RU2474847C2 - Применения широкополосных электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора - Google Patents

Применения широкополосных электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора Download PDF

Info

Publication number
RU2474847C2
RU2474847C2 RU2009129115/28A RU2009129115A RU2474847C2 RU 2474847 C2 RU2474847 C2 RU 2474847C2 RU 2009129115/28 A RU2009129115/28 A RU 2009129115/28A RU 2009129115 A RU2009129115 A RU 2009129115A RU 2474847 C2 RU2474847 C2 RU 2474847C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reservoir
properties
resistivity
complex resistivity
wettability
Prior art date
Application number
RU2009129115/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009129115A (ru
Inventor
Никита СЕЛЕЗНЕВ
Тарек ХАБАШИ
Остин БОЙД
Original Assignee
Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Publication of RU2009129115A publication Critical patent/RU2009129115A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2474847C2 publication Critical patent/RU2474847C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/02Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current
    • G01V3/06Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current using ac
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/20Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with propagation of electric current
    • G01V3/24Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with propagation of electric current using ac

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к геофизике. Сущность: способ состоит из возбуждения пласта-коллектора электромагнитным возбуждающим полем, измерения электромагнитного сигнала, создаваемого электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе, извлечения из измеренного электромагнитного сигнала спектрального комплексного удельного сопротивления как функцию частоты, согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации и вывода дедуктивным путем свойств пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации. Технический результат: повышение качества картирования заводненных участков. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 22 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к использованию электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора. Более конкретно, изобретение относится к определению и/или картированию одного или нескольких свойств коллектора, таких как смачиваемость, глинистость и/или структура породы. Способ согласно изобретению может быть применен к данным электромагнитного метода любого типа, включая, но без ограничения ими, результаты скважинных измерений, межскважинных исследований и наземных исследований.
Уровень техники
Разведка углеводородов обычно включает в себя различные геофизические способы, предназначенные для обнаружения присутствия углеводородов в естественном поровом пространстве породы (регистрируемом как «пористость») или для картирования структурных особенностей в представляющем интерес пласте, в которых могут захватываться углеводороды.
Чтобы осуществлять геофизическое картирование, пласт, содержащий углеводород, должен иметь физическое свойство, сопоставимое с физическим свойством, на которое реагирует геофизический способ. Например, электрическая удельная проводимость (с) или ее обратная величина, удельное сопротивление (р), представляет собой физическое свойство, которое может быть измерено электрическими или электромагнитными методами. Удельное сопротивление породы сильно зависит от удельного сопротивления порового флюида и еще сильнее от пористости породы. Типичный рассол в осадочной породе является высокопроводящим. Присутствие рассола в породе, насыщенной флюидами, оказывает влияние на проводимость породы.
Углеводороды являются электрически непроводящими. Следовательно, объемное удельное сопротивление породы снижается при наличии углеводородов. В общем случае различные породы в данном осадочном разрезе имеют различные пористости, поэтому даже в отсутствие углеводородов может быть определена информация об осадочном разрезе.
Обычно удельное сопротивление измеряют с помощью источника постоянного тока, который инжектирует ток в грунт, или с помощью полей, изменяющихся во времени с низкой частотой. В качестве варианта можно измерять магнитные поля, возбуждаемые наведенным током. Поэтому, измеряя величину наведенного тока или вторичных магнитных полей, возникающих на основании него, можно получать удельную проводимость подземного пласта.
При электромагнитных исследованиях обычно используют обстоятельство, заключающееся в том, что комплексное удельное сопротивление пласта обычно измеряют как функцию частоты возбуждающего сигнала. Комплексное удельное сопротивление пласта может быть определено как ρ=1/σ+jωε, где σ является удельной проводимостью пласта и ε является диэлектрической постоянной пласта.
Однако в настоящее время решение обратной задачи при электромагнитных исследованиях (также известных как электромагнитная разведка с помощью глубокого бурения) ограничено картированием действительной части удельного сопротивления пласта для получения распределения насыщения в коллекторе. Электромагнитные методы являются идеальными в геологических ситуациях, когда породы с сильно различающимися электрическими удельными сопротивлениями наложены друг на друга.
Однако традиционное решение обратной задачи при электромагнитных исследованиях с помощью глубокого бурения ограничено определением и картированием действительной части удельного сопротивления пласта для получения распределения насыщения в коллекторе.
Одна задача осуществления настоящего изобретения заключается в описании способа использования данных электромагнитной разведки или скважинных данных комплексного удельного сопротивления для определения петрофизической информации, относящейся к подземному пласту.
Дополнительные задачи и преимущества изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники при обращении к подробному описанию в сочетании с сопровождающими чертежами.
Сущность изобретения
В соответствии с предпочтительным осуществлением изобретения предложен способ определения свойств пласта-коллектора, содержащий, предпочтительно, этапы, на которых: i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем; ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе; iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты; iv) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации (ВП); и v) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.
Этап согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации содержит, предпочтительно, согласование действительной и мнимой частей указанного спектрального комплексного удельного сопротивления с указанной моделью вызванной поляризации.
Этап согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации содержит, предпочтительно, согласование и мнимой части указанного спектрального комплексного удельного сопротивления с указанной моделью вызванной поляризации.
Свойства пласта-коллектора содержат, предпочтительно, смачиваемость пласта-коллектора.
Свойства пласта-коллектора содержат, предпочтительно, одно из глинистости, структуры породы или гидравлической проницаемости пласта-коллектора.
В предпочтительном осуществлении этап возбуждения пласта-коллектора содержит возбуждение пласта-коллектора электромагнитным полем на множестве частот.
Способ содержит, предпочтительно, этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора для всей области пласта-коллектора.
Способ дополнительно содержит, предпочтительно, этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора на многочисленных глубинах вдоль буровой скважины, пробуренной через пласт-коллектор.
Способ дополнительно содержит, предпочтительно, этапы, на которых: vi) повторяют этапы с i) по v) на различных временных интервалах; vii) сравнивают свойства пласта-коллектора для различных временных интервалов, чтобы осуществлять мониторинг изменений указанных свойств пласта-коллектора как функцию времени.
Свойства пластов коллектора содержат, предпочтительно, смачиваемость пласта-коллектора и при этом этап сравнения свойств пласта-коллектора для различных временных интервалов позволяет осуществлять картирование перемещения фронта заводнения в пласт-коллектор.
В предпочтительном осуществлении предложен реализуемый компьютером способ определения свойств пласта-коллектора, и этот указанный способ содержит этапы, на которых: i) собирают в компьютерной программе пакета программного обеспечения электромагнитный сигнал, принимаемый от электромагнитного прибора; ii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление; iii) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации (ВП); и iv) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.
В еще одном предпочтительном осуществлении предложен способ определения смачиваемости пласта-коллектора, содержащий этапы, на которых: i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем; ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе; iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты; iv) извлекают мнимую часть из спектрального комплексного удельного сопротивления; v) определяют смачиваемость пласта-коллектора на основании указанной извлеченной мнимой части.
В осуществлении настоящего изобретения производится интерпретация мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта для определения и по желанию также и картирования одного или нескольких из смачиваемости, глинистости, структуры породы и гидравлической проницаемости указанного пласта. У смоченных водой пород коллектора обнаруживается измеримая мнимая часть комплексного удельного сопротивления пласта. Мнимая часть удельного сопротивления возникает вследствие нескольких поляризационных механизмов, обычно называемых «эффектами вызванной поляризации (ВП)». В неметаллических породах эффект вызванной поляризации относят к поляризации двойного слоя, а смачиваемость предполагается влияющей на свойства двойного слоя и, следовательно, величину мнимой части удельного сопротивления. Поэтому мнимая часть комплексного удельного сопротивления пласта может быть использована для картирования смачиваемости.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
фигура 1 - схема, иллюстрирующая эффект вызванной поляризации;
фигуры 2 и 3 - схемы, иллюстрирующие катионоизбирательную мембрану;
фигуры 4 и 5 - схемы, иллюстрирующие соответственно гранулярную модель и капиллярную модель;
фигура 6 - график, показывающий зависимость частоты от фазы (Φ) для образца с изменяющимся насыщением рассолом;
фигура 7 - схема гипотетической антиклинальной ловушки, образующей нефтяной коллектор, и при этом показана действительная часть комплексного удельного сопротивления;
фигура 8 - схема гипотетической антиклинальной ловушки, образующей нефтяной коллектор, и при этом показана мнимая часть комплексного удельного сопротивления для смоченного водой коллектора;
фигура 9 - схема гипотетической антиклинальной ловушки, образующей нефтяной коллектор, и при этом показана мнимая часть комплексного удельного сопротивления для смоченного нефтью коллектора;
фигура 10 - график зависимости постоянной времени от среднего размера зерен;
фигура 11 - график зависимости вертикальной гидропроводности от времени релаксации Коула-Коула;
фигура 12 - график зависимости содержания монтмориллонита в процентах по массе от поляризуемости;
фигура 13 - схема, иллюстрирующая модель комплексного удельного сопротивления для решения обратной задачи геофизики;
фигуры 14 и 15 - экспериментальные данные, согласованные с общей моделью комплексного удельного сопротивления, для различных лабораторных данных в виде зависимости импеданса от частоты (14) и зависимости фазового угла от частоты (15);
фигура 16 - график полевых данных, согласованных с общей моделью комплексного удельного сопротивления, в виде зависимости фазового угла от частоты;
фигура 17 - схема трехслойной геологической среды;
фигуры 18 и 19 - графики зависимости импеданса от частоты и зависимости фазы от частоты соответственно;
фигура 20 - картина электромагнитной разведки (четырехмерной) с осуществлением мониторинга;
фигура 21 - последовательность выполняемых действий при интерпретации для случая многочастотных данных; и
фигура 22 - последовательность выполняемых действий при интерпретации для случая одночастотных данных.
Подробное описание
Мнимая часть комплексного удельного сопротивления пласта возникает вследствие низкочастотных поляризационных эффектов, обычно называемых эффектами вызванной поляризации. Явление вызванной поляризации открыл Conrad Schlumberger в 1912 г. Оно проявляется в относительно медленном спаде электрического поля после прекращения импульса возбуждающего тока (вызванная поляризация, ВП, во временной области) и в частотной зависимости действительной части комплексного удельного сопротивления пласта (вызванная поляризация в частотной области).
Проще говоря, характеристика вызванной поляризации отражает степень, с которой геологическая среда может сохранять электрический заряд аналогично конденсатору. В процессе разработки методов вызванной поляризации для разведки полезных ископаемых был выбран для использования ряд параметров поля. Они включают в себя поляризуемость во временной области, выраженный в процентах частотный фактор и фазовый угол.
Данные электромагнитной разведки получают в широком диапазоне частот, и важно понимать их частотную зависимость и при необходимости вводить поправку за нее. Действительно, если известно, каким образом комплексное удельное сопротивление пласта ведет себя как функция частоты, то становится возможным вводить поправку в действительную часть удельного сопротивления за дисперсионные эффекты, которые в ином случае будут интерпретироваться как изменение удельного сопротивления пласта. Кроме того, анализ частотной зависимости удельного сопротивления пласта потенциально может дать дополнительную информацию об исследуемом пласте.
См. Lancaster U.: Binley, A., Slater, L.D., Fukes, M., and Cassiani, G., 2005, “Relationship between spectral induced polarization and hydraulic properties of saturated and unsaturated sandstone”, Water resources research и фигуру 1. Фактически фигура 1 представляет собой общую иллюстрацию эффекта вызванной поляризации во временной области и в частотной области, который проявляется в частотной зависимости импеданса и фазового угла.
Несколько физико-химических явлений и условий являются ответственными за существование эффекта вызванной поляризации. Сильный эффект вызванной поляризации наблюдается в случаях, когда присутствуют определенные минералы (такие как пирит, графит, некоторые угли, магнетит, пиролюзит, самородные металлы, некоторые арсениды и другие минералы с металлическим блеском). Кроме того, в породах существует неметаллический эффект вызванной поляризации, который обусловлен «сортировкой ионов» или «мембранными эффектами». Например, на фигурах 2 и 3 показаны зоны, соответственно 1 и 10, катионоизбирательной мембраны, в которых подвижность катиона является повышенной относительно подвижности аниона, вызывающей градиенты ионной концентрации и, следовательно, поляризацию.
Поляризация геологической среды является результатом наличия поверхностей раздела, на которых при подведении электрического тока возникают градиенты локальной концентрации зарядов. Поляризация возрастает на поверхностях раздела, имеющих отношение к металлам и глинам, но она также является значительной и измеримой в свободных от глины и свободных от металла осадках, где она связана с преимущественно тангенциальным смещением ионов в двойном электрическом слое, образующемся на поверхности раздела зерен и флюида. Подвижность ионов различается на поверхностях раздела между широкими и узкими порами и также считается источником повышения поляризации в песчанистых осадках.
Существуют два основных вида ионоизбирательных моделей, объясняющих происхождение неметаллического эффекта вызванной поляризации. Утверждается, что, как показано на фигуре 4, преобладающее время релаксации поляризации обуславливается размером зерен. В этом подходе, также известном как «гранулярная модель», время релаксации наведенного заряда пропорционально квадрату радиуса частиц и обратно пропорционально коэффициенту диффузии.
Гранулярную модель можно описать уравнением (1)
Figure 00000001
где D является коэффициентом диффузии ионов и R является радиусом частиц.
Вторую ионоизбирательную модель, «капиллярную модель», можно сформулировать на основе поверхностей раздела между ионоизбирательными устьями пор и более крупными порами, при этом она связывает механизм вызванной поляризации с размером устья поры (показанным на фигуре 5). В этой модели время релаксации, описываемое уравнением (2), пропорционально квадрату длины ионоизбирательной зоны и обратно пропорционально коэффициенту диффузии
Figure 00000002
где l является длиной устья поры и D является коэффициентом диффузии.
Даже при низком водонасыщении породы коллектора могут иметь измеримую мнимую часть комплексного удельного сопротивления (то есть измеримый фазовый угол). Как показано на фигуре 6, лабораторные данные свидетельствуют о зависимости фазового угла от водонасыщения. Величина пика фазового угла не изменяется в зависимости от насыщения, как можно видеть из кривых насыщения водой при 100%, 83%, 58%, 50%, 42% и 30%, но пиковая частота изменяется (см. также Lancaster et al. (2005)).
Это позволяет предположить, что даже нефтеносные толщи смоченных водой коллекторов имеют ненулевую мнимую часть комплексной поглотительной способности.
Источники эффекта вызванной поляризации в ионопроводящих породах и существование эффекта вызванной поляризации при частичных насыщениях позволяют предположить, что эффект вызванной поляризации можно использовать в качестве индикатора смачиваемости пласта в соответствии с одним осуществлением способа изобретения. Эффект вызванной поляризации в ионопроводящей среде возникает вследствие поляризации двойного слоя. Смачиваемость предполагается влияющей на свойства двойного слоя и, следовательно, величину эффекта вызванной поляризации. В смоченных водой коллекторах все еще будет иметься мнимая часть удельного сопротивления пласта. В отличие от этого в нефтеносных толщах смоченных водой коллекторов мнимая часть комплексного удельного сопротивления должна принимать нулевое значение в содержащих углеводороды зонах. На фигуре 7 показана гипотетическая антиклинальная ловушка, образующая нефтяной коллектор. Слой 2 непроводящей непроницаемой породы образует покрывающую толщу коллектора 3. На фигуре 7 показан профиль действительной части комплексного удельного сопротивления пласта. Резистивные слои включают в себя покрывающую толщу 2 и содержащую углеводороды зону 4, которая показана в виде более темных участков. Переходная зона и водяная часть залежи показаны в виде светло-серого участка 5.
Предполагается, что смачиваемость оказывает влияние на свойства двойного слоя и, следовательно, величину эффекта вызванной поляризации. На фигуре 8 показан профиль мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта для случая смоченного водой коллектора. Мнимая часть является ненулевой в водонаполненной и содержащей углеводороды части. Зона 6 светлого цвета соответствует ненулевой мнимой части удельного сопротивления, а зона 7 темного цвета очерчивает равное нулю удельное сопротивление пласта.
На фигуре 9 показан профиль мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта для случая смоченного нефтью коллектора. Мнимая часть принимает нулевое значение в смоченной нефтью, содержащей углеводороды зоне 8. Нижний водонаполненный участок 9 остается смоченным водой и отображает измеримую комплексную часть удельного сопротивления пласта.
В соответствии с другим осуществлением способа изобретения эффект вызванной поляризации также можно использовать для определения и картирования структуры породы пласта. Результаты измерений вызванной поляризации во временной области были экспериментально получены на коллекции просеянных песков с различными размерами зерен. На фигуре 10 показана корреляция между временем релаксации эффекта вызванной поляризации и средним размером зерен (или структурой породы для песчаников): кресты представляют экспериментальные данные, сплошная линия представляет приближенную теорию (см. St. Petersburg U.: Titov, K., Komarov, V., Tarasov, V., and Levitski, A., 2002, “Theoretical and experimental study of time-domain induced polarization in water-saturated sands”, J. of Applied Geophysics, vol.50, pp.417-433).
В соответствии с еще одним осуществлением способа изобретения эффект вызванной поляризации можно использовать для определения и картирования гидравлической проницаемости. Спектры вызванной поляризации при полном насыщении водой для различных песчаников были согласованы с эмпирической моделью Коула-Коула. Корреляция между характеристическим временем τ релаксации в модели Коула-Коула и гидропроводностью κ показана на фигуре 11 (См. Binley, A., Slater, L.D., Fukes, M., and Cassiani, G., 2005, “Relationship between spectral induced polarization and hydraulic properties of saturated and unsaturated sandstone”, Water Resources research, vol.41, W12417).
Эффект вызванной поляризации также можно использовать для определения глинистости и для картирования глинистости. На фигуре 12 представлен итог лабораторного исследования электрических свойств искусственных смесей стеклянных дробинок и глины (кальциевого монтмориллонита). (См. U. of Utah: Klein, J.D., and Sill, W.R., 1982, “Electrical properties of artificial clay-bearing sandstones”, Geophysics, vol.47, №11, pp.1593-1605). Образцы, показанные здесь, насыщались 0,003-молярным NaCl. Обобщенная модель Коула-Дэвидсона использовалась для согласования с экспериментальными данными вызванной поляризации. В этих данных наблюдалась зависимость поляризуемости от процентного содержания массы сухой глины.
Чтобы иметь возможность интерпретировать данные полевой электромагнитной разведки относительно смачиваемости, параметров структуры и емкости катионного обмена и вводить поправки в действительную часть удельного сопротивления пласта за эффекты вызванной поляризации, может быть необходима общая модель вызванной поляризации (общая модель комплексного удельного сопротивления пласта), применимая к большому разнообразию пластов. Такая модель описана в Da Rocha, B.R., and Habashy, T.M., 1997, “Fractal geometry, porosity and complex resistivity: from rough pore interface to hand specimens”, Developments in Petrophysics, Geological Soc. Special Pub. №122, pp.277-286, и графически показана на фигуре 13, а источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки. Модель считается общей и она охватывает некоторые другие, обычно используемые модели как частные случаи.
Эта общая модель комплексного удельного сопротивления, разработанная Tarek Habashy et al., показана для адекватного описания характеристики комплексного удельного сопротивления большого разнообразия пород (которое отсутствует в других моделях, вроде Коула-Коула) и поэтому является предпочтительным кандидатом для обращения полевых данных электромагнитного метода. База данных, образованная для параметров модели типового месторождения нефти и осадочных пластов, может быть использована для введения поправки за эффект вызванной поляризации в картирование действительной части удельного сопротивления пласта. Анализ спектров комплексного удельного сопротивления пласта в широком диапазоне частот разведки может дать дополнительную петрофизическую информацию. Существует корреляция между характеристическим временем релаксации вызванной поляризации и характеристическим размером устьев пор. Кроме того, поляризуемость пропорциональна емкости катионного обмена пласта.
Интерпретация комплексного удельного сопротивления пласта наряду с другими параметрами дает «характеристическое время релаксации», которое выражает временной масштаб эффектов вызванной поляризации. Это время находится в корреляционной связи со структурными свойствами пород, такими как размер устьев пор. Размер устьев пор является тем, что в основном обуславливает гидравлическую проницаемость. Поляризуемость является еще одним параметром, получаемым в результате анализа спектров комплексного удельного сопротивления пласта. Она связана с величиной эффекта вызванной поляризации и находится в сильной корреляционной связи с глинистостью.
Анализ комплексного удельного сопротивления пласта может быть использован для картирования этих петрофизических параметров.
Как представлено на фигуре 13, модель можно использовать для интерпретации электрических характеристик пород, содержащих металлические или глинистые частицы. Она включает в себя импеданс z w, который моделирует эффекты поверхностей раздела фрактальных неровных пор между проводящими зернами (металлических или глинистых минералов, которые блокируют траектории пор) и электролитом. Этот обобщенный импеданс Варбурга соединен последовательно с сопротивлением r блокирующих зерен, и они оба шунтированы емкостью C dl двойного слоя. Это соединение включено последовательно с сопротивлением R 1 электролита в блокированных проходах пор. Неблокированные траектории пор представлены сопротивлением R 0, которое соответствует обычному удельному сопротивлению породы по постоянному току. И наконец, параллельное соединение этого сопротивления с емкостью С 0 объемной пробы включено параллельно остальной упомянутой выше цепи.
В предположении зависимости e iωt комплексное электрическое удельное сопротивление Z породы определяется как функция поляризуемости, времени релаксации двойного слоя, времени релаксации образца и величины удельного сопротивления зерен в процентах (см. уравнение (3))
Figure 00000003
Figure 00000004
τ 1=rC dl,
Figure 00000005
(5)
τ 2=R 0 C 0,
Figure 00000005
(6)
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
где
ρ 0 является удельным сопротивлением материала по постоянному току (находится под влиянием пористости породы); и
Figure 00000010
является параметром поляризуемости (связанным с низкочастотными и высокочастотными асимптотами удельного сопротивления породы): находится под сильным влиянием структуры породы; и
τ 1=rC dl
является постоянной времени релаксации, связанной с осцилляциями двойного слоя, и находится под влиянием размера зерен и типа блокирующих минералов (обычно металлических минералов или глинистых частиц); и
K
является диффузионной способностью заряженных ионов в электролите, которая зависит от типа и концентрации ионов, присутствующих в электролите; и
η
является параметром, непосредственно связанным с фрактальной геометрией среды, и определяется типом и распределением минералов, вызывающих низкочастотную поляризацию; и
τ 2=R 0 C 0
является постоянной времени объема, связанной с материалом в целом, которая зависит от строения породы, свойств матрицы и суммарного количества воды, присутствующей в породе; и
Figure 00000011
является показателем (или отношением) удельного сопротивления, который связывает удельное сопротивление проводящих зерен со значением удельного сопротивления породы по постоянному току. Его значение больше единицы для очень хорошо проводящих зерен и меньше единицы для оксидов.
Эта модель, которая может быть использована в одном варианте осуществления способа изобретения, была исследована в широком диапазоне частот при сопоставлении с экспериментальными данными, полученными для амплитуды и фазы удельного сопротивления или удельной проводимости, а также для комплексной диэлектрической постоянной. Исследовавшимися образцами были образцы осадочных, метаморфических и магматических пород.
С целью демонстрации на фигуре 14 показаны некоторые типичные электрические данные, характеризующие зависимость импеданса от частоты, а на фигуре 15 данные, отражающие зависимость фазового угла от частоты (непрерывные линии даются моделью в отличие от линий с точками и крестами, которые представляют экспериментальные данные). Модель позволяет адекватно восстанавливать экспериментальные данные в широком частотном диапазоне. Инверсия спектральных данных комплексного удельного сопротивления с помощью обшей модели дает ряд параметров модели, таких как поляризуемость, время релаксации двойного слоя, время релаксации образца, выраженное в процентах удельное сопротивление зерен и т.д. Эти параметры могут быть связаны с петрофизическими свойствами, представляющими интерес.
Экспериментальные и аппроксимированные кривые для фазы комплексного удельного сопротивления для отложения Au на месторождении Йокисиву показаны на фигуре 16, см. Vanhala, Heikki; Peltoniemi, Markku, 1992, “Spectral IP studies of Finnish ore prospects”, Geophysics 57 (12), 1545-1555. Модель позволяет адекватно восстанавливать полевые данные и, следовательно, является пригодной для интерпретации результатов электромагнитных исследований.
Чтобы исследовать условия, при которых фрактальные параметры могут быть обнаружены (и, следовательно, измерены), была вычислена характеристика трехслойной геологической среды, в которой второй слой представляет собой поляризуемую среду с собственными электрическими свойствами, задаваемыми фрактальным комплексным удельным сопротивлением. На фигуре 17 показана характеристика слоистой геологической среды для случая толщины слоя покрывающей породы, равного 1 м. Как показано на фигурах 18 и 19, фаза в основном находится под влиянием параметров поляризуемого слоя, тогда как амплитуда в большей степени зависит от общей расслоенности. Значение фазы зависит от расслоенности, тогда как форма кривой зависит от фрактальных параметров. Это указывает на то, что можно определять параметры поляризуемого слоя даже при наличии толстой покрывающей породы. Для фигур с 17 по 19
ρ 0=100 Ом·м,
m=0,5,
τ=10-6 с,
δ r=1,0,
τ f=10-3 с,
τ 0=10-12 с.
Месторождения, которые подвергают заводнению, часто претерпевают изменения смачиваемости. При электромагнитных исследованиях периодическое картирование мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта может помочь осуществлять мониторинг таких изменений смачиваемости (см. фигуру 20). Может оказаться трудным картирование перемещения фронта заводнения на основании только действительной части комплексного удельного сопротивления пласта (в случае небольшого интервала удельных сопротивлений нагнетаемой в пласт воды). В соответствии со способом изобретения картирование мнимой составляющей удельного сопротивления пласта может способствовать повышению качества картирования заводненных участков.
Хотя изобретение было описано с помощью приведенных выше примеров осуществлений, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что модификация и изменение показанных вариантов осуществления могут быть сделаны без отступления от концепций изобретения, раскрытых в настоящей заявке. Кроме того, хотя предпочтительные варианты осуществления описаны в сочетании с различными иллюстративными структурами, специалист в данной области техники должен признать, что система может быть осуществлена с использованием ряда конкретных структур. В соответствии с этим изобретение не должно рассматриваться как ограниченное, кроме как объемом и сущностью прилагаемой формулы изобретения. Способ согласно изобретению также можно использовать для межскважинных данных, которыми предоставляются действительная и мнимая части удельного сопротивления пласта в зависимости от координат и частоты, и его можно использовать таким же путем, как при наземных исследованиях.

Claims (16)

1. Способ определения свойств пласта-коллектора, содержащий этапы, на которых:
i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем;
ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе;
iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты;
iv) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации; и
v) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.
2. Способ по п.1, в котором этап извлечения спектрального комплексного удельного сопротивления на основании измеренного электромагнитного сигнала содержит извлечение действительной и мнимой частей указанного комплексного удельного сопротивления.
3. Способ по п.1, в котором этап согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации содержит согласование мнимой части указанного спектрального комплексного удельного сопротивления с указанной моделью вызванной поляризации.
4. Способ по п.3, в котором свойства пласта-коллектора содержат смачиваемость пласта-коллектора.
5. Способ по п.3 или 4, в котором свойства пласта-коллектора содержат одно из глинистости, структуры породы или гидравлической проницаемости пласта-коллектора.
6. Способ по п.1, в котором этап возбуждения пласта-коллектора содержит возбуждение пласта-коллектора электромагнитным полем на множестве частот.
7. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора для всей области пласта-коллектора.
8. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора на многочисленных глубинах вдоль буровой скважины, пробуренной через пласт-коллектор.
9. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых:
vi) повторяют этапы с i) no v) на различных временных интервалах;
vii) сравнивают свойства пласта-коллектора для различных временных интервалов, чтобы осуществлять мониторинг изменений указанных свойств пласта-коллектора как функцию времени.
10. Способ по п.9, в котором свойства пластов-коллектора содержат смачиваемость пласта-коллектора, и в котором этап сравнения свойств пласта-коллектора для различных временных интервалов позволяет осуществлять картирование перемещения фронта заводнения в пласт-коллектор.
11. Реализуемый компьютером способ определения свойств пласта-коллектора содержащий этапы, на которых:
i) собирают в компьютерной программе пакета программного обеспечения электромагнитный сигнал, принимаемый от электромагнитного прибора;
ii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты;
iii) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации; и
iv) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.
12. Способ определения смачиваемости пласта-коллектора, содержащий этапы, на которых:
i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем;
ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе;
iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное
комплексное удельное сопротивление как функцию частоты;
iv) извлекают мнимую часть из спектрального комплексного удельного сопротивления;
v) определяют смачиваемость пласта-коллектора на основании указанной извлеченной мнимой части.
13. Способ по п.12, в котором этап возбуждения пласта-коллектора содержит возбуждение пласта-коллектора электромагнитным полем на множестве частот.
14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) no v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту смачиваемости пласта-коллектора для всей области указанного пласта-коллектора.
15. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) no v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту смачиваемости пласта-коллектора на многочисленных глубинах вдоль буровой скважины, пробуренной через пласт-коллектор.
16. Способ по п.12, дополнительно содержащий этапы, на которых:
vi) повторяют этапы с i) no v) на различных временных интервалах;
vii) сравнивают смачиваемость пласта-коллектора для различных временных интервалов, чтобы осуществлять мониторинг изменений указанных свойств пласта-коллектора как функцию времени.
RU2009129115/28A 2007-05-25 2008-05-23 Применения широкополосных электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора RU2474847C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US94009907P 2007-05-25 2007-05-25
US60/940,099 2007-05-25
PCT/US2008/064639 WO2008147948A1 (en) 2007-05-25 2008-05-23 Applications of wideband em measurements for determining reservoir formation properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009129115A RU2009129115A (ru) 2011-02-10
RU2474847C2 true RU2474847C2 (ru) 2013-02-10

Family

ID=39709165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129115/28A RU2474847C2 (ru) 2007-05-25 2008-05-23 Применения широкополосных электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7863901B2 (ru)
EP (1) EP2150843B1 (ru)
CN (1) CN101669044B (ru)
CA (1) CA2676267C (ru)
RU (1) RU2474847C2 (ru)
WO (1) WO2008147948A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2636821C1 (ru) * 2016-05-27 2017-11-28 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ определения механических свойств породы пласта-коллектора
RU2684437C2 (ru) * 2014-10-08 2019-04-09 Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк Определение фракции связанного углеводорода и пористости посредством диэлектрической спектроскопии

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8542884B1 (en) * 2006-11-17 2013-09-24 Corelogic Solutions, Llc Systems and methods for flood area change detection
US10310071B1 (en) * 2007-09-17 2019-06-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Standoff geophysical anomaly detection system and method
NO329836B1 (no) * 2008-07-07 2011-01-03 Advanced Hydrocarbon Mapping As Framgangsmate for transformering og avbildning av elektromagnetiske letedata for submarine hydrokarbonreservoarer
US9291050B2 (en) * 2008-09-30 2016-03-22 Schlumberger Technology Corporation Determining formation wettability from dielectric measurements
US8538700B2 (en) * 2010-07-13 2013-09-17 Schlumberger Technology Corporation Method of determining subterranean formation parameters
US9880312B2 (en) 2012-11-20 2018-01-30 Ontash & Ermac, Inc. Intelligent spectral induced polarization measurement module
US10067257B2 (en) * 2014-08-18 2018-09-04 Schlumberger Technology Corporation Multi-frequency electromagnetic tensor measurements
US10605951B2 (en) * 2014-10-03 2020-03-31 Schlumberger Technology Corporation Method of determining CEC and other properties from multi-frequency dielectric measurements
GB2545596B (en) 2014-11-12 2020-09-23 Halliburton Energy Services Inc Well detection using induced magnetic fields
CN107667302B (zh) 2015-03-30 2019-11-01 沙特阿拉伯石油公司 使用激发极化效应监测碳氢化合物储层
US10627536B2 (en) 2015-11-04 2020-04-21 Schlumberger Technology Corporation Real and imaginary components of electromagnetic logging measurements
US11092713B2 (en) 2015-11-04 2021-08-17 Schlumberger Technology Corporation Compensated azimuthally invariant electromagnetic logging measurements
US10451763B2 (en) 2016-10-27 2019-10-22 Schlumberger Technology Corporation Evaluation of formation utilizing wideband electromagnetic measurements
GB2572092A (en) * 2017-01-12 2019-09-18 Halliburton Energy Services Inc Detecting a flood front in a formation
US10705240B2 (en) * 2017-05-11 2020-07-07 Saudi Arabian Oil Company Capacitive electromagnetic formation surveillance using passive source
US11061163B2 (en) 2017-05-24 2021-07-13 Schlumberger Technology Corporation Permeability determinations from wideband EM models using borehole logging tools
US10732315B2 (en) * 2017-12-29 2020-08-04 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Real-time inversion of array dielectric downhole measurements with advanced search for initial values to eliminate non-uniqueness
US10866335B2 (en) * 2018-07-20 2020-12-15 Schlumberger Technology Corporation Formation clay typing from electromagnetic measurements
CN110231661B (zh) * 2019-05-05 2021-03-23 湖南省地质调查院 岩石标本与野外勘探测量激电参数的对应方法
CN112305636B (zh) * 2019-07-25 2023-10-27 中国石油天然气股份有限公司 基于岩石激发极化的渗透率确定方法及装置
US11248455B2 (en) 2020-04-02 2022-02-15 Saudi Arabian Oil Company Acoustic geosteering in directional drilling
EP4158154A1 (en) 2020-05-26 2023-04-05 Saudi Arabian Oil Company Water detection for geosteering in directional drilling
EP4158144A1 (en) 2020-05-26 2023-04-05 Saudi Arabian Oil Company Geosteering in directional drilling
US11781419B2 (en) 2020-05-26 2023-10-10 Saudi Arabian Oil Company Instrumented mandrel for coiled tubing drilling
CN112394420B (zh) * 2020-11-19 2023-10-20 核工业北京地质研究院 一种基于复电阻率参数的矿体位置确定方法及系统
CN113240791B (zh) * 2021-04-25 2022-09-20 北京航空航天大学 一种地下目标高精度成像探测方法
CN118091772B (zh) * 2024-04-19 2024-07-09 山东大学 基于时间域激发极化的污染场地分区解译方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU392434A1 (ru) * 1971-06-16 1973-07-27
US3967190A (en) * 1974-12-23 1976-06-29 Zonge Kenneth L Method using induced polarization for ore discrimination in disseminated earth deposits
RU2216723C1 (ru) * 2002-06-03 2003-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть" Способ определения смачиваемости пористых материалов
RU2280269C1 (ru) * 2005-08-01 2006-07-20 ООО "МГУ-Геофизика" Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления
US20070061080A1 (en) * 2005-07-22 2007-03-15 Zhdanov Michael S Geophysical technique for mineral exploration and discrimination based on electromagnetic methods and associated systems

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002014906A1 (en) * 2000-08-14 2002-02-21 Statoil Asa Method and apparatus for determining the nature of subterranean reservoirs
US7023213B2 (en) * 2002-12-10 2006-04-04 Schlumberger Technology Corporation Subsurface conductivity imaging systems and methods
GB2399640B (en) * 2003-03-17 2007-02-21 Statoil Asa Method and apparatus for determining the nature of submarine reservoirs
NO332583B1 (no) * 2003-03-27 2012-11-05 Norsk Hydro As En fremgangsmate for a overvake en hoyresistiv bergartsformasjon

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU392434A1 (ru) * 1971-06-16 1973-07-27
US3967190A (en) * 1974-12-23 1976-06-29 Zonge Kenneth L Method using induced polarization for ore discrimination in disseminated earth deposits
RU2216723C1 (ru) * 2002-06-03 2003-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть" Способ определения смачиваемости пористых материалов
US20070061080A1 (en) * 2005-07-22 2007-03-15 Zhdanov Michael S Geophysical technique for mineral exploration and discrimination based on electromagnetic methods and associated systems
RU2280269C1 (ru) * 2005-08-01 2006-07-20 ООО "МГУ-Геофизика" Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684437C2 (ru) * 2014-10-08 2019-04-09 Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк Определение фракции связанного углеводорода и пористости посредством диэлектрической спектроскопии
RU2636821C1 (ru) * 2016-05-27 2017-11-28 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ определения механических свойств породы пласта-коллектора

Also Published As

Publication number Publication date
EP2150843B1 (en) 2015-03-04
CA2676267A1 (en) 2008-12-04
US7863901B2 (en) 2011-01-04
WO2008147948A1 (en) 2008-12-04
RU2009129115A (ru) 2011-02-10
CN101669044A (zh) 2010-03-10
CA2676267C (en) 2014-01-28
CN101669044B (zh) 2012-11-21
US20080290874A1 (en) 2008-11-27
EP2150843A1 (en) 2010-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2474847C2 (ru) Применения широкополосных электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора
Slater Near surface electrical characterization of hydraulic conductivity: From petrophysical properties to aquifer geometries—A review
Tong et al. Determining capillary-pressure curve, pore-size distribution, and permeability from induced polarization of shaley sand
Weller et al. Effect of changing water salinity on complex conductivity spectra of sandstones
Slater et al. Electrical‐hydraulic relationships observed for unconsolidated sediments
Wurmstich et al. Modeling of streaming potential responses caused by oil well pumping
Zisser et al. Relationship between low-frequency electrical properties and hydraulic permeability of low-permeability sandstones
Attwa et al. Spectral induced polarization measurements for predicting the hydraulic conductivity in sandy aquifers
Klein et al. Electrical conductivity in soils: Underlying phenomena
Revil et al. Complex conductivity tensor of anisotropic hydrocarbon-bearing shales and mudrocks
WO2016081669A1 (en) Subsurface estimation of level of organic maturity
Liu et al. Hydrocarbon distribution pattern and logging identification in lacustrine fine-grained sedimentary rocks of the Permian Lucaogou Formation from the Santanghu basin
Norbisrath et al. Complex resistivity spectra and pore geometry for predictions of reservoir properties in carbonate rocks
US11061163B2 (en) Permeability determinations from wideband EM models using borehole logging tools
Burtman et al. Induced polarization effect in reservoir rocks and its modeling based on generalized effective-medium theory
Seleznev et al. Coherent interpretation of wideband electromagnetic measurements in the millihertz to gigahertz frequency range
Olaide et al. A review of the application of nuclear magnetic resonance in petroleum industry
Halisch et al. Impedance spectroscopy on carbonates
Sun et al. Analysis of the influencing factors on electrical properties and evaluation of gas saturation in marine shales: A case study of the Wufeng-Longmaxi formation in Sichuan Basin
Zhong et al. The Pressure Dependence of the Archie Cementation Exponent for Samples from the Ordovician Goldwyer Shale Formation in Australia
Zhao et al. Reservoir evaluation method for complex resistivity using the borehole–surface electromagnetic method: A case study of an igneous reservoir in the K exploration area, China
Shen et al. Anisotropic characteristics of electrical responses of fractured reservoir with multiple sets of fractures
Yu et al. Resistivity correction and water saturation evaluation for calcareous tight sandstone reservoir: A case study of G oil field in Sichuan Basin
Tian et al. Prediction study of hydrocarbon reservoir based on time–frequency domain electromagnetic technique taking Ili Basin as an example
CN113759419B (zh) 一种储层预测方法、装置、存储介质及电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150524