Спосіб визначення пористості колекторів багатозондовими приладами нейтронного каротажу

Спосіб визначення пористості колекторів багатозондовими приладами нейтронного каротажу, що включає отримання значень просторового декремента швидкості лічби, однозначно зв'язаного з пористістю, за допомогою відношення показань будь-якої пари зондів, який відрізняється тим, що додатково до попарних декрементів визначають загальний декремент за сукупністю показань трьох і більше зондів на основі експоненціальної апроксимації цих показань, а як критерій ЩІЛЬНОСТІ зв'язку виміряної і апроксимуючої просторової залежності використовують коефіцієнт кореляції Винахід відноситься до області ядерногеофізичних досліджень нафтогазових свердловин і призначений для визначення пористості порідколекторів багатозондовими приладами нейтроннейтронного каротажу Для визначення пористості колекторів стаціонарними нейтронними методами нині використовують дво- і багатозондові прилади Багатозондові прилади мають ряд переваг перед двозондовими, зокрема, дозволяють отримати просторовий розподіл нейтронів в системі свердловина-пласт, що дає повнішу інформацію про властивості пласта і про вплив свердловини та и заповнення на вимірювані параметри Багатозондовість реалізують за допомогою індивідуальних детекторів (як однотипних, так і різного типу - з підвищеною ефективністю лічби нейтронів на дальніх зондах), розміщених на різних відстанях від джерела, а також за допомогою позиційно-чутливих детекторів Відомо [1, 2], що в системі прилад - свердловина - пласт зменшення швидкості лічби нейтронів (як теплових, так і надтеплових) зі збільшенням довжини зонда Z,, починаючи з певного значення довжини Zi першого зонда, при заданій пористості наближено описується експоненціальною залежністю (при умові, що ефективність детектуючих систем однакова або приведена до однакової) І, =\oe~aZ\ і = 1,2,3, (1) Тут І, [імп/хв] - швидкість лічби нейтронів і-м зондом, Іо [імп/хв] - швидкість лічби фіктивним зондом нульової довжини, Z, [см] -довжина і-го зонда, прийнята рівною відстані від центру джерела до середини детектоР а а = а(кп) [см ] - просторовий декремент швидкості лічби, кп - коефіцієнт пористості пласта Просторовий декремент (фактор затухання) а характеризує- спад нейтронного поля в системі прилад - свердловина - пласт зі збільшенням відстані до джерела При даних геолого-технічних умовах вимірювань декремент а однозначно зв'язаний з пористістю колектора - чим вища пористість кп, тим більша величина а (тим сильніше просторове затухання поля нейтронів) Залежність а від кп має монотонний характер і в загальному випадку нелінійна - чим більша пористість кп тим слабша зміна декременту а, тобто чутливість а до пористості падає з зростанням останньої Як прототип винаходу вибрано відомий спосіб [1,2] визначення пористості за допомогою декременту а, що визначається на основі експоненціальної залежності (1) згідно показань двох зондів різної довжини Зокрема, для двозондових прила 1 ю 57414 демо називати загальним) на основі дів отримують один декремент ои2 через відноекспоненціальної апроксимації виміряної простошення показань ближнього і дальнього зондів рової залежності, а як критерій, що контролює показання кожного зонда із розглядуваної сукупності а12 = (2) зондів, використовують коефіцієнт кореляції, який У випадку багатозондових приладів (три і біхарактеризує тісноту зв'язку виміряної просторової льше зондів), за аналогією з визначенням (2), мозалежності і її апроксимації жна отримати набір із // просторових декрементів, Загальний декремент можна отримати за довикористовуючи всі можливі пари зондів Z, < Z,, помогою двох ПІДХОДІВ Перший із них полягає в усередненні всіх можливих попарних декрементів при даному числі зондів 1 При цьому п = 3- для трьохзондовых приладів, п = 6- для чотирьохзондових, п = 10 - для п'ятизоНДОВИХІТ Д Для заданої пористості кожен з декрементів (3) у загальному випадку залежить як від абсолютних значень Z,, так і віл конкретного інтервалу AZ,, = Z, - Z|, на якому визначається спад поля нейтронів Ця залежність зникає при достатньо великих (асимптотичних) значеннях Z, [2] Як випливає із формул (2) і (3), при попарному визначенні просторового декременту формально не існує принципової ВІДМІННОСТІ між багатозоидовими і лвозондовими приладами Але, оскільки глибинність досліджень гірських порід нейтроннейтронним методом збільшується з ростом довжини зонда (ВІДПОВІДНО, зменшується вплив свердловинних факюрів), в багатозондовому приладі можуть бути вибрані оптимальні пари зондів, в залежності від техніко-геолопчних умов каротажу і з урахуванням статистичних похибок вимірювань Інтерпретаційні залежності (палетки) а,, від кп для багатозондових приладів можна побудувати для кожної пари зондів (чи для вибраних пар зондів), тоді як для двозондових приладів отримують ТІЛЬКИ одну залежність (для заданих умов) Недоліками відомого способу отримання просторового декременту па основі відношення показань пари зондів є зміна величини декременту за рахунок неконтрольованого впливу свердловинних завад (кавернозність, зміна параметрів промивальної рідини, товщини глинистої кірки чи цементного кільця і т п ) на показання кожного з зондів окремо, що може привести до істотної похибки визначення пористості, теж саме за рахунок впливу статистичних і апаратурних похибок, відсутність критерію для контролю показань кожного з двох зондів, за якими визначається просторовий декремені Метою винаходу є зменшення похибки визначення пористості багатозондовими приладами нейтронного каротажу, підвищення СТІЙКОСТІ багатозондових приладів до свердловинних завад, зменшення впливу апаратурних і статистичних похибок шляхом використання загального (для всієї сукупності зондів) просторового декременту з одночасним контролем (в тому числі і в режимі реального часу) просторової залежності показань трьох і більше зондів Розв'язання задачі досягається тим, що просторовий декремент визначають за сукупністю показань трьох і більше зондів (такий декремент бу ^ " (п) де підсумовування виконується за повним набором попарних декрементів для систем з трьома і більше зондами Наприклад, для трьохзондових приладів п = 3, для чотирьохзондових - п = 6, для п'ятизонлових - п = 10 і т д Формула (4) дозволяє отримати загальний декремент а, що визначається згідно виразу (1), для багатозондової системи Однак при визначенні а за допомогою усереднення (4) відсутній критерій ВІДПОВІДНОСТІ отриманих показань багатозондового приладу експоненціальній просторовій залежності (1) Такий критерій випливає з другого, кореляційного, підходу до визначення загального просторового декременту а Для виконання кореляційного аналізу проводять лінеаризацію залежності (1) шляхом и логарифмування В нових змінних отримують ЛІНІЙНИЙ зв'язок показань кожного зонда від його довжини Y = Yn - afk )Z R^ < 1 (5) 2 де Y, = Inli, Yo = Inlo R - квадрат коефіцієнту кореляції В такому зображенні шукана величина a(kn) характеризує нахил прямої лінії відносно осі абсцис, а квадрат коефіцієнту кореляції - тісноту зв'язку виміряної швидкості лічби на кожному зонді з апроксимуючою ЛІНІЙНОЮ функцією (5) Значення а, вирахувані згідно (4) і (5), співпадають За даними свердловинних вимірювань визначають регресійну залежність (5) (отже, і значення 2 а), а також коефіцієнт R Коефіцієнт кореляції служить критерієм ВІДПОВІДНОСТІ експоненціальної апроксимації (1) виміряній просторовій залежності показань багатозондового приладу (при даній пористості) - чим ближчий цей коефіцієнт до 1, тим ТІСНІШИЙ зв'язок отриманих показань з апроксимуючою їх експонентою На рис 1 приведена залежність показань чотирьохзондового приладу ННК за тепловими нейтронами від довжини зонда, отримана на моделях пластів вапняка пористістю 1% і 44%, пересічених свердловиною діаметром біля 20см Прилад діаметром 90мм притиснуто до стінки свердловини, використано Pu-Ве джерело потужністю 4,65x106н/сек Детектуючі системи всіх чотирьох зондів однотипні, використані лічильники нейтронів типу СНМ-56 Габаритний макет приладу створено в Дослідно-конструкторському бюро геофізичного приладобудування (ДКБ ГП, м Київ), вимірювання виконані на моделях пластів ДКБ ГП Як видно з рис 1, просторова залежність пока 57414 зань розглядуваного багатозондового приладу близька до експоненціальної (що в напівлогарифмічному зображенні відповідає ЛІНІЙНІЙ залежності) Також видно, що пористість колектора однозначно зв'язана з загальним декрементом а, при цьому для низькопористих колекторів величина аістотно менша, ніж для високопористих 6 В таблиці наведені попарні значення декременту а,,, обчислені згідно показань ВІДПОВІДНИХ пар зондів за формулою (3), а також значення загальною декременту а, отримані за сукупністю показань всіх чотирьох зондів, згідно формулі (5), разом з коефіцієнтом кореляції (див апроксимуючі формули на рис 1) Таблиця Попарні і загальні декременти поля теплових нейтронів в моделях двох пластів вапняку для приладу 4ННКт, притиснутого до стінки необсадженої свердловини AZJJ = Z j Z|, 37-22= 15 52-37= 15 67-52= 15 52-22 = ЗО 67-37 = ЗО 67-22 = 45 см O, C O M i j 0,0769 0,0795 0,0676 0,0782 0,0735 0,0747 k n = 1% а, см 0,0751 (R2 = 0,9988) Із таблиці видно, що попарні значення декременту при даній пористості можуть істотно відрізнятися між собою і від загального декременту Для визначення пористості доцільно скористатися не самим декрементом а, а безрозмірним штерпретаційним параметром aB-a(kn) (6) 5(к„) = ав де ав -загальний декремент показань багатозондового приладу в прісній воді Величина ав служить метрологічною константою даного прилаДУ Рис 2 ілюструє залежність штерпретаційного параметра 5 від пористості вапняка кп, отриману за допомогою вимірювань в трьох моделях пластів чотирьохзондовим приладом за тепловими і надтепловими нейтронами в необсадженій (НС) і обсадженій стальною колоною свердловині (ОС) Із приведених ілюстрацій, таблиці та виконаного аналіз}' випливає, що в багатозондових приладах попарні значення декременту можуть помітно змінюватись для різних пар зондів, що зв'язано як з наближеним характером експоненціальної залежності, так і з геологотехнічними, апаратурними і статистичними факторами, потребують побудови палеточних залежностей для кожної пари зондів, наприклад, для чотирьохзондового приладу повний набір складається з шести палеток, вибір оптимальної пари зондів вимагає аналізу геолого-технічних умов каротажу Використання загального декременту при визначенні пористості дає такі переваги для кожної пористості при заданих умовах каротажу маємо єдиний загальний декремент, який відрізняється підвищеною завадостійкістю, (Xji, C M 0,1371 0,1196 0,1088 0,1283 0,1142 0,1218 kn = 44% a, CM 0,1216 (R2= 0,9973) існує критерій ВІДПОВІДНОСТІ отриманих показань всіх зондів експоненціальній просторовій апроксимації - чим ближчий коефіцієнт кореляції до 1, тим точніший експоненціальний розподіл, знижується вплив свердловинних факторів, зменшується вплив статистичних і апаратурних похибок, за допомогою коефіцієнта кореляції можливий контроль показань всіх зондів і у випадку хибних показань будь-якого із зондів (про що буде свідчити різке зменшення R2) можливе вилучення його з розгляду без втрати каротажного заміру в цілому Технічним результатом реалізації запропонованого способу с підвищення точності визначення пористості порід-колекторів, збільшення завадостійкості багатозондового нейтронного каротажу, зменшення впливу статистичних і апаратурних похибок вимірювань Використання багатозондових приладів ННК дозволяє використати загальний декремент або (і) вибрати оптимальну пару зондів, що розширює можливості і достовірність інтерпретації каротажних даних Поряд з цим залишаються в силі і традиційні способи визначенні пористості, а саме 1) за відношенням показань будь-яких двох зондів, 2) за попарними декрементами, отриманими з використанням вказаних відношень Література 1 Семенов Е В , Кругова Т Е Многозондовый нейтронный каротаж перспективы использования в практике геофизических исследований скважин /Геофизика, 2000, Спецвыпуск, с 33-35 2 Кожевников Д А Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазовой геологии - 2-е изд , перераб и доп -М Недра, 1982 57414 1000000 ж K - 1 % I = i236749exp(-0,0751Z) h R2 = 0,9988 • 100 000 с I 100 00 І s Ю Ж T •g Kn = 4 4 % I = 1749475exp(-0,1216Z) R2 = 0 , 9 9 7 3 f 3 1000 100 20 30 40 50 Довжина зонда Z, см Рисі 60 70 57414 10 0,35 a 0,3 0,25 1 НС 6нт = -0.08 lnKn +0,3382 R2 = 0,9996 о 0,2 < D S C O a. ra с І 0,15 s В 2 HC ST = -0,0814 іпКп-ь 0 328 R2 = 0,9995 to Ф с g x 0,1 3 ОС 5Т = -0,0857 InKn + 0,3111 R2 = 0,9982 0,05 a А ОС бнт^ -0,079 ІпКп + 0,2624 о a о -0,05 ю 100 Пористість вапняка Кп, % Рис 2 Комп'ютерна верстка С Волобуєва Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна