Неясность геологической модели и неточность структурных построений месторождений углеводородов приводит к ошибкам в определении перспектив и дополнительным, неоправданным расходам при их разработке. Инструментальная съемка "подземного рельефа" в скважинах, выполненная с помощью пластового наклономера НИД-2, существенно повышает эффективность геологоразведочных работ. Малогабаритный (диаметр 78мм) 6-ти рычажный наклономер НИД-2 (фото рис. 1) предназначен для определения элементов залегания пластов, кривизны и формы ствола нефтяных и газовых скважин глубиной до 7000м с температурой промывочной жидкости до 180 ° С и гидростатическим давлением до 140 МПа, в агрессивных буровых растворах, содержащих сероводород. Удельное электрическое сопротивление промывочной жидкости от 0.05 ОмЧм до ¥ ОмЧм при 18 ° C. Состав изделия указан в таблице 1.

Таблица 1.

Примечание:

- Модуль инклинометрический ГП 1.623-01;

- Плата сопряжения блока электрического каротажа Б-31 с ПК IBM PC AT 386/486;

- Блок канала глубины для ПК IBM PC AT 386/486.

Наклономер НИД-2 для определения элементов залегания поверхностей геологических тел реализует метод координат. Вдоль шести образующих стенки скважины записываются данные измерения тока центральных электродов А₀₁-А₀₆, расположенных в области действия фокусирующего электрода А_э, находящегося на оси скважины (рис. 2), а также данные от датчиков ориентации наклономера. Конструкция электрического зонда безбашмачная. Зонд имеет электрически изолированную часть корпуса (изолятор + диэлектрический переходник ДП-1). Экранный электрод соединен с источником импульсного переменного тока и через шунты малого сопротивления с измерительными электродами, прижатыми к стенке скважины упругой, выгнутой к оси скважинного блока рессорой. Рессора жестко закреплена концом - основанием через изолятор на экранном электроде, а другим концом (также через изолятор) соединена с наконечником из твердого сплава, который контактирует механически и электрически со стенкой скважины. Радиус скважины измеряется непосредственно каждой рессорой как расстояние от оси прибора до края наконечника из твердого сплава по механическому напряжению в сечении рессоры. Элементы залегания определяются дискретно для каждой покрывающей или подстилающей поверхности геологического тела (пласта, слойка, трещины и т.д.) по изменению их электрического сопротивления и степени механического разрушения.

Рис. 2. Электрический и механический зонды

а) r k, Rа 60 дБ

а) изменения r k, Rа не нормируется

б) зенитного угла ± 0.5°

в) азимута ориентации ± 2°

Дополнительная погрешность от изменения тока или напряжения питания частотой 200Гц в пределах ± 10% - не более одной основной погрешности.

а) в режиме работы ЛУД УПУ - не более 60 ВА;

б) в режиме измерения - не более 40 ВА.

Корпус скважинного прибора (см. рис.2) состоит из верхней и нижней металлических частей, соединенных жестко между собой герметичным изолятором - диэлектрическим переходником ДП1. В двух отсеках ЭБ верхней части корпуса расположены передающая часть телеизмерительной системы (ТИС), импульсный генератор питания зонда, а также датчики ориентации наклономера, входящие в инклинометрический ЭБ-1 и акселерометрический ЭБ-2 модули. Верхняя часть корпуса соединена с броней кабеля, и вместе они представляют собой токовый электрод "В" зонда. В полом отсеке нижней части корпуса, заполненном непроводящей жидкостью, помещен силовой механизм электрогидропривода модуля управляемого прижимного устройства УПУ. Измерительные рычаги радиуса скважины выполнены в виде упругой проводящей электрический ток рессоры. Рессора основанием жестко закреплена в герметичной части корпуса УПУ с помощью электрического изолятора. Вблизи основания рессоры на незакрепленной части установлен тензорезистор, являющийся вместе с рессорой датчиком радиуса.

Модуль инклинометра предназначен для преобразования, обработки и передачи сигналов датчиков азимута и зенитного угла, датчиков радиуса, датчиков микросопротивления пород, термодатчиков. Модуль включает в себя блоки: питания, ориентации, телеизмерительной системы.

Датчик азимута закрепляется в блоке датчиков так, что магнитная ось x _Z расположена вдоль оси прибора, а магнитные оси феррозондов x _X и x _Y в плоскости, перпендикулярной к ней. Дифференциальный феррозонд выполнен на одном ферромагнитном сердечнике. Датчик азимута не содержит подвижных частей, обладает высокой виброустойчивостью. Очень важным преимуществом его является стабильное положение феррозондов относительно ферромагнитных масс скважинного прибора. Феррозонд обладает высокой чувствительностью, хорошей температурной стабильностью, имеет малые габаритные размеры и вес. Сигнал феррозонда x _Z используется для расчленения горных пород по магнитным свойствам (содержанию магнитных минералов). С этой целью в показания феррозондов x _X, x _Y, x _Z вводится поправка от опорного феррозонда, экранированного от магнитного поля Земли.

Служит для прижатия измерительных электродов бокового микрозонда к стенкам скважины и измерения формы ее сечения. Модуль УПУ представляет собой в конструктивном отношении сложный электромеханический узел. Он включает в себя электрогидропривод раскрытия-закрытия рессор, в качестве силового элемента которого используется линейный управляемый двигатель ЛУД, приводящий в движение через гидроциллиндры выдвижной телескопический шток с обоймой, охватывающей рессоры. Концевое нахождение обоймы определяет положение "открыто” или “закрыто” УПУ. Максимальное усилие прижатия рессоры к стенке скважины 150Н. Сечение рессор выбрано таким образом, что напряжение в любом ее сечении при разгибании является величиной постоянной. Рессора разгибается в прямую линию по окружности с радиусом ѕ L, где L – длина распрямленной рессоры. На теле рессоры установлены два тензодатчика, включенные дифференциально в электрический измерительный мост. Сигнал от этих датчиков пропорционален радиусу раскрытия рессоры. Чувствительность к изменению радиуса рессорного датчика составляет 0.1 мм. Рессора вследствие своей упругости не теряет контакт со стенкой скважины, обеспечивая высокую вертикальную разрешающую способность электрического и механического зондов, а также совмещение их точек записи.

Управление двигателем ЛУД производится от наземного блока управления УПУ (см. рис.2) импульсным током, при этом положение обоймы в верхней ("открыто") и нижней ("закрыто") точках устанавливается блоком управления УПУ автоматически и может быть проконтролировано в ручном режиме.

,

Rai = kai Ui + Ro ,

ki,kai - коэффициенты i зонда, определенные экспериментально по результатам измерения на модели или в жидкости определенного удельного сопротивления;

D U - разность потенциалов между электродами А и В;

Ji -ток i центрального электрода в проводящей промывочной жидкости;

Ui - значение сигнала в канале i электрода в непроводящей промывочной жидкости.

Ro - сопротивление заземления электрода Аi при Ui =0.

,

.

,

,

r₀ - радиус прибора (по сложенной рессоре),

Изменение положения точки записи Dh_n учитывается в виде поправки, которая вводится в значение смещений характерных точек кривых по отношению к базовой кривой.

Определение относительной глубины характерной точки на корреляционной кривой по данным акселерометра выполняется для условий несовпадения статического и динамического растяжения кабеля. Абсолютные глубины будут расходиться на величину a_g=l₀l_g, которая может превышать величину l₀l_cm .

С учетом l_g, полученного при контроле движения акселерометром более точно определяется относительная глубина прибора.

По результатам первого интегрирования по времени данных акселерометра получают кривые мгновенной и средней скоростей на искомом интервале глубин. Погрешность интегрирования устраняется заданием начальных условий, а именно моментов начала и окончания движения V₀=V_k=0, средней скорости V_ср при установившемся движении, когда скорости регистрации V_p и движения V_ср прибора совпадают.

,

Vi - мгновенная скорость движения скважинного прибора на i- том интервале;

Vp - скорость регистрации по кабелю.

l = lo + ag ;

.

;

;

,

a₁ и а₂ - ортогональные составляющие угла наклона d;

x₁,x₂,x₃ - ортогональные составляющие вектора магнитного поля Земли

Составляющие а₁, а₂ и x₁,x₂,x₃ предварительно исправляются за температуру через коэффициенты приведения, полученные при обработке кривых по стандарт-сигналам соответствующих датчиков.

В результатах измерения а₁, а₂ и x₁,x₂,x₃ могут присутствовать систематические составляющие основной погрешности, которые выявляются в процессе поверки наклономера и учитываются. Предельные значения систематических составляющих по углу "а" составляют не более ±0,5° по углу x - не более ± 3° .

Вычисление элементов залегания пластов производится по формулам, приведенным в [1].

Наклономер НИД-2 является изделием высокого класса точности. Для его поверки и определения метрологических характеристик используется поверочная установка УПН-1 ТУ39-09-5-36 или малогабаритная поверочная установка УПН-2 ГТ2.006ТУ и методические указания МУ НИД-2 (входят в комплект эксплуатационной документации). Наклономер НИД-2 поверяется после изготовления, ремонта узлов, влияющих на метрологические параметры и систематически (по плану два раза в год) в процессе эксплуатации. При первичной поверке (после выпуска) определяются основные и дополнительные (от изменения температуры окружающей среды и напряжения питания) погрешности измерений. При плановых поверках и после ремонта определяются коэффициенты передачи и среднеквадратические погрешности измерения: составляющих зенитного угла, составляющих вектора Земного магнитного поля, радиусов по измерительным электродам рычагов; z-акселерометра, термодатчиков; смещение точек записи электродов; коэффициентов бокового микрозонда и метода Rа.

• угла наклона плоского контрастного пласта ± 0,5 ° ,

• азимута наклона плоского контрастного пласта (при его величине наклона > 2 ° ) ± 5 ° .

Интегрированная среда обработки (ИСО) LINID-2 разработана для использования на персональных компьютерах под управлением операционной системы MS Windows 95.

• ППЭВМ IBM PC с центральным процессором Pentium;
• оперативная память (ОЗУ) объемом не менее 16Мбайт;
• накопитель на жестком магнитном диске объемом не менее 300Мбайт;
• цветной монитор;
• видеоконтроллер SVGA 640x480 с поддержкой 16-битного цвета;
• цветной струйный или лазерный принтер формата А3, А4;
• манипулятор типа "Мышь";
• операционная система (ОС) MS Windows 95.

Интегрированная модель представления данных MDF (Measure Data File), позволяет для исходного 32-канального файла получать только один выходной файл формата MDF в дискретизации по глубине 1 мм.

Управление комплексом осуществляется при помощи команд главного меню программы, различных контекстно-зависимых всплывающих меню, активизируемых при помощи манипулятора “мышь”, и набора управляющих клавиш.

• Создание файла измерений, при этом выполняются следующие действия:

• Загрузка каналов для корреляции

• Автокорреляция

• Интерактивное редактирование корреляций

• Выдача результата (в виде твердой копии - цветной распечатки на принтере, файла на магнитном носителе или сообщения электронной почты).

Графическое представление исходных, промежуточных данных и результатов обработки выполняется в цветном покадровом изображении на дисплее в удобном для просмотра и интерактивной обработки масштабе глубин. Кадр изображения (рис. 3) для работы в просмотровом и интерактивном режимах включает в себя информацию в виде полос: глубины (1), области обработки с шестью коррелируемыми кривыми микропроводимости или радиусомера (2) с отметками вертикальных трещин (на рисунке не показаны), вертикальных сечений скважины (3), инклинограммы с синтетической кривой проводимости бокового микрозонда (4) и (или) кривой Z-магнитометра (на рисунке не показана), элементов залегания (5), объединенных в цветные модели с гистограммами угла и азимута падения (на рисунке не показаны), телевизионного в виде цилиндрической развертки (6) (ТВ-полоса) и объемного (трехмерного) ориентированного изображения (7) выбуренной из скважины горной породы (полоса керн), а также другой информации по мере необходимости. Твердая копия наклонограммы представляется в цветном изображении в масштабах глубин кратных 10. Она, в основном, соответствует описанному дисплею. Выдается в виде тома листов формата А4 с результатами геофизической интерпретации на титульном листе тома (рис. 4).

В интервале 2402,5-2403,5 м залегает пласт более высокого сопротивления толщиной 1 м. Диаметр скважины против него увеличен по отношению к номинальному. Его кровля и почва параллельны, угол наклона a =4° , азимут падения северо-западный q =300° . Косая слоистость внутри пласта представлена небольшими (0-7° ) углами наклона, объединенными в “синие” модели, азимут направления этой косой слоистости характеризует изменчивость направления водного потока с северо-западного направления в почве пласта на обратное юго-восточное в средней части и на северо-восточное в кровле, т.е. к концу накопления этого пласта направление течения сменилось на перпендикулярное. Минимальные углы наклона в почве дают структурный наклон. Наиболее вероятно, что это плотное песчанистое тело ,мелкозернистое, непроницаемое, образовалось в более спокойной энергетической обстановке с преобладанием выноса глинистого и тонкого песчанистого материала в более пресноводных условиях, что, например, характерно для русловых (пойменных или дельтовых) отложений, где влияние приливов и отливов было существенным. В интервале глубин 2400,8-2402,5 м залегает песчаник. Кровля и почва его непараллельны (кровля: угол наклона a _к = 3,5° , азимут q _к = 159° ; почва: a _п = 4,2° , азимут q _п = 295° ). Углы наклона косой слоистости внутри него достигают 20° . Наиболее вероятно, что природа его - вдольбереговая (пляжевая или баровая). Направление водного потока в процессе накопления этого песчаника определяется азимутом косых слоев в его почве, т.е. с востока на запад. Положение береговой линии перпендикулярно этому направлению.

Рис. 3. Скв. 645 Средне-Губкинская

Рис. 4. Титульный лист наклонограммы технологии НИД-2.

Рис. 5. Скважина №7354 куст 162, Тевлинская

Песчаник хорошо отсортирован, имеет крупный размер зерен, а также крупные микровключения или залеченные трещины (отмечены красным цветом в полосе “A”). Как видно (см. полосу “Б”), вдоль разных радиальных направлений против этого песчаника отмечается неравномерная глинистая корочка, свидетельствующая о его хорошей проницаемости. Выше этого песчаника находится глинистый прослой (0,.3 м). Маломощный песчаник, залегающий еще выше на глубине 2400,3-2400,4 м, по электрической проводимости сходный с описанным выше, не дает корочки, имеет меньшие углы наклона слойков и поэтому является более глубоководным и более мелкозернистым. Подробное описание дисплея наклонограммы приведено нами, чтобы показать геологу, владеющему опытом и знанием геологии района, что предложенная в его распоряжение новая детальнейшая информация о разрезе скважины будет ценной подсказкой в решении практических задач поисков и разведки полезных ископаемых.

Преимущества высокой вертикальной разрешающей способности определений падения технологии наклонометрии НИД-2 видны из материалов совместных измерений с четырехрычажным наклономером модели 1016 EA фирмы Western Atlas (ВАЛС) в наклонно-направленной скважине в Западной Сибири. Угол наклона скважины изменяется от 16° до 14° . Наклонограммы 15-метрового участка разреза в масштабе глубин 1:50, полученные обоими наклономерами, показаны на рис. 6 и рис. 7.

Как видно, четырехрычажный наклономер фирмы Western Atlas (ВАЛС), модель 1016EA, хорошо (см. рис. 7) дифференцирует разрез скважины. Диаграммы боковых микрозондов ВАЛС и наклономера НИД-2 как в интегральном (см. рис. 5), так и дифференциальном (см. рис. 6) видах уверенно сопоставляются между собой. На 15-ти метровом участке разреза по данным наклономера ВАЛС представлено 25 элементов залегания, при этом в интервале глубин 2401-2402 м (см. рис. 7) зарегистрирована аномалия низкой электрической проводимости, которая отсутствует на трех других кривых боковых микрозондов. Такая аномалия проводимости, искажающая результаты определения падений пластов, описана в литературе и связывается с “плаванием” башмака микрозонда из-за потери контакта измерительного электрода со стенкой скважины. Она обусловлена изменением толщины глинистой корки или промывочной жидкости между поверхностью башмака микрозонда и стенкой скважины.

Наклономером НИД-2 на этом же (см. рис. 6) участке разреза скважины зафиксированы 214 элементов залегания по аномалиям проводимости на всех шести кривых боковых микрозондов. Эффект “плавания” отсутствует. При этом измерительный электрод №3 бокового микрозонда НИД-2 прошел по той же дорожке (образующей стенки скважины), что и башмак №3 ВАЛС. Оба наклономера при движении с глубины 2407,5 до глубины 2402 м развернулись примерно на 80° .

Статистический анализ, которым располагает технология НИД-2, является уникальным для выделения структурного наклона, косой слоистости и трещиноватости. Поясним это на примере в сравнении с технологией ВАЛС.

Как видно из наклонограммы ВАЛС 15-ти метрового участка (см. рис. 7), преимущественный наклон горных пород по наклонограмме может быть определен как: угол падения 3° -4° , азимут 325° . О качестве корреляций можно судить по линиям корреляции (см. тонкие линии), соединяющим характерные аномалии на кривых боковых микрозондов. Часть корреляций выполнена некорректно, например, на глубине 2405,1 м линия корреляции проходит то через точки экстремума аномалии, то через ее фронт или тыл.

Это более четко видно на наклонограмме ВАЛС масштаба глубин 1:10. Достаточно сказать, что ошибка в определении превышений по программе Stratadip в данном случае составила около 20 мм, что при диаметре скважины 216 мм может дать погрешность в определении угла наклона arctg 20/216» 5,3° .

Приведенное исследование показывает, что при малых углах наклона пластов (менее 5° ) применение стандартной корреляционной процедуры Stratadip приводит к значительным погрешностям. Правильность выполнения корреляции и точное определение превышений (до 1 мм) характерных точек аномалий не вызывает сомнений по наклонограммам технологии НИД-2, поскольку повторяемость результата определения падения при разновременных измерениях для идеальной плоской границы практически полная.

Полученные данные заставляют несколько иначе взглянуть на проблемы статистических определений структурного наклона. Большое количество наклонов, характеризующих косую слоистость (перекрестную, фестонную, клинообразную, пунктирную и других типов) требует усовершенствования известных положений и методик в определении структурного наклона по феномену вертикальной статистики элементов залегания пластов. Из титульного листа (см. рис. 4) наклонограммы НИД-2 масштаба глубин 1:200 видно, что в интервале 2239-2542 м, т.е. на 300-метровом участке разреза, имеется два экстремума по азимуту. Главный максимум соответствует направлению по азимуту 126° со средним углом наклона 5,5° .

а) от 0 до 4° . Результат вычисления на максимуме азимута № 1 (угол 2,6° , азимут 145,7° ) отвечает структурному наклону горных пород.

б) от 0 до 15° . Результаты вычисления на максимуме азимута №1 (угол 4,9° , азимут 112,1° ) по величине отвечают наклону части косых слоев и литологических границ, несовпадающих со структурным наклоном, при этом если установить в строке “максимума азимута” цифру “2” или любую другую, получим среднестатистическое значение угла и азимута наклона и цифры, характеризующие представительность статистической выборки второго или следующих по значимости лепестков распределения азимута.

в) от 15° до 90° . Как видно, наклоны северо-западного направления падения дают среднестатистический угол наклона 16,1° . Представительность таких поверхностей довольно большая - 28 шт. из 214, тогда как структурный максимум (см. рис. 8) определен по 69 шт. определений падения из 186.

Рис. 7. Наклонограмма ВАЛС масштаба 1:50.

б).

Рис. 8. Статанализ участка разреза скважины №7354 куста 162 Тевлинской площади

Сравнение результатов технологии наклонометрии НИД-2 с данными сейсморазведки 3D выполнено по горизонту БП7-2. Структурная карта (Рис. 12) построена ЦГЭ (Эльманович С.С.).

Рис. 12 Структурная карта по данным сейсморазведки 3D

- гистограмма азимута горизонта БП-7-2 по данным наклономера в интервале глубин 2198-2250 м

Кровля горизонта БП7-2 по данным ННГГ (Поздеев Ж.А.) вскрыта скважиной №645 Средне-Губкинской на глубине 2198 м (абсолютная отметка 2144 м), мощность - 21 м. Сейсморазведкой (см. рис. 13) прогнозировалась глубина вскрытия этого горизонта 2145 м. Как видно, совпадение данных бурения и сейсморазведки полное. Мощность горизонта - 21 м. Азимут падения по данным сейсморазведки горизонта БП7-2 определен по структурной карте как среднее направление в сторону увеличения глубины по перпендикуляру к касательным, проведенным к горизонталям 2140 и 2150 м. Это направление находится в секторе с центром в точке скважины, ограниченном двумя линиями с азимутами 289° и 294° (среднее значение 292° ). Угол падения кровли горизонта БП7-2 может быть определен как арктангенс отношения шага горизонтали (10 м) к расстоянию между горизонталями вдоль этих линий по карте. Среднее значение угла наклона нами определено как 2.1° .

Таким образом, в месте расположения скважины №645 для кровли горизонта БП7-2 средние значения элементов залегания составляют:

a _ср=2,1° , q _ср = 292° ,

Среднестатистические элементы залегания комплексов горных пород по наклономеру (рис. 14) представлены в интервале глубин 2200 - 2800 м. Суммарная гистограмма азимута показывает преимущественное падение горных пород на 500-м интервале глубин на запад-северо-запад с небольшим углом падения 1.8° .

Рис. 16 Статанализ. Скважина №645-Р, Средне-Губкинская площадь , 2198-2219 м

В связи с этим на рис. 16 приведен статистический анализ элементов залегания толщи, полностью соответствующей этому горизонту (интервал глубин 2198-2219 м). Как видно, среднестатистический наклон ее составляет:

a _ср=1,6° , q _ср = 277,3° .

Если учесть магнитное склонение 18° , то истинные элементы залегания горизонта БП7-2, который может быть принят в качестве синхронного горизонта, имеющего структурный наклон, по наклономеру составляют:

a _ср=1,6° , q _ср = 295° .

Из сравнения полученных данных по сейсморазведке и наклономеру видно, что фактическое расхождение величин по азимуту падения составляет 3° , по углу падения - 0,5° и находится в пределах точности наклономера (допустимое по азимуту ± 5° , по углу ± 0,5° ).

Секция “Геолого-геофизическая интерпретация” (F3).

Россия, 357516, Пятигорск, ул. Мира, д.42.

E-mail: geonit@megalog.ru

Об авторе

Хотите принять участие в обсуждении текста этой статьи? Обсуждение текста

На оглавление конференции

На сайт ПЕТРОФИЗИКА и ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

При копировании просьба сохранять ссылки. Материалы с сайта www.petrogloss.narod.ru