Фізико-геологічне обґрунтування застосування методу наземної електророзвідки для контролю розробки газових і газоконденсатних родовищ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фізико-геологічне обґрунтування застосування методу наземної електророзвідки для контролю розробки газових і газоконденсатних родовищ

Є.Д. Кузьменко, М.В. Штогрин

ІФНТУНГ

Приведено физико-геологическое обоснование применения метода наземной електроразведки для контроля пластового давления при разработке газовых и газоконденсатных месторождений.

Дано аналитическое обеспечение расчетных схем указанного контроля

The physical geological substantiation of application of ground electric prospecting method for control of formation pressure on development of gas and condensate fields is presented here. Analytical provision of calculated schemes of a given control is substantiated in this article.

Наші дослідження в напрямку дорозвідки та контролю за розробкою родовищ вуглеводнів із застосуванням наземних електрометричних методів відображені в ряді наукових праць, наприклад [1]. Проте слід визнати, що питання фізико-геологічного обґрунтування цих досліджень та їх математичного забезпечення висвітлені в згаданих роботах фрагментарно. Мета даної публікації - представлення цілеспрямованої концепції нашого бачення вказаних досліджень.

Фізичною основою досліджень є залежність зміни потенціалів електричного поля від зміни напруженого стану масиву гірських порід при зміні пластового тиску в покладі вуглеводнів. Між механічною напругою та потенціалом механо-електричної поляризації гірських порід встановлена залежність

, (1)

де: - потенціал механо-електричної поляризації; - коефіцієнт механо-електричного перетворення; - приріст тиску.

В природному масиві гірська порода перебуває в стані рівномірного гідростатичного тиску. Експлуатація покладу призводить до перерозподілу напруженостей та формування нового локального напружено-деформованого стану масиву, що прилягає до свердловини. Це, в свою чергу, згідно з формулою (1), веде до зміни потенціалу електричного поля.

Свердловина є зондом, що виводить на поверхню інформацію про зміну геоелектричних полів в інтервалі продуктивного горизонту та в присвердловинній зоні. За своєю природою це можуть бути такі поля потенціалів: окислювально-відновних, фільтраційних, дифузійно-адсорбційних, механо-електричних.

Наявність окислювально-відновних потенціалів (ОВП) пояснюється скачком потенціалу на межі електронного провідника (свердловини) з іонним середовищем (газ в свердловині). Величина ОВП залежить від властивостей середовищ, що стикаються, та від фізичних умов в яких вони знаходяться. Ці фактори суттєво змінюються на крівлі продуктивного пласта, тобто ми маємо дві системи: одна - в інтервалі продуктивного горизонту, друга - в інтервалі обсадки глухої колони. При оцінці за потенціал приймаємо максимальне значення ОВП, що розраховується за формулою Нерста, виходячи із співвідношення вмісту в газі окисного і закисного заліза

, (2)

де: - стандартний окислювально-відновний потенціал системи; - газова стала; - абсолютна температура; - різниця валентностей окислених і відновлених компонентів; - стала Фарадея; - концентрація іонів.

Різниця потенціалів для двох систем ОВП, що розглядаються, буде дорівнювати

газоконденсатне родовище електрометричний

, (3)

де індекси (1) і (2) відповідають вмісту іонів і на рівні інтервалу перфорації і на рівні глухої частини обсадної колони.

Загалом значення в зоні окислення можуть досягати 0 0,4 В.

Наявність фільтраційних потенціалів (ФП) можна пояснити переміщенням іонів в пласті і по стовбуру свердловини при русі газу. Величина ФП, у відповідності з [2], може бути визначена за формулою

, (4)

де: - діелектрична проникність газу; - електричний питомий опір провідника (газу або обсадної колони); - параметр, що характеризує електрокінетичні властивості подвійного електричного шару на стінці свердловини; - коефіцієнт в'язкоcті.

Для газу , тому формула (4) втрачає свій зміст, і питання про наявність та внесок фільтраційних потенціалів в сумарне геополе знімається. Якщо в якості провідника розглядати обсадну колону, то і відповідно .

Наявність дифузійно-адсорбційних потенціалів загалом пояснюється дифузією іонів в розчині, тому цей вид потенціалу в просторі, що заповнений газом, виключається.

Виникнення механо-електричних потенціалів зумовлено направленою дифузією дефектів структури гірських порід при порушенні їх термодинамічної рівноваги. Це доведено в роботі [3]. Згідно з цією роботою, величину можна визначити з виразу

, (5)

де: - атомний об'єм дефекта; - заряд, що переноситься однією вакансією; - ентропійний коефіцієнт.

Чисельна оцінка величини дає 0,027 2,7 В. Таким чином, сумарне геополе

, (6)

де - потенціал поля-завади.

Потенціал поля-завади складається з постійної та змінної в часі складових. Змінна складова виникає за рахунок впливу телуричних струмів. Ця складова при виконанні польових робіт вимірюється і вираховується з величини сумарного геополя Е. Наявність свердловини як провідника на телуричне поле впливає несуттєво [4]. Постійна частина поля-завади виникає за рахунок наземних природних струмів, що виникають при міграції іонів з глибинних зон земної кори до поверхні [9], за рахунок промислових завад і за рахунок фільтраційних адсорбційно-дифузійних процесів у верхніх шарах розрізу. Сталою цю заваду можна вважати для певного інтервалу часу дослідження.

Потенціал складається зі складових, що одержані при роботі свердловини (), не релаксованої до початку досліджень, та інформаційної складової, що одержана при дослідженні (). Таким чином,

. (7)

З аналізу формули (3) випливає, що - постійна. Насправді, - заздалегідь постійні. Окислювально-відновна реакція, що викликана різною концентрацією іонів, також не змінюється, оскільки склад газу постійний. Тоді формула (6) буде мати вигляд

, (8)

де , при цьому не залежить від часу і координат точок по профілю, а і не залежать від часу.

Тоді формула (8) з врахуванням (1) може бути представлена у вигляді

. (9)

Розглянемо, як змінюється потенціал по наземному профілю, який проходить через свердловину. В роботі [5] запропоновано розглядати свердловину як вертикальний лінійний провідник з розподіленим по ньому додатним зарядом. При цьому нижню частину свердловини, що відповідає інтервалу перфорації, приймаємо за анодну область елемента, що розглядається, і враховуючи його малі розміри порівняно з загальною довжиною свердловини, приймаємо точковим. Потенціал від такої системи можна розрахувати шляхом заміни нижньої частини свердловини - від'ємним точковим, а верхній - рівним йому лінійним додатним джерелом. Припускаємо, що струм між джерелами дорівнює І, тоді одержимо в загальному випадку потенціал від точкового джерела

, (10)

де: - питомий опір порід; - сумарний струм, що проходить через середовище; - координати точки спостереження відносно центра джерела.

Якщо позначити через половину довжини лінійного провідника, а координати розглядати відносно його центра, то потенціал від точкового джерела, що розміщений у нижній частині лінійного провідника, буде рівний (рис.1)

. (11)

Рисунок 1 - Схема для розрахунку вертикального поляризованого провідника

Той же потенціал на поверхні землі

. (12)

Знайдемо вираз для потенціалу на поверхні землі для лінійного джерела, припускаючи, що заряд на ньому розподілений рівномірно по всій довжині провідника. Цей розв'язок розглянуто в роботі [6] і застосовуючи його до наших умов, він буде виглядати таким чином:

, (13)

де - координата елемента лінійного джерела.

Потенціал від усього лінійного джерела

 (14)

Потенціал від лінійного джерела на поверхні землі, коли ,

. (15)

Сумарний потенціал

. (16)

Сумарний потенціал на поверхні землі

. (17)

Загальний вигляд кривих потенціалу по лініях, що паралельні свердловині, а також по лінії вхрест свердловини на поверхні землі наведено на рис.2.

Рисунок 2 - Криві потенціалу для вертикального лінійного провідника

У відповідності з цим на рис.3 представлено криві розподілу потенціалу і його складових (див. формулу (8)) по горизонтальному профілю, що проходить через гирло свердловини.

Таким чином, потенціал електричного поля на гирлі свердловини прямо пропорційний зміні тиску, а це дає підстави для контролю зміни пластового тиску за вимірами електричного поля.

Рисунок 3 - Розподіл потенціалів по профілю, що проходить через гирло свердловини

При дослідженні ділянки родовища вимірюють природні потенціали по радіальних профілях і визначають пластовий тиск за формулою

(18)

де: - потенціал, виміряний на відстані 1метр від гирла свердловини, мВ; - фонове значення потенціалу (телуричні струми і різні електричні промислові завади); - зміна пластового тиску, атм.

Попередньо вимірювання потенціалів виконують в двоелектродному варіанті природних потенціалів при одночасному зниженні пластового тиску до усталеного стану. За результатами вимірювань визначають - коефіцієнт зв'язку між природними потенціалами і тиском за формулою

(19)

де: - потенціал, виміряний на відстані 1 метр від гирла свердловини, мВ; - фонове значення електричного поля, мВ; - відомий пластовий тиск на даній свердловині, атм.

Відтак свердловину переводять в нормальний режим експлуатації і проводять виміри природних потенціалів площинним варіантом на кожному з профілів профільної сітки контура покладу.

Для врахування впливу опору обсадних труб свердловини на результати вимірювань запропоновано нормування отриманих значень потенціалу за формулою

(20)

де: - нормоване значення потенціалу; - потенціал, виміряний на відстані х метрів від свердловини; - фонове значення електричного поля в точці на прийнятній відстані у від свердловини; - повна глибина свердловини; - відстань від гирла свердловини, що дорівнює 1 метр.

Маючи нормоване значення потенціалу по площі і використовуючи встановлену раніше залежність між потенціалами і пластовим тиском, синхронно в часі можливе визначення пластового тиску в будь-якій точці покладу за формулою

, (21)

де - нормоване значення виміряного потенціалу.

Запропонована методика реалізована на стадії моделювання, польових робіт та інтерпретації на окремих родовищах Дніпрово-Донецької западини та Ямбургському газоконденсатному родовищі.

Висновки

В статті обґрунтовано застосування методики наземної електричної зйомки для контролю за розробкою газових і газоконденсатних родовищ.

Наведено алгоритми обробки даних польових спостережень та розрахунку площинного розподілу пластового тиску.

Література

О возможности контроля разработки нефтегазоконденсатных месторождений электрическими методами/ И. А. Зинченко, Э. Д. Кузьменко, И. М. Фык, Н. В. Гордийчук, Н. В. Штогрин // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ: Зб. наук. пр. - Івано-Франківськ: ін-т нафти і газу, 1994. - №31. - С. 75-84.

Дахнов В. Н. Промысловая геофизика. - М.: Госттоптехиздат, 1959. - 692 с.

О геомеханической природе потенциала электрического поля в земной коре / В. В. Иванов, Б. Г. Тарасов, Э. Д. Кузьменко, Н. В. Гордийчук // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. - М.: 1991. № 3. - С. 101-104.

Кузьменко Е.Д., Кобзова В.М., Мороз І.П. Оцінка індукційних ефектів, які виникають у свердловинах за рахунок варіацій електромагнітного поля// Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ: Зб. наук. пр. - Івано-Франківськ: Ін-т нафти і газу, 1993. - №30. - С. 35-40.

Разработка метода и средств контроля бурения на основе изучения геоэлектрических потенциалов / Б. Г. Тарасов, Э. Д. Кузьменко, Б. М. Малярчук, Н. В. Гордийчук, Я. М. Савчук. - Институт нефти и газа - Ивано-Франковск, 1989. - 138 с. - Рус. - Деп. в УкрНИИНТИ 13.10.89, № 2196-Ук 89.

Бурсиан В.Г. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. - М.: Недра, 1972.-267 с.

Размещено на Allbest.ru