Габбасов Ш.В., Даниленко В.Н., Дмитриев К.В., Кондрашов А.В., Мамлеев Т.С., Мамлеева С.Т., Николаев Ю.А. (ОАО НПП ВНИИГИС, ЗАО НПФ ГИТАС)

Современное состояние вопроса применения фокусированных методов бокового каротажа для азимутального сканирования скважин

Впервые прибор фокусированного бокового каротажа с секционированным цен­тральным электродом для выделения зон с азимутальной неоднородностью был заявлен в 1982 г. во ВНИИНПГ (г.Уфа) [1]. Это был прибор с передачей на поверхность аналогового сигнала, амплитуда которого пропорциональна степени электрической неоднородности скважинной формации. Данный прибор, регистрируя лишь общие признаки электрической неоднородности пород, не позволял оценивать детали и характер этой неоднородности.

В 1983-1985 гг. во ВНИИГИС был разработан цифровой модуль сканирующего бокового каротажа БКС с зондовой установкой типа БК-3 с центральным фокусированным электродом, разделенным на шесть секций, с раздельной регистрацией тока каждой секции, предназначенный для работы в составе агрегатированного комплекса цифровой аппаратуры АКИПС-48 и АКИПС-36. В ходе испытаний и последующей эксплуатации этого модуля была показана высокая эффективность метода при исследовании азимутальных неоднородностей скважинных формаций, оценке характера и особенностей этих неоднородностей, выделении наклонных, в том числе тонких, пластов. В настоящее время этот модуль выпускается в модификации с восемью секциями центрального электрода при диаметре прибора 48 мм (описание приведено ниже). Вертикальное разрешение аппаратуры составляет 2 см. Скважинный прибор центрирован в скважине. Конструкция прибора позволяет использовать его в наклонных и горизонтальных скважинах.

Каротажный прибор под названием ARI (Azimutal Resistivity Imager) для представления азимутального распределения удельного электрического сопротивления, выполненный на основе фокусированного бокового каротажа, использует и фирма Schlumberger [2]. Данный прибор, обеспечивая глубокое зондирование удельного сопротивления по 12 направлениям вокруг скважины, позволяет анализировать неоднородности скважинных формаций, наклон пластов, удельное сопротивление в наклонных пластах, положение и ориентацию трещин и разрывов. Большие перспективы фирма Schlumberger видит в использовании прибора ARI в горизонтальных скважинах. К недостаткам прибора ARI можно отнести большой вертикальный размер секций фокусированного электрода (около 20 см), что ограничивает его вертикальную разрешающую способность.

В настоящее время появилась информация о разработке аппаратуры с аналогичным принципом действия в НПО «Нефтегеофизприбор» (г. Краснодар) – азимутальный электрический сканер АЭС-8 [3] и прибор двойного компенсированного бокового микрокаротажа Э42С [4]. Азимутальное разрешение этих приборов составляет восемь градаций. Вертикальная разрешающая способность равна 10 см для АЭС-8 и 8 см – для Э42С. Ориентирование показаний этих приборов в пространстве возможно только в наклонных скважинах с известными инклинометрическими данными за счет нецентрированного перемещения зонда по скважине и разности показаний токов ближнего зонда. При этом условия фокусировки для каждой из секций центрального электрода основного зонда оказываются разными, что ухудшает разрешенность сканирования. Прибор АЭС-8 оснащен гибкой «косой» длиной 24 м, что затрудняет его применение в горизонтальных скважинах.

В 2000 г. во ВНИИГИС был разработан электрический сканер диаметром 73 мм с расширенными функциональными возможностями – АЭСБ-73. Центральный фокусированный электрод прибора разделен на 16 секций. Вертикальное разрешение прибора составляет 14 мм. Прибор содержит инклинометрические датчики для привязки показаний азимутальных электродов к пространственным координатам. Более подробно прибор описан ниже.

Цифровой модуль БКС в составе скважинного комплекса АКИПС-48

Скважинный комплекс АКИПС-48 содержит набор модулей различных видов радиоактивного каротажа, волнового акустического каротажа ВАК, электрического каротажа, кавернометрии и др. Для уменьшения общих габаритов скважинного комплекса модуль БКС конструктивно совмещен с модулем волнового акустического каротажа ВАК [5], а также с модулем термометрии и резистивиметрии ТР (рис.1).

 

Рис. 1. Схематичное изображение зондовой установки БКС в составе комплекса АКИПС-48

 

Электрическим разделителем между экранным и обратным токовым электродом служит полужесткая «коса», представляющая из себя армированный маслонаполненный толстостенный резиновый шланг диаметром 48 мм, который одновременно является и акустическим изолятором для зонда ВАК. При этом металлические контейнеры с акустическими излучателем и приемниками, размещенные на этом изоляторе, одновременно являются и электродами измерения потенциалов зонда БКС. Верхние модули скважинного комплекса и броня кабеля служат обратным токовым электродом зонда БКС. В качестве экранных электродов используются охранные кожухи с электроникой модуля БКС, а также охранные кожухи модуля ТР.

Регистрируемыми параметрами модуля БКС являются: токи восьми секций цен­трального фокусированного электрода, ток экранного электрода и потенциалы электродов «косы» зонда, из которых затем вычисляются кажущиеся удельные сопротивления (либо проводимости) в восьми радиальных направлениях и с разной глубинностью. Метрологический контроль регистрируемых параметров осуществляется с помощью встроенного программно-управляемого калибратора.

Источник питания зонда выполнен по схеме стабилизации электрической мощности [6], что обеспечивает автоматическую оптимизацию питания зонда в широких пределах изменения внешней нагрузки. Это в сочетании с раздельной регистрацией токов и напряжений существенно расширяет динамический диапазон измерения сопротивлений, что позволяет проводить измерения даже в обсадных колоннах, используя данный прибор в качестве сканирующего дефектоскопа.

Полужесткая «коса» имеет достаточную прочность как на растяжение, так и на сжа­тие, что позволяет проталкивать скважинный прибор на забой при исследовании горизонтальных скважин с помощью технологии «жесткого» кабеля или колтюбинговых труб. «Коса» разделяет верхнюю и нижнюю часть многомодульного скважинного комплекса «АКИПС-48», а ее способность изгибаться на некоторый угол облегчает прохождение длинномерной приборной связки на участках скважины с малыми радиусами изгиба.

Цифровой скважинный прибор АЭСБ-73

Зондовая установка АЭСБ-73 (рис.2) представляет собой комбинацию фокусированного трехэлектродного зонда БК-3 и псевдобокового зонда ПБК. Прибор имеет следующие особенности.

 

Рис. 2. Скважинный прибор АЭСБ-73

 

Центральный фокусированный электрод Ао состоит из шестнадцати секций Ао1…Ао16, равномерно распределенных по окружности сечения зонда. Продольный размер секций, ограничивающий вертикальное разрешение зонда, составляет 14 мм.

Подобно зонду ПБК прибор АЭСБ-73 имеет два обратных токовых электрода В1 и В2, расположенных симметрично с обеих сторон зонда на небольшом удалении от экран-ных электродов. Достаточная длина экранных электродов позволила при этом сохранить приемлемую глубинность зондирования. Избавление от длинномерной гибкой «косы» позволило дополнительно исключить «экранный» эффект от вышележащих низкопроводящих пластов, свойственный зондам БК-3.

Зонд содержит две пары дополнительных электродов M, N, расположенных сим­метрично центральной зондовой установке для измерения потенциала зонда без влияния двойного электрического слоя, присутствующего на экранном и обратных токовых электродах.

Все измерительные и питающие электроды зонда гальванически развязаны от брони кабеля и от центраторов. Экранные электроды Аэ являются охранным кожухом для электронных схем скважинного прибора.

Зонд прибора так же, как и в модуле БКС, запитывается от стабилизатора электрической мощности, обеспечивающим расширенный диапазон измерения сопротивлений. Прибор дополнительно имеет низкочастотный (25 Гц) и высокочастотный (2500 Гц) режимы зондирования, а также может работать в режимах измерения переходных процессов и вызванной поляризации.

В конструкцию прибора входит блок инклинометрических датчиков, содержащий комбинацию трехосного акселерометра и трехосного магнетометра, для привязки показа-ний зонда к пространственным координатам.

Результаты проведения сканирующего бокового каротажа (АЭСБ-73) по модельной скважине

Цель модельных работ: проверка разрешающей способности аппаратуры АЭСБ-73 при выделении различных видов неоднородностей, в том числе вертикальных, наклонных трещин и локальных неоднородностей.

Конструкция модели

Скважина обсажена стальной колонной диаметром 305 мм до забоя (51 м), заполнена пресной водой. В скважину опущена колонна из пяти стеклопластиковых труб общей длиной 15 м. Размеры каждой стеклопластиковой трубы составляют:

• наружный диаметр – 175 мм;
• внутренний диаметр – 150 мм;
• длина – 3000 мм с резьбой на концах по 100 мм.

Высота соединительных стеклопластиковых муфт составляет 200 мм.

Трубы имеют искусственно выполненные дефекты, имитирующие электрические неоднородности (табл.1).

 

Таблица 1

 

Результаты модельных исследований

 

Рис.3. Результаты проведения сканирующего бокового каротажа (АЭСБ-73) по модельной скважине

 

На рисунке 3 представлено:

1. Диаграммы фокусированных токов IАo1-IАo16 , на которых все неоднородности, имитируемые дефектами стеклопластиковых труб, фиксируются расхождениями токов отдельных измерительных электродов. Интервалы с трещинами (щели – труба №2) характеризуются резким увеличением проводимости, на фоне которого локальные неоднородности (отверстия) выделяются слабо дифференцируемыми экстремумами. Аналогичные локальные неоднородности (труба №3) на фоне общей низкой проводимости характеризуются повышенной дифференциацией экстремумов.
2. Конструкция модели.
3. Развертка фокусированных токов IАo1-IАo16 с модуляцией величины тока в цветной и в монохромной шкале. Хорошо выделяются области искусственных дефектов в виде вертикальных и наклонных щелей (труба №2), а также области с различными проводимостями, соответствующие областям рядов отверстий различного диаметра (трубы №2 и №3 – диаметр отверстий 5 мм, труба №4 – диаметр отверстий 2 мм).
4. Развертка дифференциала токов по азимуту dI(A), позволяющая контрастно выделить азимутальные неоднородности объекта. Хорошо выделяются не только щели, но и отдельные отверстия. Вертикальная темная область на трубе №3 с отличающейся контрастностью объясняется загрязненностью отверстий. По этой же причине выделяются не все отверстия трубы №4. Контрастность проводимости щелей на трубе №2 намного превышает контрастность проводимости отверстий, из-за чего отверстия трубы №2 на данной развертке не видны.
5. Развертка дифференциала токов по азимуту dI(A) с фильтрацией по вертикальному геометрическому фактору позволяет выделить неоднородности в виде отверстий на трубе №2.
6. Трехмерное представление развертки дифференциала токов по азимуту dI(A).

Конструкция модели не позволяет выполнять инклинометрические измерения, поэтому определялись только углы падения щелей без их азимутальной ориентации. В табл.2 приведено сопоставление углов щелей модели и определяемых по данным БКС углов падения электрических неоднородностей, обусловленных наклонными щелями.

 

Таблица 2

 

Таким образом, результаты модельных исследований позволяют утверждать, что аппаратура АЭСБ-73 дает возможность определять вертикальные и наклонные трещины и отдельные локальные неоднородности размером 2 мм и более, что подтверждается приведенными ниже примерами применения БКС.

 

Рис. 4. Пример записи прибором БКС в вертикальной скважине

 

На рис.4 представлены результаты сканирования модулем БКС вертикальной скважины. На рис. 4а,б данные представлены в монохромной шкале в функции удельного сопротивления (рис. 4а) и в функции удельной проводимости (рис. 4б). На рис.4в данные представлены в многоцветной шкале, значительно повышающей разрешающую способность изображения. На рис. 4г данные представлены в двухцветной шкале в функции производной удельной проводимости по глубине, что дополнительно подчеркнуло границы пластов и иных неоднородностей. Для рис. 4б и 4в применена интерполяция данных.

Эти результаты демонстрируют высокую разрешающую способность прибора. Как видно на рисунках, уверенно выделяются пласты и пропластки менее 5 сантиметров. Отчетливо виден наклон пластов, проявляющийся в синусоидальном характере границ, что позволяет использовать прибор в качестве наклономера. Выделяются различные неоднородности в некоторых пластах, обусловленные сложностью их строения.

 

Рис. 5. Пример записи прибором БКС в горизонтальной скважине

 

На рис.5 представлены результаты сканирования модулем БКС горизонтальной скважины. На представленном участке скважины видно, как прибор регистрирует приближение скважины к соседнему пласту, частичное вхождение в него и затем опять удаление.

 

Рис. 6. Запись прибором БКС в модельной скважине в качестве дефектоскопа

 

На рис.6 представлены результаты регистрации БКС на модельной скважине, представляющей собой соединенные муфтами и погруженные в грунт (без цементного кольца) трубы НКТ диаметра 89 мм и толщиной стенок 8 мм, в которых выполнен ряд нарушений. Регистрация проводилась 6-секционным экземпляром модуля БКС диаметром 48 мм. На рис.6а азимутальные развертки представлены в монохромной шкале в функции токов секций фокусированного электрода, на рис. 6б – в многоцветной шкале, на рис. 6в – в серой монохромной шкале в функции производной токов по глубине скважины, а на рис.6г показано изменение сопротивления по толщине трубы.

В интервале 23,5 – 24,5 м имитирована кумулятивная перфорация диаметром 16 мм с равномерно распределенными по поверхности отверстиями. На данных БКС эта область хорошо видна на рис. 6а и 6в. На глубинах 25,4 и 28,4 м четко выделяется муфтовое соединение. В районе 27 м очень контрастно областью повышенной плотности тока фиксируется искусственная вертикальная щель высотой 25 см. На рис.6г темные области указывают на увеличение сопротивления по толщине трубы, связанное с коррозией, а на рис.6б – области синего и фиолетового цветов показывают локализацию этих мест.

 

Рис. 7. Пример записи прибором БКС в обсадной колонне

 

На рис. 7 приведены результаты записи в колонне по одной из скважин Татарии, свидетельствующие о структуре металла колонны и особенностях технологического процесса изготовления колонны.

 

Рис. 8. Результаты скважинных исследований сканирующим БК на Оренбургском газоконденсатном месторождении

 

На рис. 8 представлены результаты скважинных исследований сканирующим БК на Оренбургском газоконденсатном месторождении в виде кривых сопротивлений большого, малого и компенсированных зондов и развертки электрических свойств горных пород по сопротивлению и по азимуту, а также в виде диаграмм разверток по сопротивлению, проводимости, дифференциалов проводимости по глубине и азимуту. Два последних представления результатов исследований позволяют контрастнее выделить границы пластов, трещин и др. неоднородностей по глубине и азимуту.

Результаты исследований сканирующим БК свидетельствуют:

• об отсутствии проникновения фильтрата промывочной жидкости в коллектор, на что указывают совпадения кривых сопротивлений, зарегистрированных зондами различной длины и компенсированным зондом. Небольшие расхождения в интервале глубин 1744-1747 м обусловлены шунтирующим влиянием вышезалегающего (интервал 1739-1744 м) низкоомного пласта, а в интервале 1723-1728 м – шунтирующим влиянием колонны;
• в разрезе практически отсутствует вертикальная трещиноватость;
• отдельные пласты имеют негоризонтальное залегание (о чем свидетельствует синусоидальная форма развертки электрических свойств отдельных пластов).

ЛИТЕРАТУРА

1. Устройство для бокового каротажа скважин: А.С. №1022107 G01V3/20/ Мечетин В.Ф., Королев В.А. ВНИИПНГ. – № заявки 337973/18-25; заявл. 06.01.82; опубл. 07.06.83.
2. D.H.Davies, Ollivier Faivre, M-T.Gounot, Bruno Seeman, J-C.Trouller, Dominique Benimeli, Antonio Ferreira, D.J.Pittman, Mfhaly Randrianavony, J.W.Smits, B.I. Anderson and John Lovell, Schlumberger Azimuthal Resistivity Imaging: A NEW-Generation Laterolog. Paper (SPE 24676) first presented at the 1992 SPE Annual Technical Conference and Exhibition in Washington. Oct.4 – 7. SPE Formation Evaluation. September 1994. P. 165 – 174.
3. Детальное азимутальное электрическое сканирование скважин. – Краснодар: ОАО НПО «Нефтегеофизприбор». – 2000.
4. Двойной боковой микрокаротаж скважин (ДМБК). – Краснодар: ОАО НПО «Нефтегеофизприбор». – 2000 .
5. Зонд акустического и электрического каротажа // Сагалович О.И., Мамлеев Т.С., Шокуров В.Ф., Блинков В.И. /Авторское свидетельство №1420572.
6. Устройство для электрического каротажа // Мамлеев Т.С., Сагалович О.И. /Авторское свидетельство №1511728.