Обеспечение эффективности спектрометрического гамма-каротажа при исследовании разрезов нефтегазовых скважин

Э. Г. Урманов







ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ГАММА-КАРОТАЖА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ РАЗРЕЗОВ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН


Учебно-методическое пособие

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 550.835
ББК 33.36
     У68


Рецензенты:
д. т. н., профессор кафедры нефтепромысловой геофизики Уфимского государственного нефтяного технического университета
Коровин Валерий Михайлович;
к. г.-м. н., доцент кафедры геофизики Башкирского государственного университета Ремеев Илдар Сагитович


     Урманов, Э. Г.
У68 Обеспечение эффективности спектрометрического гамма-каротажа при исследовании разрезов нефтегазовых скважин : учебно-методическое пособие / Э. Г. Урманов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. -136 с. : ил., табл.
           ISBN978-5-9729-1098-4

     Рассмотрены технические и методические возможности повышения эффективности использования данных спектрометрического гамма-каротажа разрезов нефтегазовых скважин за счет совершенствования средств и регламентирования требований метрологического обеспечения, повышения точности обработки регистрируемой при каротаже информации и совершенствования методики интерпретации получаемых материалов, в том числе в совокупности с данными комплекса других геофизических методов исследования разрезов нефтегазовых скважин. Приводятся примеры решения задач нефтегазовой геологии при изучении разрезов сложнопостроенных отложений.
     Для студентов и аспирантов нефтегазовых специальностей. Может быть полезно специалистам нефтегазовой отрасли.

УДК 550.835
                                                            ББК33.36







ISBN 978-5-9729-1098-4

© Урманов Э. Г., 2023
      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                              © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

Введение


    Спектрометрический гамма-каротаж (СГК) уже не один год относится к числу стандартных методов исследований разрезов нефтегазовых скважин. Он включен в обязательный комплекс исследований опорно-параметрических, структурных, поисковых, оценочных и разведочных скважин [22]. В зарубежной практике все связки скважинных приборов для исследований разрезов буровых скважин содержат модуль спектрометрического гамма-каротажа. Имеются также сведения об успешной работе модуля СГК в связке геофизических приборов при исследовании разрезов в процессе бурения [36].
    СГК применяют для решения задач детальной стратиграфической корреляции разрезов, установления литотипа пород в различных фациях, количественной оценки глинистости пород, типа и содержания глинистых минералов и органогенного углерода; а также для выделения, при благоприятных условиях, высокопроницаемых и трещиноватых зон и обводненных интервалов в продуктивных пластах [18]. СГК дает необходимую информацию при контроле за разработкой нефтяных и газовых месторождений и при доразведке вышезале-гающих от эксплуатируемых объектов отложений с использованием старого фонда обсаженных скважин.
    Ранее в нашей стране возможности СГК при исследовании разрезов нефтегазовых скважин не могли быть использованы в полной мере из-за отсутствия аппаратуры, необходимой для режима непрерывного каротажа, требуемой чувствительности и эксплуатационной надежности при воздействии повышенных температур и давления, в особенности в глубоких скважинах.
    В настоящее время созданы высокочувствительные [2, 3], термобаростойкие [26] скважинные приборы СГК, позволяющие производить скважинные замеры со скоростью до 200 м/ч, в том числе и в модульном исполнении для работ в связке с приборами других методов каротажа, как на кабеле [27], так и автономные [30, 31]. Расширились и методические возможности использования

3

данных СГК при исследовании разрезов нефтегазовых скважин, в том числе в комплексе с другими геофизическими методами [32, 33].
     Вместе с тем из-за разнобоя технических характеристик выпускаемой аппаратуры, в особенности её концентрационной чувствительности, недостаточного петрофизического обеспечения метода на местах проведения работ и отсутствия единообразия в метрологическом обеспечении измерений, обработке результатов и документировании получаемых материалов, данные СГК все еще слабо используются при детальном исследовании разрезов нефтегазовых скважин, в особенности при изучении характеристик основных объектов разработки - пластов-коллекторов.
     Методическое пособие разработано в лаборатории метрологии и стандартизации информационных технологий ФГУП ГНЦ РФ «ВНИИгеосистем» д. т. н. Урмановым Э. Г. при консультативной помощи д. т. н., профессора Блюменцева А. М. В редактировании и обсуждении материалов принимал участие к. т. н. Мельчук Б. Ю., в разработке программ обработки данных метрологических и скважинных измерений СГК принимали участие Грачёв В. Н. и Ширкин В. А. (НПП «ГЕРС»), программы интерпретации данных СГК - Мельчук А. Б. На основе обобщения результатов опробования метода при исследовании разнообразных по геолого-техническим условиям (ГТУ) объектов, в том числе глубоких и сверхглубоких (СГ-7) скважин [27], оно в настоящее время переработано и дополнено.

4

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ


     Настоящее пособие устанавливает методические основы использования данных спектрометрического гамма-каротажа при исследовании разрезов нефтегазовых скважин и комплексной интерпретации материалов ГИС с его участием для решения оперативных задач и подсчета запасов углеводородного сырья и предназначено для инженеров-операторов и инженеров-интерпретаторов (петрофизиков), занимающихся исследованиями нефтегазовых скважин и обработкой геолого-геофизических материалов. Кроме того, регламентируются вопросы метрологического обеспечения, проведения скважинных измерений и обработки получаемых материалов СГК.

5

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ


    В настоящем пособии приводятся ссылки на следующие стандарты и руководящие документы:
    ГОСТ 22609-77. Геофизические исследования в скважинах. Термины, определения и буквенные обозначения.
    Радиометры геофизические многоканальные. Ведомственная поверочная схема для средств измерений массовых долей естественных радиоактивных элементов. РД 41-06-124-90, Л., 1990.
    СТ ЕАГО-047-01. Геофизические исследования и работы в скважинах. Единицы физических величин.

6

3. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ


    В пособии в соответствии с упомянутыми в п. 2 нормативными документами применены следующие термины и определения:
    3.1.    Гамма-каротаж, ГК: Радиоактивный каротаж, при котором определяют гамма-активность вскрытых скважиной горных пород.
    3.2.    Спектрометрический гамма-каротаж, СГК: Гамма-каротаж, при котором по энергетическому спектру регистрируемого гамма-излучения горных пород определяют массовое содержание естественных радиоактивных элементов.
    3.3.    Нейтронный каротаж, НК: Радиоактивный каротаж, основанный на измерении плотности потока тепловых (ННКт) и надтепловых (ННКнт) нейтронов или вторичных гамма-квантов (НГК), образующихся в результате облучения горных пород постоянно действующим изотопным (ампульным) источником нейтронов.
    3.4.    Импульсный нейтронный каротаж, ИНК: Нейтронный каротаж, основанный на измерении нестационарной плотности потока нейтронов (ИННК) или гамма-квантов (ИНГК) при облучении горных пород импульсным источником быстрых нейтронов, и определении среднего времени жизни (т) или сечения захвата (Еа) тепловых нейтронов.
    3.5.    Плотностной гамма-гамма-каротаж, ГГКп: Радиоактивный каротаж, основанный на измерении плотности потока рассеянного гамма-излучения при облучении горных пород постоянно действующим источником гамма-квантов и определении их плотности.
    3.6.    Стандартные образцы естественных радиоактивных элементов, СО ЕРЭ: Модели пластов с известным содержанием естественных радиоактивных элементов, используемых для градуировки и калибровки аппаратуры СГК.
    3.7.    Полевые калибровочные устройства естественных радиоактивных элементов, ПКУ-ЕРЭ: Ненасыщенные по гамма-излучению модели пластов с известным эквивалентным содержанием естественных радиоактивных элемен-7

тов, используемые для калибровки аппаратуры СГК на базе и в полевых условиях.
    3.8.    Энергетическое разрешение детектора, R: Коэффициент, определяемый как отношение ширины пика в регистрируемом спектре гамма-излучения на его полувысоте к энергии пика. Для обеспечения единства измерений энергетическое разрешение детекторов определяют по пику излучения изотопа ¹³⁷Cs.
    3.9.    Концентрационная чувствительность спектрометра, ОерЭ: Коэффициент, определяющий величину скорости счета регистрируемого гамма-излучения, приведенную к единичному содержанию ЕРЭ.

8

4. СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ


    В настоящих Рекомендациях применены следующие сокращения и обозначения (мнемоники):
    ЕРЭ - естественные радиоактивные элементы;
    THOR - диаграмма массового содержания тория;
    URAN - диаграмма массового содержания урана;
    POTA - диаграмма массового содержания калия;
    ppm - единица измерения массового содержания (тория, урана) в миллионной доле;
    TURA - относительный параметр - THOR/URAN;
    UPRA - относительный параметр - URAN/POTA;
    TPRA - относительный параметр - THOR/POTA;
    SGR - диаграмма интегрального ГК по СГК;
    CGR - диаграмма интегрального ГК за вычетом уранового компонента гамма-излучения;
    ГИС - геофизические исследования скважин.

9

5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ СГК


    В соответствии с Ведомственной поверочной схемой [19] метрологическое обеспечение СГК предусматривает: градуировку аппаратуры, аттестацию (поверку) ее путем оценки основных относительных погрешностей определения массовых долей ЕРЭ в диапазоне измерений и контроль метрологических характеристик путем калибровки до и после скважинных измерений.
    Метрологическое обеспечение измерений при СГК в зависимости от заложенного в аппаратуру способа регистрации информационного сигнала (малоканальный, многоканальный) и обработки результатов отличается способами его реализации. Так, для обработки данных многоканальной аппаратуры СГК (путем передачи на поверхность всего регистрируемого сигнала) требуются эталонные («элементарные») спектры гамма-излучения, получаемые на моделях пластов с преимущественно «моноэлементным» составом и известным содержанием ЕРЭ [11]. Обработка результатов измерений малоканальной (3, 4, 5) аппаратурой АСГК производится с использованием матрицы спектральных коэффициентов, полученной по результатам измерений на моделях пластов с известным содержанием ЕРЭ [21, 24].
    Модели пластов (стандартные образцы - СО), содержащие ЕРЭ, создают при соблюдении требований насыщенности по гамма-излучению [21] и геометрических условий измерений. Так, стандартные образцы ЕРЭ Центра метрологии, стандартизации и сертификации «Газпром Георесурс» (г. Раменское) изготовлены в виде стальных цилиндрических контейнеров диаметром 140 см, высотой 170 смс расположенной по оси цилиндрической трубой диаметром 20 см, имитирующей скважину. Внутренний объем между цилиндрами заполнен бетонной смесью со следующим содержанием ЕРЭ:

10