Изучение трещиноватости

Главная

	Область применения

	Физико-геологическое обоснование

	Решаемые задачи

	Основы технологии регистрации данных

	Примеры результатов

	Заключение

	ИЗУЧЕНИЕ ТРЕЩИННОВАТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД МНОГОВОЛНОВЫМИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ: СЕЙСМОРАЗВЕДКОЙ, ВСП И АКУСТИЧЕСКИМ КАРОТАЖОМ

Область применения

Различные стадии геолого-разведочных работ с задачей обнаружения и локализации по разрезу и по площади трещиноватых, ослабленных блоков и зон, оценка коллекторских свойств трещинных коллекторов различного генезиса в породах разного литологического состава при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, инженерные исследования трещиноватых зон.

Физико-геологическое обоснование

Анизотропия разреза, как правило, может быть связана с тонкой слоистостью, глинистостью или трещиноватостью пород. Трещиноватость горных пород в поле естественных напряжений приводит к существованию анизотропии геологических свойств и, следовательно, к анизотропии их упругих свойств.

Анизотропию упругих параметров породы можно оценить по кинематическим (скорости упругих волн разных типов) параметрам, измеряя их в различных направлениях. Измеряя скорости распространения продольных и разнополяризованных поперечных волн в определенных направлениях, можно определить параметры анизотропии - тип симметрии среды, степень анизотропии, ориентацию элементов симметрии. По параметрам анизотропии можно судить о структуре порово-трещинного пространства (наличие или отсутствие пор, каверн или трещин, их количество в единице объема, эффективная пористость, проницаемость и т.д.) и ориентации преобладающей системы трещин в данной породе.

Качественный анализ волновых полей волн разных типов показывает, что:





			(увеличить)

При падении продольных волн на границу среды с различной анизотропией образуются проходящие и отраженные обменные волны, поляризация которых зависит от соотношения пространственной ориентации элементов симметрии контактирующих сред и ориентации лучевых плоскостей, в которых распространяются волны. При этом обменная волна, отраженная от границы изотропной и анизотропной сред (нижняя среда анизотропна), поляризована линейно и ее поляризация в горизонтальной плоскости зависит от взаимной ориентации лучевой плоскости и элементов симметрии анизотропной среды. Проходящая обменная волна в этом случае поляризована линейно только в случае совпадения ориентации лучевой плоскости и главных элементов симметрии анизотропной среды.





			(увеличить)

Проходящие через границу сред с различной азимутальной анизотропией поперечные волны изменяют свою поляризацию, расщепляясь каждая на две волны с определенной поляризацией и скоростью распространения. На кровле анизотропного интервала она меняется и становится эллиптической за счет интерференции двух поперечных волн. В процессе распространения в анизотропном интервале параметры эллипса меняются в силу разной скорости распространения интерферирующих волн. В изотропной среде ниже анизотропного интервала параметры эллипса не меняются. По этим признакам можно, в частности, обнаружить существование анизотропии.

Решаемые задачи

Обнаружение и локализация в разрезах различного литологического состава трещиноватых интервалов с разделением интервалов, характеризующихся различной трещиноватостью;
Определение внутренней структуры и параметров порово-трещинного пространства (направление трещиноватости, соотношение пористости, кавернозности и трещиноватости, эффективная пористость и т.д.);
Выделение по разрезу зон напряженного состояния горных пород;

C помощью разработанного в НПП ГЕТЭК аппарата обработки многоволновых поляризационных данных 3С-INTERAСT можно выделять в разрезе интервалы трещиноватых отложений и/или зоны аномального напряженного состояния, локализовать их местоположение и определять характеристики.

Объектами исследований могут служить трещиноватые карбонатные породы, песчаники или глинистые сланцы, которые могут аккумулировать промышленные извлекаемые запасы нефти или газа.

Решение подобных задач позволяет рекомендовать заложение поисковых и разведочных скважин, оптимизировать сеть нагнетательных скважин при их использовании для улучшения условий эксплуатации, оптимизировать направление скважин при горизонтальном и наклонном бурении.

Основы технологии регистрации данных

Методика обнаружения и локализации по разрезу анизотропных (трещиноватых) интервалов, определения их физических свойств предполагает измерение скоростей распространения и динамических (включая поляризацию) характеристик продольных, обменных и разнополяризованных поперечных волн в различных направлениях в пространстве.

Работы проводятся в модификациях МОГТ, ВСП и акустического каротажа скважин как в сочетании, так и самостоятельно. При возбуждении упругих колебаний используются как ненаправленные источники, так и источники с заданной направленностью (источники поперечных волн). Регистрация - многокомпонентная.

При наблюдениях в скважине система наблюдений постоянна, определяется конструкцией зонда и шага наблюдений (перекрытием). Примером такого устройства является скважинный зонд ХMAC производства компании BAKER ATLAS. В приборе реализованы две системы наблюдений: источник продольных волн (монополь) - восемь вертикальных приемников и два ортогонально направленных источника поперечных волн (диполи) - восемь пар горизонтальных приемников, расположенных в тех же осях, что и источники. Для изучения анизотропии скоростей, вызванной упорядоченной субвертикальной трещиноватостью в акустическом диапазоне частот (2кГц), используется дипольная (32 канала) секция зонда с направленным возбуждением и приемом поперечных волн, совмещенных с устройством ориентации (скважинный инклинометр).

Пример предварительной обработки данных многоканального акустического каротажа. Регистрируемая волновая картина в 1-м окне. Во 2-м окне приведены спектры скоростей поперечной волны. В 3-м и 4-м окнах - соответственно главная и побочная компонента после ориентации. Повышение амплитуды побочной компоненты в локальном интервале глубин связано с анизотропией среды.(увеличить)

Параметры систем наблюдений при возбуждении на поверхности (МОГТ,ВСП) могут упрощаться или усложняться в зависимости от решаемой задачи и условий залегания изучаемого геологического объекта.

Использование в схемах наблюдений различной ориентации лучевых плоскостей и, на этой основе, определение пространственного, в зависимости от угла подхода распределения скоростей, положения геологических объектов в пространстве и ориентации главных элементов симметрии среды. Методика может включать как отдельные точки подобных схем на площади работ при слабых вариациях геологических факторов по латерали, так и равномерное распределение наблюдений в разноориентированных лучевых плоскостях по площади.





			Система наблюдений ВСП-МВС (увеличить)

На рисунках представлены оптимальные системы наблюдений для методов ВСП и МОГТ. В первом случае изучаются трещиноватые объекты мощностью от 5 метров и выше с различной ориентацией систем трещин. Многоволновая сейсморазведка (3D-9C) позволяет локализовать по разрезу и оконтуривать по площади соответствующие объекты, масштаб которых согласуется с длинами волн, выделяющих его.

Схема 3D-9C достаточно сложна как при проектировании, так и при проведении полевых работ в силу сложности организации взаимодействия источников разных типов,





			Система наблюдений МОГТ-МВС(3D-3C) (увеличить)

многоканальности регистрирующей аппаратуры и т.д. Поэтому использование ее целесообразно лишь в случаях требования высокой детальности и достоверности изучения трещинных коллекторов на стадиях доразведки на уже открытых месторождениях. При решении более простых геологических задач, связанных, например, только с обнаружением существования трещиноватых интервалов в изучаемом геологическом разрезе, локализацией их существования в разрезе и по площади, или только с определением преимущественной ориентации систем трещин на изучаемой площади и так далее, системы наземных наблюдений могут быть существенно упрощены.

Примеры результатов

Поляризационный акустический каротаж





			Результаты специальной обработки поляризационного акустического каротажа для изучения интервалов развития трещин. (увеличить)

Появление многоканальных акустических зондов с возможностью направленного возбуждения и приема поперечных волн, с одной стороны, позволило повысить точность традиционных для метода акустического каротажа измерений динамических и кинематических характеристик волн разных типов, но с другой стороны, дало средство изучения трещинной пористости и напряженного состояния горных пород как в обсаженных, так и в необсаженных скважинах. Получаемые данные о направлении и степени открытости трещин востребованы специалистами нефтяных компаний для целей оптимизации разработки месторождений нефти и газа, контроля гидроразрыва пласта и т.д. На рисунке показан результат обработки в скважине с карбонатным коллектором. Зона развития вертикальных трещин ясно видна на глубинах 3243-3246 м. В левых двух окнах показаны коэффициенты анизотропии при интегральном и дифференциальном анализе, в 3-м и 4-м окнах, соответственно, их развертка по азимуту с графиками азимутов быстрой волны (окно 6). В 5-м окне волновые поля быстрой и медленной волны наложены друг на друга. Разбег волн просматривается только на глубине целевого интервала.

ВСП-МВС

Вмещающие породы (глины) характеризуются значительной анизотропией, и оценить на ее фоне анизотропию за счет трещиноватости коллектора достаточно сложно. Кроме того, залежи подобного типа (глинистый коллектор), как правило, не контролируются структурным планом и не выделяются по данным ГИС. Тем не менее, ВСП-МВС позволяет выделять нефтеносные и перспективные интервалы для данного типа разреза.

По результатам обработки и интерпретации были выявлены следующие особенности, имеющие значение для обнаружения коллекторов данного типа:

в толще глин выделяются заметным повышением скорости поперечных волн и некоторым понижением степени аксиальной анизотропии нефтематеринские породы, обогащенные органическим материалом;
внутри нефтематеринских пород выделяются интервалы с пониженными значениями скоростей поперечных волн, повышенной степенью аксиальной (с вертикальной осью симметрии) анизотропии и наличием азимутальной (с горизонтальной осью симметрии) анизотропии. Некоторые такие интервалы соответствуют известным продуктивным пластам.





			Выявление и оценка параметров трещиноватых коллекторов по данным ВСП-МВС. (увеличить)

Здесь приведены результаты для интервала, включающего нефтесодержащие породы по одной из скважин. Судя по результатам, неиспытанные ранее отдельные интервалы с пониженными значениями скоростей поперечных волн, повышенной степенью аксиальной анизотропии и наличием азимутальной анизотропии могут быть продуктивными, что и подтверждено результатами повторных испытаний для рекомендованных по данным ВСП-МВС интервалов в данной скважине.

МОГТ-МВС





			Оконтуривание зон распространения трещиноватых коллекторов по данным МОГТ-МВС. (увеличить)

Здесь приведена карта по параметру t , построеннная для возможно продуктивного интервала по данным МОГТ-МВС. Синий цвет соответствует низким значениям (ослабленные трещиноватые зоны в глинистых отложениях). Полученные данные хорошо согласуются с известной продуктивностью скважин. Площадные работы позволили оконтурить перспективные участки. Результат стандартной сейсморазведки с использованием только продольных волн не позволил дифференциировать перспективные объекты по признаку наличия или отсутствия в них трещиноватости.

Заключение

По данному направлению НПП ГЕТЭК сотрудничает с ведущими российскими и зарубежными учеными. Накопленный опыт показывает, что будущее современной сейсморазведки и акустики - в широком применении совместного анализа волн разных типов. Стремительное развитие аппаратуры и математического обеспечения это подтверждает.