книги / Геофизические исследования скважин

§9. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ГИС

Процесс обработки и интерпретации данных ГИС представляет собой сложную информационную систему. В то же время в момент выдачи оперативного заключения по скважине интерпретатор дол­ жен принимать решение о характере разреза за короткий промежу­ ток времени, не позволяющий реализовать все возможности полной обработки данных. Для ускорения процесса интерпретации, увели­ чения надежности и объективности конечной информации, обобща­ ющих площадных построений и картирования используются ЭВМ. Полный комплекс обрабатывающих и интерпретирующих программ называется собственно системой. Для ввода в систему данные долж­ ны быть в цифровом виде. Диаграммы, полученные в аналоговом виде преобразуются в цифровой код при помощи цифровых преобразо­ вателей или сканеров. Перед обработкой и интерпретацией каждая цифровая запись проходит этап предварительного редактирования: удаляются допустимые погрешности, оформляются физические мас­ штабы и т.д. Подготовленные массивы исходных кривых, снабжен­ ные информацией о виде и условиях исследования обрабатываются по выбранным в системе алгоритмам [8].

Обработка и интерпретация ГИС с помощью автоматизированных систем осуществляется поэтапно, согласно информационной модели ГИС (рис. 130) [8]. Четыре блока данных (см. рис. 130) представляют

Регистрация __________________Интерпретация__________________

диаграмм

Рис. 130. Информационная модель ГИС (а) и ее вид при изучении разрезов скважин (б) [8].

Блоки: 1 — петрофизических параметров; 2 — физических свойств; 3 — кажущиеся характеристики; 4 — характеристики, получаемые в процессе регистрации; А, В, С— соответствующие связи (петрофизические, зависимости кажущихся характеристик от истинных и их связь с отклонением пишущего устройства); С’, В’, А' — обратные операции, проводимые в процессе интерпретации диаграмм

251

исходную, промежуточную и конечную информации об изучаемом в скважине объекте (Г.Н.Зверев, 1965г.).

В первом блоке заключен комплекс петрофизических характе­ ристик горных пород описывающих исследуемы е отлож ения (кп кт кгл кп эфф и др.). Эти свойства пород нельзя измерить дистан­ ционно. Второй блок — физические свойства, на измерении кото­ рых основаны геофизические методы. Эти свойства могут быть из­ мерены дистанционно с использованием геофизических датчиков, но они не описывают разрез. Связи между свойствами первого и второго блоков исследуются в лабораторных условиях и включа­ ются в блок обрабатывающих программ автоматизированных сис­ тем в аналитическом виде или в виде палеток (и используются при ручной интерпретации). Физические свойства, на которых основа­ ны геофизические методы, не могут быть непосредственно измере­ ны в условиях скважины в большинстве случаев, поскольку они характеризуют однородную безграничную среду, а измерения при ГИС проводятся в среде неоднородной и небезграничной (системе «скважина—пласт»). Поэтому в третьем блоке показаны фактичес­ ки измеряемые характеристики, называемые кажущимися или эффективными (рк, ок и др.). Для перехода от кажущихся к истин­ ным характеристикам используют аналитические решения и (или) методы физического моделирования. Характеристики поля, изуча­ емые в скважине, изображают в виде диаграмм, где все изменения кажущегося параметра фиксируются в отклонении пишущего уст­ ройства. Способ регистрации диаграмм вносит некоторые искаже­ ния в исходный сигнал (например, инерционность аппаратуры) и для связи третьего и четвертого блоков используют систему попра­ вок (в палеточном или аналитическом виде) связывающих резуль­ тирующий и исходный сигнал. При регистрации диаграмм в сква­ жине этапы А, В, С не разделяются. Поэтому информационная мо­ дель ГИС приобретает вид, изображенный на рис. 130, б. Процесс обработки и интерпретации диаграмм представляет собой обрат­ ное движение в заданной схеме на основе знаний техники регист­ рации диаграмм, теории методов и петрофизики.

Автоматизированная система обработки — это комплекс приклад­ ных обрабатывающих программ, предназначенных для решения оп­ ределенных научных и инженерных задач, объединенных специа­ лизированной организующей системой (СОС), которая управляет процессом обработки данных. СОС и библиотека геофизических про­ грамм и разрабатываются составителем системы [6].

Работа с автоматизированной системой начинается с предвари­ тельной обработки и редактирования данных. При этом выполняет­ ся увязка геофизических кривых, перемещение, группировка и сор­ тировка обрабатываемых диаграмм, их редактирование (вставка и «сшивка» фрагментов, удаление выбросов, устранение разрывов, изменение масштаба, шага квантования). Большинство отечествен­ ных программных средств обеспечивает создание ступенчатых кри­ вых интервальных значений, разбивку на пласты и снятие поплас-

252

товых отсчетов. Зарубежные автоматизированные системы поддер­ живают только поквантовый вариант обработки. Процедуры сопро­ вождаются просмотром кривых на экране.

Количественные оценки свойств пород производятся по алгорит­ мам, использующим показания одного-двух методов ГИС, или реали­ зующим решение систем линейных и нелинейных петрофизических уравнений. В системе выполняют преобразования данных (инверти­ рование, реверсирование, логарифмирование, потенцирование, нор­ мирование, арифметические преобразования кривых, выполнение заданной последовательности преобразований) для определения гео­ физических характеристик пластов, литологическое расчленение раз­ реза, определение глинистости, пористости, нефтегазонасыщенности. Системы могут включать программные модули для обработки данных кернового анализа: ввода и хранения результатов петрофизических исследований керна, построения петрофизических связей, создания альбомов палеток, увязки керна с ГИС. Некоторые системы позволя­ ют создавать по итогам интерпретации цифровую модель залежи. Перечень обрабатывающих программ приводится в описании каждой системы. По результатам интерпретации системы позволяют созда­ вать, редактировать, просматривать планшеты, выводить их на пе­ чать, формировать отчеты по имеющимся данным, создавать архивы.

Первые попытки создания автоматизированных систем (форма­ лизации «интерпретатора») относятся к середине 60-х годов. Это был период становления машинной обработки в области промысловой геофизики. Далее были созданы системы автоматизированной интер­ претации для ЭВМ второго поколения (ЭВМ типа БЭСМ на транзис­ торах): «Каротаж» (ВНИИгеофизика), «Цикл-ц» (ЦГЭ — г. Москва), ГИК-2М (г. Уфа) и др. С появлением ЭВМ на базе микроэлектроники с применением интегральных схем (в бывшем СССР это — ЕС ЭВМ, конструктивно близкая к IBM-360 и система малых ЭВМ (СМ ЭВМ), сходная с американскими машинами PDP) было разработано следу­ ющее поколение автоматизированных систем интерпретации под общим названием АСОИГИС (автоматизированная система обработ­ ки и интерпретации геофизических исследований скважин). Совре­ менные автоматизированные системы интерпретации ориентирова­ ны на использование ЭВМ четвертого поколения (на основе интег­ ральных микросхем с большой степенью интеграции — БИС) и персональных компьютеров. Широко используются в настоящее вре­ мя системы: «Камертон» (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина); «Solver», «LogTools», «Экар» (Тверьгеофизика), «Гинтел» (г. Тверь); «Подсчет» (Вниигеосистем); «FS», «ИНГИС» (ЦГЭ — г. Москва); «Ьехх» (г. Москва); «Ингеф» (Белоруссия) и др.

Эти системы работают в операционной среде Windows («Под­ счет» — в среде DOS) и различаются возможным комплексом обра­ батываемых методов ГИС. Например, обработку данных бокового электрического зондирования включают только системы «Камертон», «Гинтел», «Solver», «Экар», система «Камертон» (в отличие от дру­ гих систем) обеспечивает визуализацию и обработку данных волно­

253

вого акустического каротажа и т.п. Важными характеристиками сис­ темы также являются совместимость форматов с другими програм­ мами и возможность экспортирования или импортирования данных. Например, система FS позволяет производить операции с данными в электронных таблицах EXCELL.

Остановимся более подробно на системе «Камертон», обладающей принципиальным отличием от перечисленных систем. А именно — она предназначена не только для интерпретации стандартного ком­ плекса ГИС в необсаженных скважинах, но и включает обработку данных волнового акустического каротажа (ВАК), данных ГИС-кон- троля, газо-гидродинамических исследований скважин и алгоритмы оценки качества цементирования скважин.

Система состоит из отдельных программных модулей: «Редактор ВАК» (для обработки, редактирования цифровьЬс данных ВАК и вы­ числения акустических параметров среды); «Интерпретатор ГИС» (для интерпретации данных ГИС в попластовом и в поточечном режимах об­ работки, включая методики комплексной интерпретации данных ВАК и стандартных методов ГИС— кафедра ГИС Р1ГУНГ им. Губкина); «Цементометрия» (для оценки качества цементирования обсадной колонны по данным акустического каротажа с регистрацией полного волнового сигнала); «Контроль» (для подготовки, предварительной обработки и ин­ терпретации результатов комплексных геофизических исследований при решении задач контроля за эксплуатацией нефтяных и газовых скважин— см. гл X); «Гидра» (включает комплекс алгоритмов для пре­ образования и количественной интерпретации методов изучения при­ тока-состава, текущего насыщения пластов и технического состояния скважин и алгоритмы решения прямых и обратных задач гидродина­ мики). Наряду с традиционными алгоритмами система включает ориги­ нальные методики для решения задач:

—количественной оценки коэффициента текущего нефтенасыщения;

—выделения газонасыщенных интервалов;

—отбивки текущих ГНК и ВНК;

—выделения трещиноватых интервалов;

—оценки динамической пористости и проницаемости;

—оценки качества цементирования обсадной колонны;

—определения динамических и статических механических свойств горных пород.

В схеме, представленной на рис. 131, перечислены задачи, реша­

емые в системе «Камертон» по данным волнового акустического ме­ тода и стандартного комплекса ГИС.

Система также включает набор алгоритмов для обработки резуль­ татов опробования скважин и решения сопутствующих промысло­ вых задач, позволяющих точно учитывать реальные условия иссле­ дуемой скважины.

Дальнейшее развитие программных средств для решения задач нефтегазовой геологии связано с разработкой технологий комплекс­ ной интерпретации разных видов информации о районе работ — дан-

254

Рис. 131. Задачи, решаемые в системе «Камертон» по данным волнового аку­ стического метода и стандартного комплекса ГИС в открытых и обсаженных скважинах с качественным цементированием.

ных полевой геофизики, геологических и промысловых сведений, гео­ физических исследований скважин на этапах разведки и разра­ ботки месторождения [6].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Расшифруйте понятие «глинистость». Как влияет глинистость на коллекторские свойства отложений? Приведите способы оценки глинистости горных пород в петрофизической лаборатории и по дан­ ным методов ГИС.

2.Перечислите методы ГИС, используемые для оценки пористо­ сти коллекторов. Рассмотрите способы оценки пористости при инди­ видуальной интерпретации методов ГИС.

3.В чем состоят особенности оценки общей пористости и ее ком­ понент в коллекторах со сложным строением порового пространства

исложным минеральным составом твердой фазы породы?

4.Приведите способы определения проницаемости коллекторов.

5.Рассмотрите методику оценки характера насыщения коллек­ торов по данным ГИС.

6.Рассмотрите схему оценки нефтеили газонасыщенности кол­ лекторов

а) с рассеянной глинистостью, б) со слоистой глинистостью.

255

7.Перечислите качественные признаки коллекторов на диаграм­ мах ГИС. Какие количественные критерии используются для выде­ ления коллекторов?

8.Приведите способы выделения карбонатных коллекторов с вто­ ричной пористостью.

9.Каковы особенности определения коэффициента общей пори­ стости глинистых коллекторов?

10.Что такое эффективное напряжение (давление) и как его вы­ числить для условий всестороннего сжатия породы?

11.Как изменяются удельное электрическое сопротивление, коэффициенты пористости и проницаемости в зависимости от вели­ чины эффективного напряжения (давления) на глубине залегания песчано-глинистых пород? От чего зависят величины этих измене­ ний?

12.Расшифруйте понятия «аномально высокое пластовое давле­ ние» (АВПД) и «аномально высокое поровое давление» (АВПоД).

13.На каком свойстве горных пород основаны геофизические ме­ тоды прогнозирования аномально высоких пластовых давлений? Поясните физическую сущность этих методов.

14.Приведите схему обработки и интерпретации данных ГИС.

15.Какие процедуры обработки и интерпретации данных ГИС реализованы в автоматизированных системах интерпретации?

Г л а в а VII

ОТБОР ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД И ПРОБ ПЛАСТОВОГО ФЛЮИДА ИЗ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

§ 1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

Изучение литологического состава горных пород, слагающих разрез скважины, выделение коллекторов и оценка характера их насыщения проводятся по материалам геофизических исследований скважин. Од­ нако в сложных геолого-технических условиях геофизические методы не всегда обеспечивают однозначную интерпретацию. Поэтомужелатель­ но полученные результаты подтвердить анализами керна. Отбор керна требует дополнительных затрат времени. Кроме того, вынос керна из высокопористых коллекторов, а также из интервалов, сложенных рых­ лыми или выщелоченными отложениями, часто недостаточен.

В связи с этим большое значение приобретает отбор образцов гор­ ных пород приборами, опускаемыми в скважину на кабеле, — боко­ выми грунтоносами. Отбор грунтов с помощью боковых грунтоносов выполняют после окончания бурения скважины и проведения в ней геофизических исследований. Это позволяет отбор грунтов сконцен-

256

трировать в интервалах, характеризующихся неоднозначностью ин­ терпретации геофизических данных, но в отношении продуктивнос­ ти представляющих интерес. Положение интервалов отбора образ­ цов в разрезе скважин устанавливают по материалам геофизичес­ ких исследований.

В настоящее время применяют боковые грунтоносы следующих типов: стреляющие, сверлящие, дисковые.

Боковой стреляющий грунтонос. В этих грунтоносах отбор образ­ цов из стенок скважины производится бойками, которые внедряют­ ся в горную породу за счет давления газов, образовавшихся при го­ рении порохового заряда.

Стреляющий грунтонос представляет собой массивный ме­ таллический корпус, в котором размещено 30 гнезд — ствольных от­ верстий (рис. 132). К каждому стволу подведен монтажный провод 5 (электрический канал связи), который подключен к контактному дис­ ку 16. В ствольном отверстии размещаются контактный диск, боек 9, пороховой заряд 11 и уплотняющие прокладки (13, 18).

Промышленностью выпускается несколько типов стреляющих грунтоносов: МСГ90М, ГБС95-180/110М, ГБСН125-200/120, ГБС95250/1500. Применение каждого из перечисленных приборов опреде­ ляется скважинными условиями — давлением, температурой, диа­ метром скважины, характером разреза.

Так, например, приборы типа МСГ и ГБС рассчитаны для работы в скважинах, гидростатическое давление в которых достигает 100 МПа и температура — 180 °С. Боек в этих грунтоносах состоит (рис. 133) из полого наконечника 1, присоединяемого к основанию 2. Пороховой заряд размещается в основании бойка. В приборах типа ГБСН, которые позволяют проводить отбор грунтов диаметром 22 мм при максимальном давлении в скважине до 150 МПа и температуре до 250 ‘С, пороховой заряд помещается в корпусе грунтоноса.

Каждый боек металлическим тросиком, длина которого на 10— 12 см больше диаметра скважины, прикреплен к корпусу грунтоно­ са. На грунтоносе тросик крепится специальным стопором.

Снаряженный грунтонос присоединяют к одножильному брониро­ ванному кабелю, опускают в скважину и устанавливают против ниж­ ней точки интервала отбора грунтов. По команде с поверхности (по­ сылка импульса тока) электровоспламенитель накаляется и воспла­ меняет пороховой заряд. Под действием пороховых газов боек с большей скоростью (свыше 120— 150 м/с) и высокой кинетической энергией выталкивается из ствола и врезается в горную породу. Что­ бы извлечь боек из пласта, кабель осторожно поднимают, контроли­ руя увеличение нагрузки по показаниям динамометра. Для извлече­ ния бойков требуются значительные усилия — несколько сот кило­ грамм. Величина этих усилий зависит от характера горных пород (твердые они или мягкие), глубины проникновения бойка, его формы.

Для отбора образцов из горных пород средней твердости и твердых используют боек с наконечником конической формы. Для отбора пород мягких и средней твердости применяют боек со съемной насадкой.71

ны, что влечет за собой затяжку бойка и обрыв тросика. Прочность тросика на разрыв должна быть в 4— 6 раз меньше прочности на разрыв кабеля в месте соединения его с грунтоносом. Это обязывает тщательно подбирать массу порохового заряда и тип бойка с учетом физико-механических свойств пласта на заданной глубине и плот­ ности бурового раствора. У правляю т грунтоносом с помощью переключающего устройства, состоящего из панели переключения и скважинного переключателя. Канал связи между ними — одно­ жильный бронированный кабель.

В скважинном переключателе имеются: запальный трансформа­ тор, электромагнит, редуктор с пружинным приводом, вращающийся диск с подвижными контактами, контактная плата, к которой подсое­ динены контактные диски, установленные в ствольных отверстиях.

Перед началом работ специальным ключом заводят пружинный привод переключателя, устанавливают распределительный кон­ такт на первую позицию и присоединяю т скважинный пере­ ключатель к заряженному грунтоносу. С наземной панели управ­ ления в скважинный прибор подается постоянный ток напряжением 220 В для питания переключателя и переменный ток частотой 50 Гц напряжением 10 — 25 В для питания схемы индикации. Переклю­ чение позиций в скважинном приборе контролируется наземной па­ нелью.

Управляющие команды на скважинный переключатель подаются с панели управления путем нажатия клавиши «Огонь ». При первом нажатии клавиши подается импульс тока на электровоспламенитель и срабатывает первый пороховой заряд грунтоноса. После повтор­ ного нажатия клавиши распределительный контакт устанавливает­

259

ся на второй позиции и при этом срабатывает счетчик переключения позиций на панели управления.

Интервалы исследования и общее число отбираемых образцов определяются конкретными геологическими задачами. Для получе­ ния достоверной информации целесообразно отбирать в каждой точ­ ке не менее двух образцов. Из однородных по составу пластов отбор керна производится через 0,5 м, в неоднородных пластах более час­ то — через 0,2 — 0,3 м.

При внедрении в горную породу боек оказывает давление как по площади режущей кромки, так и по боковым поверхностям снару­ ж и и внутри него. Под действием этих давлений горная порода раз­ рушается. Снаружи в стенке скважины образуются трещины и об­ разец выкалывается в виде характерной воронки. Внутри бойка по­ рода также растрескивается, сдавливается, спрессовывается. В ре­ зультате отобранные образцы пород значительно деформируются

260