектора. а также УЭС проницаемых прослоев, что повышает достоверность заключе¬ния о типе флюидонасыщения. Выявление участков субгоризонтальных скважин, вскрывших отложения с сильной электрической анизотропией, позволяет локализовать интервалы, потен-циально опасные для проведения гидроразрыва.
По результатам анализа сигналов ВЭМКЗ в субгоризонтальных скважинах, пересекаю¬щих кровлю коллектора или приближающихся к его границам, выявлены их особенности, кото¬рые при традиционной интерпретации могут привести к ошибочному заключению о повышен¬ном нефтесодержании в исследуемых интервалах.
Полученные научные результаты используются в ИНГГ СО РАН и в НПП ГА «Луч» для интерпретации данных исследования в вертикальных, наклонных и субгоризонтальных скважи¬нах и в курсе лекций для студентов ГГФ НГУ и специалистов-интерпретаторов треста "Сургут- нефтегеофизика", входят в отчёты по договорам с производственными организациями (Сургут-нефтегаз, Нижневартовскнефтегеофизика, Ноябрьскнефтегеофизика и НПП ГА "Луч").
Степень достоверности результатов
Высокая степень достоверности численных результатов определяется использованием надежных программно-алгоритмических средств решения прямых задач электрического и элек-тромагнитного каротажа, которые прошли тщательную верификацию, многократное тестирова¬ние на внутреннюю сходимость, многократное сравнение с данными, измеренными в физиче¬ских моделях сред и в нефтяных вертикальных и субгоризонтальных скважинах. Приемы кор¬рекции влияния бурового раствора, эксцентриситета прибора, неровности стенки и ствола сква¬жины прошли проверку на практических данных. Коэффициенты анизотропии УЭС глинистых отложений, полученные с применением предложенных способов в вертикальных и горизонталь-ных скважинах, близки между собой. Зависимость ДП от частоты в диапазоне от 875 кГц до 14 МГц аналогична полученным независимо при лабораторных исследованиях керна и водосо-держащих смесей твердых компонентов горных пород. Результаты опубликованы, а также не-однократно обсуждались и получили одобрение специалистов на научно-практических конфе-ренциях.
Надежность тестирования на практических материалах обеспечивается представитель-ностью используемых в работе данных комплекса геофизических исследований в открытом стволе вертикальных, сильнонаклонных и субгоризонтальных скважин, высокой точностью ла-бораторного тестирования отдельных электронных узлов аппаратуры ВЭМКЗ и последующей ее калибровки в тестовых физических моделях электропроводящей среды, а также многолетнего опыта использования разных модификаций аппаратуры при исследовании разрезов Западной Сибири и обширной базы накопленных данных.
Апробация работы и публикации
Выносимые на защиту результаты изложены в 26 рецензируемых публикациях, в том числе в 19 статьях, опубликованных в 6 рецензируемых научных журналах, рекомендованных перечнем ВАК (Бурение и нефть - 1, Геология и геофизика - 2, Геология и минерально-сырье¬вые ресурсы Сибири - 1, Геология нефти и газа - 1, Каротажник - 12, Нефтяное хозяйство - 2).
Материалы работы представлены на научных и научно-практических конференциях и семинарах.
Международные конференции: 5th SEGJ International Symposium - Imaging Technology (Tokyo, Japan, 2001); The 19th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth (Beijing, China, 2008); "Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии по¬иска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых" "Гео-Сибирь" (Новоси¬бирск, 2008, 2009, 2012-2016); "Тюмень-2009" (Тюмень, 2009); "Актуальные проблемы элек¬тромагнитных зондирующих систем" (Киев, Украина, 2009, 2012); EAGE "Санкт-Петербург- 2010. К новым открытиям через интеграцию геонаук" (Санкт-Петербург, 2010); Китайско-рос¬сийский симпозиум по промысловой геофизике (Уфа, 2010; Иркутск, 2012); ENGII Conferences "International Conference on Geology and Geophysics" (Beijing, China, 2013); "Тюмень 2013: Новые геотехнологии для старых провинций" EAGE (Тюмень, 2013); 6th Saint Petersburg International Conference & Exhibition "Geosciences - Investing in the Future" (Санкт-Петербург, 2010, 2014); 2nd International Conference Dedicated to Mudrocks "GeoShale-2014: Recent Advances in Geology of Fine-Grained Sediments" (Warsaw, Poland, 2014); "Тюмень 2015: Глубокие горизонты науки и недр" (Тюмень, 2015); EAGE Conference and Exhibition "Earth Science for Energy and Environ¬ment" (Madrid, Spain, 2015); "Horizontal Wells. Problems and Prospects 2015" EAGE (Мос;ква, 2015); EAGE Conference and Exhibition “Efficient use of technology - unlocking potential” (Vienna, Austria, 2016); "Геомодель-2016" (Геленджик, 2016); EAGE/SPE Workshop on Shale Science 2017 (Москва, 2017).
Российские конференции: научно-практическая конференция "Электрические и электро-магнитные методы исследования в нефтегазовых скважинах" (Новосибирск, 1999); "Уральская молодежная научная школа по геофизике" (Пермь, 2007); "Трофимуковские чтения" (Новоси¬бирск, 2007, 2011, 2013, 2015); "Геофизические исследования в нефтегазовых скважинах - 2011" (Новосибирск, 2011); "Пути развития нефтегазового и рудного потенциала Ханты-Мансийского автономного округа - Югры" (Ханты-Мансийск, 2011, 2012); "Всероссийское литологическое совещание, посвящ. 100-летию со дня рожд. Л.Б. Рухина" (Санкт-Петербург, 2012); "Проблемы геологии и пути их решения при разведке и разработке месторождений нефти и газа в Западной Сибири" (Тюмень, 2012); VI Всероссийская школа-семинар имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли "ЭМЗ-2013" (Новосибирск, 2013); "Науки о земле. Современное состояние" (Геологический полигон "Шира", республика Хакасия, 2013, 2015); "Геология, геофизика и минеральное сырье Сибири" (Новосибирск, 2015); "Сибирская научно-практическая конференция молодых ученых по наукам о Земле" (Новосибирск, 2012, 2014, 2016); "Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эф-фективности" (Тюмень, 2016).
Благодарности
Проведению исследований способствовало доброжелательное отношение со стороны всех сотрудников лабораторий электромагнитных полей и скважинной геофизики Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. Автор благодарен всем кол-легам за всестороннюю помощь и внимание к разрабатываемой тематике. Представленные ре-зультаты не были бы получены без теоретических и методических достижений Ю.Н. Антонова, Л.А. Табаровского, М.И. Эпова, В.П. Соколова, Ю.А. Дашевского, В.С. Могилатова, В.Н. Глин-ских; разработанного М.Н. Никитенко, О.В. Нечаевым и И.В. Суродиной уникального и надеж¬ного программного обеспечения численного моделирования; высоконадежных данных каро¬тажа новейшими приборами, разработанными в ННП ГА "Луч" под руководством К.Н. Каю¬рова, В.Н. Еремина и А.Н. Петрова; системы инверсии данных электрокаротажа, поддерживае¬мой коллективом под руководством И.Н. Ельцова, А.Ю. Соболева и А.А. Власова; высокого уровня подготовки студентов-геофизиков ГГФ НГУ А.М. Петрова, Е.В. Копытова, Д.А. Литви- ченко и аспирантов А.А. Горбатенко и В.С. Аржанцева, участвовавших в решении научных за¬дач; содержательных обсуждений физических аспектов работы с А.К. Манштейном, Е.Ю. Ан¬тоновым и Г.В. Нестеровой; а также без консультаций по оформлению диссертации и докумен¬тов Н.Н. Неведровой и В.И. Самойловой.
Представленное исследование оформилось как тематически связанная научная работа благодаря профессиональной и дружеской поддержке д.т.н., профессора, академика РАН М.И. Эпова, замечания и советы которого трудно переоценить.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 357 страниц текста, в том числе 166 рисунков и библиографию из 357 наименований.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основным результатом работы является создание и научное обоснование методических приемов анализа и совместной количественной интерпретации данных высокочастотного элек-тромагнитного каротажного зондирования и бокового каротажного зондирования, направлен¬ных на повышение достоверности, разрешающей способности и эффективности скважинной электрометрии в вертикальных и субгоризонтальных скважинах.
На базе предложенных способов обработки и количественной интерпретации данных электрического и электромагнитного каротажа в вертикальных и наклонных скважинах решен комплекс первоочередных задач для развития электрокаротажных методов изучения осадочных отложений, в том числе электрически анизотропных и поляризующихся. Совместная численная инверсия данных высокочастотного электромагнитного каротажного зондирования и бокового каротажного зондирования позволяет построить реалистичную геоэлектрическую модель тер- ригенных разрезов, решая тем самым проблему кажущейся несогласованности поведения сиг-налов, обычную для традиционных методик. Применением при препроцессинге и инверсии дан-ных скважинной электрометрии современных верифицированных алгоритмов расчета сигналов обеспечивается наиболее полный учет влияния как условий измерения в скважине, так и кон-структивных особенностей аппаратуры, а следовательно повышается точность восстановления электрофизических параметров горных пород.
Обоснование применения быстрых программ решения прямых задач для градиент-зон¬дов в вертикальных скважинах и для длинных зондов ВЭМКЗ в наклонных скважинах откры¬вает возможности создания на основе имеющихся программных разработок автоматизирован¬ных систем количественной интерпретации и широкого их использования на практике. Внедре¬ние таких систем вместе с разработанным методическим обеспечением позволит получить бо¬лее достоверную информацию о пространственном распределении удельного электрического сопротивления тонкослоистых контрастных осадочных разрезов, чем применение палеточной интерпретации и тем более визуальной интерпретации диаграмм кажущегося сопротивления.
В вертикальных скважинах определение по кондиционным данным БКЗ анизотропии УЭС представляется выгодной альтернативой использованию сложных и дорогих зарубежных аппаратурных разработок и технологий. Выявление анизотропии по комплексу данных БКЗ и ВЭМКЗ с привлечением данных БК не требует сложных навыков и особенных затрат: измерение таким комплексом уже два десятилетия широко применяется на территории Западно-Сибирской НГП.
Хотя диэлектрическая проницаемость горных пород исследуется довольно давно, опре-деление этого параметра проводится в основном на образцах, составленных из компонентов по-род, и в меньшей степени на кернах. При этом часто сложно оценить влияние искажающих па-раметров измерительной установки. Оценка ДП по предлагаемой методике проводится по дан-ным, измеренным, во-первых, в условиях естественного залегания пород, во-вторых, в суще-ственно большем их объеме, а в-третьих, в большом количестве скважин. Поскольку получен-ные на частотах ВЭМКЗ значения ДП оказываются близкими к известным из публикаций ре-зультатам измерения на образцах, представляется перспективным их накопление и системати-зация в соответствии с литологическими особенностями отложений.
Методика построения геоэлектрической модели отложений, вскрываемых сильно наклонными и субгоризонтальными скважинами, в том числе оценки анизотропии УЭС, приво-дит к пространственным распределениям УЭС, существенно отличающимся от установленных по традиционным методикам. В пользу предлагаемого подхода свидетельствует физически обоснованное вертикальное распределение УЭС (снижающееся от кровли к подошве), опреде-ляемое в нефтеводонасыщенном коллекторе, подстилаемом высокоомным пластом, притом что при традиционном подходе УЭС в коллекторе повышается с приближением к подошве. Сочета-ние при инверсии давно применяемого "оконного" подхода с предложенным, при котором на значительном протяжении скважины подбирается одна горизонтально-слоистая модель, пред-ставляется целесообразным для выделения областей латеральных изменений на фоне однород-ных горизонтальных напластований (например, зон обводнения или субвертикальных зон зале-ченных трещин).
Следует отметить, что повышение достоверности результатов с помощью предложенных методик основано на том, что с высокой точностью измеряются как обрабатываемые сигналы, так и параметры среды, в которой находится прибор (УЭС раствора, радиальные размеры сече-ния скважины), а также смещение прибора с оси скважины. Требование высокой точности из-мерения может не выполняться по следующим причинам: 1) не для всех приборов используется тестирование в объемной физической модели; 2) не всеми производственными компаниями своевременно выполняются регламентированные метрологические работы; 3) в некоторых слу-чаях компании проводят "исправление" измеряемых сигналов без документации этого действия. Но, с другой стороны, проблема калибровки каротажных приборов неизбежно должна подни-маться из-за усложнения геологического строения отложений, разрабатываемых в последние десятилетия: целевыми объектами для нефтяной промышленности становятся сложнопостроен- ные коллекторы небольшой толщины, с глинистыми и карбонатизированными прослоями, что существенно изменяет распределение УЭС и приводит к усилению его анизотропии, а также с глинистой цементацией и пиритизацией, повышающими поляризуемость.
Остаются пока не исследованными вопросы построения оптимальной функции невязки и прореживания данных измерения при инверсии сигналов вдоль скважины, возможности оценки слабой анизотропии песчаных коллекторов при наличии измененных проникновением зон, инверсии ВЭМКЗ в субгоризонтальных скважинах с учетом как зенитного, так и азимуталь¬ного угла. Высокая ресурсоемкость программного обеспечения не позволяет в настоящее время использовать при инверсии комплексирование данных ВЭМКЗ, БКЗ и БК в субгоризонтальных скважинах, что повышает требования к тщательности подбора разности фаз и отношения ам-плитуд длинных зондов ВЭМКЗ.
Несомненно, особый интерес представляет сравнение получаемых оценок анизотропии УЭС и ДП с результатами других методов исследования. Например, анизотропии УЭС с анизо¬тропией тепловых свойств, исследуемой на интервале баженовских отложений. Или анализ ани¬зотропии УЭС и оценок ДП по данным ВЭМКЗ из нескольких скважин, когда известны их от¬носительное положение на месторождении, продуктивность, и доступны результаты исследова¬ния литологии и электрофизических свойств кернов.