СВОЙСТВА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ЗОН

Анализ свойств геометрических факторов скважины, пласта и цементного камня (для практически интересного случая обса­женной скважины, заполненной водой) позволяет выявить важ­ные закономерности поля излучения в наиболее наглядной форме.

Геометрические факторы очень сильно зависят от размера зонда: на малых зондах показания определяются параметрами скважины и ее заполнения, на больших зондах — свойствами пласта (рис. 62). Физическое объяснение этого факта состоит в том, что обсаженная скважина как гетерогенная металло-водная смесь характеризуется малыми длинами замедления и диф­фузии (гораздо меньшими, чем в пласте). В связи с этим пока­зания больших зондов определяются нейтронами, замедливши­мися в пласте, тогда как показания малых зондов — нейтро­нами, замедлившимися в скважине. Геометрические факторы скважины, цементного кольца и пласта существенно зависят от водородосодержания последнего. Изменение диаметров сква­жины и глубинного прибора заметно влияет на геометрические факторы скважины и цементного кольца и слабее — на фактор пласта, особенно при измерениях большими зондами.

Поскольку с увеличением размера зонда величина геометрического фактора пласта растет, чувствительность показаний к петрофизической характеристике пласта (водо-, нефте- и газо­насыщенность, глинистость) также повышается. Это — общая для всех нейтронных методов закономерность.

Геометрический фактор G_цотдельного цилиндрического слоя — цементного кольца более сложно зависит от размера зонда Z, чем факторы скважины и пласта: В пластах малого водородосодержания G_цимеет слабый максимум на малых зондах (Z≈10 см), затем монотонно убывает с увеличением Z. В хороших коллекторах — пластах с высоким водородосодержанием зависимость G_ц (Z) характеризуется резким максиму­мом при Z≈20—25 см, амплитуда которого тем больше, чем больше толщина цементного кольца и диаметр глубинного при­бора (рис. 63).

Рис.9.10 а,б Зависимость коэффициента дифференциации по хлоросодержанию («эффект водонефтяного контакта») от размера зонда для ННМт и НГМ.

а: 1—скважина необсаженная, d_с=260 мм, песок с влажностью 16 %, прибор с наружным борным экраном; 2 — то же, прибор без борного экрана; 3 — скважина обсажена, цемент пресный, прибор без борного экрана (НГМ, по данным В. В. Ла­рионова); 4— скважина обсаженная, d_c=250 mm, d_кол = 150 mm, d_пр=120 мм, цемент пресный (ННМт, по данным О, А. Барсукова); 5 — скважина обсаженная, d_с=197 мм, d_кол = 127 мм, d_пр=42 мм, песчаник с m=20 %, цемент пресный, прибор прижат к колонке (ННМт, расчет по методу Монте-Карло по данным И. Л. Дворкина и др.); б — скважина обсаженная, d_c=300 mm, d_кол=150 мм, d_пр =42 мм, детекторы — газо­разрядные счетчики СНМ-9: 1 — по измерениям в одной из скважин Туймазинского нефтяного месторождения; 2 — по измерениям на модели пласта (по данным И.Л.Дворкина).

Увеличение G_цс ростом Z объясняется увеличением вклада нейтронов, приходящих в детектор не из скважины, а из прискважинной зоны. При дальнейшем увеличении размера зонда регистрируются тепловые нейтроны из более удаленных, чем цементное кольцо, участков пласта, и G_цубывает.

С анализом свойств геометрического фактора цилиндриче­ского слоя связано решение практически важного вопроса об условиях эффективного выделения продук­тив­ных коллекторов в обсаженных скважинах по данным ННМт.

Эксперименты, проведенные в середине 50-х годов О. А. Барсуковым, впервые показали, что зависимость дифференциации показаний ННМт по хлоросодержанию от размера зонда Z немонотонна, причем максимум наблюдается на зонде Z≈40—50 см. Последующие экспериментальные исследования Ю.А.Гулина, В.В.Ларионова, И.Л. Дворкина, Л.3.Цлава и других исследователей, выполненные как в лабораторных (на моделях пласта), так и в производственных условиях, результа­ты обширных расчетов по методу Монте-Карло [23] подтвер­дили эти результаты (рис. 64). Однако объяснить и рассчитать полученные эффекты удалось лишь сравнительно недавно [21] на основе анализа геометрических факторов в системе при­бор—скважина— пласт [41].

Эффективность определения положения водонефтяного кон­такта (ВНК) и разделения нефте- и водоносных коллекторов оценивается величиной дифференциации показаний по хлоросодержанию χ_Cl = N_H/N_B («эффект ВНК» — отношение показа­ний против нефтеносной части переходной зоны ВНК к показа­ниям в водоносной части). Величина эффекта определяется влиянием цилиндрического слоя в пределах радиуса исследова­ния по хлору, включающего цементное кольцо, и (при достаточ­но большом диаметре прибора) часть пласта с флюидом раз­личного хлоросодержания. Поскольку в контакте с соленой водой цемент осолоняется и аккумулирует хлор [91], цемент­ный камень активно участвует в формировании полезного эффекта. Для приборов малого диаметра, когда пласт не попадает в зону исследования, полезный эффект определяется только свойствами цемента.

Экстремальная зависимость геометрического фактора от размера зонда характерна не только для цементного кольца, но и для любого цилиндрического слоя (в пласте достаточно' высокой пористости). В связи с этим экстремум зависимости χ_Cl (Z) сохраняется и в случае пресного цемента в скважинах малого диаметра, когда в пределах зоны исследования оказы­вается слой пласта с флюидом различного типа. Размер зонда, на котором дифференциация по хлору максимальна, примерно в два раза превышает размер зонда, на котором максимален фактор цементного камня (соответствующего цилиндрического слоя).

Наибольшее распространение ННМт получил при исследо­вании действующих нефтяных скважин в процессе их эксплуа­тации. Диаметр скважинных приборов при этом составляет от 25 до 42 мм при размере зонда 25 см (приборы РКМ-4, РК-25). Опыт промышленного применения метода показывает, что ве­личина χ_Cl мала, и надежная информация о характере насыще­ния пласта возможна только при благоприятных геологопромысловых условиях [91]. Действительно, мы видим, что исполь­зуемый размер зонда не является оптимальным.

Примером, иллюстрирующим возможность существенного повышения эффективности разделения пластов по характеру насыщения (нефть — вода) путем оптимизации конструкции зондового устройства, служит прибор НИВ-25 (нейтрон­ный индикатор влажности). Он имел диаметр 25 мм (для ис­следования механизированных скважин через межтрубное про­странство), снабжен прижимным устройством и двумя счетчи­ками, специальным образом ориентированными и экранирован­ными кадмием. Один счетчик направлен к центру скважины, другой — к пласту. Это позволяет уменьшить влияние заполне­ния скважины при определении насыщения пласта и выделять интервалы поступления жидкости с различными нейтронными свойствами. Несмотря на то, что размер зонда (20 см) был меньше оптимального, эффект на ВНК достигал 30%.