Способ определения лития в рапонасыщенных интервалах геологических разрезов скважин газоконденсатных месторождений по данным мультиметодного многозондового нейтронного каротажа - RU2771438C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области ядерно-физических методов исследований скважин с целью поиска и разведки лития в рапе, как источника гидроминерального сырья в соленосных разрезах, вскрытых скважинами различного назначения.

Литий - один из наиболее востребованных в мире военными и гражданскими отраслями промышленности редких металлов.

Наличие лития в гидроминеральном сырье определяет высокий экономический потенциал для развития горнодобывающей отрасли по разработке месторождений промышленных рассолов, в первую очередь для организации производства высоко востребованного литиевого сырья, являющегося основным компонентом производства химических источников электропитания.

Перспективными объектами на содержание лития является месторождение юга Сибирской платформы, в котором рапа имеет минерализацию от 360 до 630 г/л, с содержанием лития до 0,7 мг/л. (Вахромеев А.Г. Закономерности формирования и локализации месторождений промышленных рассолов в карбонатных каверново-трещинных резервуарах кембрия юга Сибирской платформы. Изд-во ИрНИТУ, г. Иркутск. 2015 г.).

В настоящее время в этом регионе ведется активное бурение нефтегазовых скважин, вскрывающих соленосные отложения с зонами рапопроявления.

Геологическое изучение этих зон на содержание лития является одной из важнейших задач по обеспечению сырьевой базы его добычи.

Зоны рапопроявления при бурении нефтегазовых скважин в соленосных отложениях приурочены к интервалам разрезов скважин с аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД), из этого следует, что литий, содержащийся в рапе, является диагностическим признаком наличия зон АВПД.

Зоны АВПД значительно осложняют и удорожают процесс бурения нефтегазовых скважин и требуют специального оборудования и технологии для вскрытия и прохождения таких интервалов в разрезе скважин во избежания выброса рапы на дневную поверхность и необходимостью последующей ликвидации неблагоприятных техногенных последствий рапопроявления. Поэтому выявление зон рапопроявления в соленосных отложениях является одной из актуальных задач, стоящих перед методами ГИС.

Нейтронные методы ГИС позволяют решать эту задачу, исходя из существенных отличий ядерно-физических свойств лития, содержащегося в рапе (гидроминеральном сырье), и остальных химических элементов, входящих в состав рапы и вмещающих ее пород.

Известным способом оценки скоплений лития в рудных скважинах является нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННКт) или медленным (надтепловым) нейтронам ННКнт. Литий обладает аномальными поглощающими свойствами к тепловым или медленным нейтронам на 2-3 порядка, превосходящим эти свойства для основных петрогенных химических элементов (Al, Si, Са, Na, Fe, K, и др.) и выделяется по аномально низким показаниям методов ННКт, ННКнт.(Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика, под ред. О.Л. Кузнецова, А.Л. Поляченко. - Изд. 2. - М.: Недра, 1990.) Указанный способ определения лития в рудных скважинах принят за прототип.

В известном способе используют нейтронный каротаж в модификациях ННКт или ННКнт, с помощью которых производят измерения интенсивностей потоков тепловых или надтепловых нейтронов с последующим выделением по разрезу скважины интервалов с минимальными показаниями нейтронных методов ННКт или ННКнт, к которым приурочены горные породы, содержащие литий.

Недостатком способа выделения пород, содержащих литий, применяемого для рудных скважин, является его малая информативность в случае поиска лития в рапе соленосных отложений, вскрытых нефтегазовыми скважинами.

В рапе основными мешающими факторами при оценке содержания лития являются переменная пористость, (водородосодержание) вмещающих рапу горных пород, и вариации содержания хлора в рапе и в каменной соли.

Гидроминеральное сырье (рапа) содержится в карбонатных каверново-трещинных резервуарах, состоящих в основных из петрогенных химических элементов, обладающих средними и низкими нейтронными свойствами. В рапе кроме лития, обладающего аномальными поглощающими нейтронными свойствами, находятся химические элементы с аномальными нейтронными свойствами такие как водород H и хлор Cl.

Техническим результатом способа определения лития в рапе соленосных отложений нефтегазовых скважин по данным мультиметодного многозондового нейтронного каротажа является повышение достоверности оценки содержания лития в рапе соленосных отложений нефтегазовых скважин и прогноза зон АВПД.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, содержащем проведение двухзондового нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам - 2ННКт и регистрацию интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом - Jннк_мз, и большом - Jннк_бз зондах метода 2ННКт, в отличие от известного, дополнительно осуществляют спектрометрический нейтронный гамма каротаж (СНГК) с регистрацией интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк, и производят вычисление функции пористости F(Kn) как отношения интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода

вычисляют функцию насыщения F(H)ннк, как обратную величину произведения потоков тепловых нейтронов на малом Jннкмз и большом Jннкбз зондах метода 2ННКт:

вычисляют по методу СНГК функцию насыщения F(H)снгк, как отношение квадрата интенсивности потока ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк к произведению потоков интенсивностей тепловых нейронов на малом Jннкмз и большом Jннкбз зондах метода 2ННКт:

затем осуществляют построение на кросс-плотах F(H)ннк от F(Kn), F(H) от F(Kn) зависимостей в декартовых координатах, в усл. ед., где по оси абсцисс X назначаются аналитические параметры функции пористости F(Kn), а по оси ординат Y - функции насыщения F(H)ннк и F(H)снгк, и производят последующую аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)ннк от F(Kn) квадратичной функцией F(max)ннк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)ннк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)сннг от F(Kn) квадратичной функцией F(мах)снгк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)снгк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, затем определяют величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом 2ННКт - Сннк по формуле:

и величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом СНГК по формуле:

в результате измерений интервалы, содержащие литий, определяют по низким значениям показаний интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода 2ННКт и зондах метода СНГК, и по высоким показаниям F(Kn) при превышении вычисленных значений Сннк над вычисленными значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий, характеризуют как зоны с АВПД.

Где:

Кп - коэффициент пористости, усл. ед.,

Jннк_мз - интенсивность потоков тепловых нейтронов на малом зонде метода 2ННКт,

Jннк_бз - интенсивность потоков тепловых нейтронов на большом зонде метода 2ННКт, усл. ед.,

F(Kn) - функция пористости, вычисляемая по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,

F(H)ннк - функция насыщения, вычисляемая по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,

F(H)снгк - функция насыщения, вычисляемая по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,

махF(H)ннк - максимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,

махF(H)снгк - максимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,

minF(H)ннк - минимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,

minF(H)снгк - минимальное значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,

текF(H)ннк - текущее значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт, усл. ед.,

тeкF(H)снгк - текущее значение функции насыщения, вычисляемое по показаниям зондов метода 2ННКт и метода СНГК, усл. ед.,

Сннк - величина относительного текущего содержания хлора и лития, полученная методом 2ННКт, усл. ед.,

Сснгк - величина относительного текущего содержания хлора и лития, полученная методом СНГК, усл. ед.

В качестве источника нейтронов применяют стационарный источник.

На фиг. 1 представлены диаграммы результатов измерений зондами комплекса 2ННК+СНГК по оценке содержания лития в рапе порового пространства карбонатных каверново-трещинных резервуаров в нефтегазовой скважине.

На фиг. 2 изображены: кросс-плот F(H)снгк от F(Kn) и функция насыщения махF(H)снгк (кривая 1), соответствующая коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и функция насыщения: minF(H)снгк (кривая 2), соответствующая минимальным содержаниям химических элементов с аномальными нейтронными свойствами.

На фиг. 3 изображены: кросс-плот F(H)ннк от F(Kn) и функция насыщения махF(H)ннк (кривая 1), соответствующая коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и функция насыщения: minF(H)ннк (кривая 2), соответствующая минимальным содержаниям химических элементов с аномальными нейтронными свойствами.

В основу предлагаемого способа определения содержания лития в рапе карбонатных каверново-трещинных резервуаров, состоящих в основных из петрогенных химических элементов, обладающих средними и низкими нейтронными свойствами, заложены выявленные аномальные нейтронные свойства лития относительно остальных химических элементов. В рапе кроме лития, обладающего аномальными поглощающими нейтронными свойствами, находятся химические элементы с аномальными нейтронными свойствами такие как водород H и хлор Cl.

Природный литий имеет следующие ядерно-физические характеристики взаимодействия с тепловыми нейтронами: сечение рассеивания составляет 1,4 барна, сечение поглощения тепловых нейтронов 70 барн, и практически не излучает гамма кванты при поглощении тепловых нейтронов.

Водород имеет максимальное сечение рассеивания тепловых нейтронов 32 барна, сечение поглощения 0,33 барна, при поглощении теплового нейтрона излучается один гамма квант с энергией 2,23 Мэв.

Хлор имеет сечение рассеивания 16 барн, сечение поглощения 33.8 барн, при поглощении тепловых нейтронов излучается широкий энергетический спектр гамма квантов радиационного захвата тепловых нейтронов с основными энергиями в жесткой части спектра: 1,95, 6,11, 6,62, 7,11 Мэв. При поглощении тепловых нейтронов ядрами хлора среднее количество гамма квантов жесткой энергии на один захват тепловых нейтронов в 2,37 раза превышает излучение от ядер водорода. (Резванов Р.А. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. - М.: Недра, 1982. 368 с., Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика. М., 1978.). Наличие водорода и хлора требует учета или исключения их влияния на оценку содержания лития в гидроминеральном сырье.

Применение предлагаемого комплекса нейтронных методов, включающего методы 2ННКт+СНГК, для определения содержания лития в рапе соленосных отложений обосновано высокой чувствительностью показаний зондов метода 2ННКт к содержанию в рапе хлора и лития, при низкой чувствительности отношения показаний малого зонда к большому

На интенсивность спектрального потока гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (ГИРЗ) метода СНГК влияет пористость горных пород, при этом в жесткой части ГИРЗ с энергией 2,23 Мэв (выше энергии ГИРЗ водорода) спектральная интенсивность определяется содержанием хлора при подчиненном влиянии остальных петрогенных химических элементов.

С увеличением содержания лития в рапе коллекторов показания зондов методов 2ННКт и СНГК будут монотонно уменьшатся, при этом более существенное влияние содержания лития будет оказывать на показания зондов метода 2ННКт по сравнению с методом СНГК при одинаковом содержании водорода и хлора в рапе. При этом ГИРЗ от хлора и подчиненное (не существенное) гамма излучение от остальных химических элементов создают фоновое излучение, что снижает чувствительность метода СНГК к литию. Это является благоприятной предпосылкой для учета влияния водородосодержания и хлорсодержания рапы коллекторов при оценке содержания лития путем совместной обработки показаниям зондов метода 2ННКт и СНГК.

Предлагаемый способ реализуется применением комплекса нейтронных методов (2ННКт+СНГК), входящих в мультиметодный многозондовый нейтронный каротаж (ММНК) для исследования нефтегазовых скважинах, который осуществляется с использованием скважинного прибора, включающего два зонда метода ННК и зонд СНГК, расположенные по разные стороны от стационарного источника тепловых нейтронов.

В процессе измерений в скважинах осуществляют регистрацию интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом - Jннк_мз, и большом - Jннк_бз зондах метода 2ННКт и интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк метода СНГК, затем производят вычисление функции пористости F(Kn) как отношения интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода 2ННКт:

вычисляют функцию насыщения F(H)ннк как обратную величину произведения потоков тепловых нейтронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода 2ННКт:

вычисляют по методу СНГК функцию насыщения F(H)снгк как отношение квадрата интенсивности потока ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк к произведению потоков интенсивностей тепловых нейронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода 2ННКт:

затем осуществляют построение на кросс-плотах F(H)ннк от F(Kn), F(H)снгк от F(Kn) зависимостей в декартовых координатах, в усл. ед., где по оси абсцисс X назначаются аналитические параметры функции пористости F(Kn), а по оси ординат Y - функции насыщения F(H)ннк и F(H)снгк, и производят последующую аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)ннк от F(Kn) квадратичной функцией F(мах)ннк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)ннк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию верхних точек кросс-плота F(H)сннг от F(Kn) квадратичной функцией F(мах)снгк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, и аппроксимацию нижних точек кросс-плота квадратичной функцией F(min)снгк = a⋅F(Kn)² ± b⋅F(Kn), выходящей из точки с пористостью Кп=0, затем определяют величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом 2ННКт - Сннк по формуле:

и величины относительного текущего содержания хлора и лития, полученные методом СНГК по формуле:

в результате измерений определяют интервалы, содержащие литий, по низким значениям показаний интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода 2ННКт и зондах метода СНГК, и по высоким показаниям F(Kn) при превышении вычисленных значений Сннк над вычисленными значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий, характеризуют как зоны с АВПД.

Представленная диаграмма результатов измерений зондами комплекса 2ННК+СНГК по оценке содержания лития в рапе порового пространства карбонатных каверново-трещинных резервуаров в нефтегазовой скважине на фиг. 1 (в первом столбце) содержит запись по глубине интенсивностей потоков тепловых нейтронов - Jннк_бз и Jннк_мз метода 2ННКт и интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 Мэв - Jснгк метода СНГК, а также - рассчитанную по этим показаниям функцию пористости:

Во втором столбце - представлена запись диаграммы рассчитанных величин относительного текущего содержания хлора и лития, полученных методом 2ННКт - Сннк по формуле (4) и величин относительного текущего содержания хлора и лития - Сснгк, полученных методом СНГК по формуле (5).

Величины Сннк и Сснгк рассчитываются с привлечением значений функции насыщения махF(H)снгк (фиг. 2, кривая 1), соответствующей коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и значений функции насыщения махF(H)ннк (фиг. 3, кривая 1), соответствующей коллекторам с максимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами, и с привлечением значений функции насыщения minF(H)снгк (фиг. 2, кривая 2), соответствующей коллекторам с минимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами и значений функции насыщения minF(H)ннк (фиг. 3, кривая 2), соответствующей коллекторам с минимальным содержанием химических элементов с аномальными нейтронными свойствами.

В результате измерений, представленных на фиг. 1, 2, 3 определяют интервалы, содержащие литий (фиг. 1, столбец 3) по низким значениям показаний интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах метода 2ННКт и зондах метода СНГК, и по высоким показаниям F(Kn) при превышении вычисленных значений Сннк над вычисленными значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий на глубине 1630-1645 м, характеризуют как зоны с АВПД.

Выявление зон рапопроявления в соленосных отложениях позволяет решать задачу, стоящую перед методами ГИС по определению интервалов, содержащих литий в рапе (гидроминеральном сырье), характеризующихся АВПД. По результатам каротажа методами ННК и СНГК в открытом стволе устанавливают глубину нахождения интервалов с АВПД, что позволяет в дальнейшем определить технологию цементирования обсадной колонны, усиленной в этих местах, для предотвращения выброса промывочной жидкости и рапы на дневную поверхность.

Реферат

Изобретение относится к области ядерно-физических методов исследований скважин с целью поиска и разведки лития в рапе как источника гидроминерального сырья в соленосных разрезах, вскрытых скважинами различного назначения. Согласно заявленному способу осуществляют регистрацию интенсивностей потоков тепловых нейтронов на малом - Jннк_мз и большом - Jннк_бз зондах метода нейтрон-нейтронного каротажа - 2ННКт и регистрацию интенсивности потока гамма излучения в жесткой части спектра ГИРЗ с энергией более 2,23 МэВ - Jснгк. Производят вычисление функции пористости F(Kп), функции насыщения F(H)ннк и F(H)снгк по прилагаемым формулам. Осуществляют построение на кросс-плотах F(H)ннк от F(Kп), F(H)снгк от F(Kп) зависимостей, верхние точки которых аппроксимируют функцией F(мах)ннк = a⋅F(Kп)² ± b⋅F(Kп) и F(мах)снгк = a⋅F(Kп)² ± b⋅F(Kп). Затем определяют величины текущего содержания хлора и лития, полученные 2ННКт - Сннк, и величины текущего содержания хлора и лития, полученные СНГК - Сснгк. Интервалы, содержащие литий, определяют по низким значениям показаний на малом Jннк_мз и большом Jннк_бз зондах 2ННКт и зондах СНГК, и по высоким показаниям F(Kп) при превышении значений Сннк над значениями Сснгк, при этом интервалы, содержащие литий, характеризуют как зоны с аномально высоким пластовым давлением (АВПД). Технический результат – повышение достоверности оценки содержания лития в рапе соленосных отложений нефтегазовых скважин и прогноза зон с аномально высоким давлением - АВПД. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула

,

,

,

,