- наличие «мертвого» времени аппаратуры, из–за которого возможна неполная регистрация сигналов от пор глин;

- малым временем намагничивания флюида Tw, в результате чего возможна неполная регистрация сигналов от крупных пор и каверн.

Определение компонент полной пористости производится путем интегрирования дифференциальных спектров в определенных временных интервалах. Используется два варианта.

В первом случае («Разбиение на бины» – см. рис.5) шкала Т2 разбивается на интервалы так, что каждый последующий интервал в два раза больше предыдущего (1-2, 2-4, 4–8, 8-16 мс и. т. д.). Такая разбивка является стандартной для ЯМК в искусственном поле, а пористости, соответствующие этим интервалам, получили название «бинов» (bin1, bin2 и. т. д.). Эта форма представления удобна для наглядного восприятия результатов каротажа ЯМТК, поскольку качественно отражает пористость, приходящуюся на поры разных размеров (чем правее интервал по шкале Т2, тем больше размеры пор, формирующих пористость этого интервала), а изменение картины бинов по глубине отражает вариацию структуры порового пространства пород в разрезе.

Во втором случае («Метод отсечек» - см. рис.5) определяются петрофизические компоненты пористости (см. таблицу). Интегрирование производится во временных интервалах с петрофизически обоснованными границами, т.е. реализуется методика граничных значений времен Т₂, соответствующих различным механизмам удержания воды в порах разных размеров.

Использование граничных значений обусловлено как объективными ( разные породы имеют различные распределения пор по размерам и релаксационную активность поверхности), так и субъективными причинами. Так, эффективная пористость определяется с использованием Кво, а величина последнего зависит от принятого давления вытеснения. Поэтому и положение границы «капиллярно–связанная – эффективная пористость» на оси Т₂ будет зависеть от принятого давления вытеснения при определении Кво. Для стандартизации результатов в практике ЯМР используется величина давления 0,7 МПа (100 psi ), хотя можно оценить граничное значение Т₂ при любом заданном давлении вытеснения.

Типовые граничные значения для выделения различных компонент пористости, приведены в таблице. Они достаточно стабильны, но для конкретных отложений могут уточняться по исследованиям на керне.

Таблица

Типовые интервалы Т₂ для определения компонент пористости

Подобная методика определения компонент пористости применима для водонасыщенных пород. Присутствие углеводородов может вносить существенные погрешности, снижение которых возможно за счет использования специальных более сложных методик обработки результатов ЯМТК.

Проницаемость. Для оценки абсолютной проницаемости по данным ЯМТК используется два подхода.

Первый подход связан с применением широко используемых петрофизических связей типа Кво – Кпр, Кпэф – Кпр (и их зарубежных аналогов – моделей Тимура, Тимура- Коатса и др.). Расчет Кпр проводится по данным Кпэф, Кво, непосредственно определяемым по ЯМТК.

Во втором подходе используется непосредственно дифференциальный спектр ЯМТК, качественно отражающий структуру порового пространства. Расчет Кпр производится в рамках решеточной капиллярной модели пористой среды (см. рис.5) [6].

Флюидонасыщенность. Для качественных и количественных оценок насыщенности в зоне исследования ЯМТК используется информация двух и более измерений с различными параметрами последовательности CPMG. Технически задача сводится к совместному анализу нескольких спектров для каждой точки глубины. Методики количественных оценок находятся в стадии разработки и опробования и в настоящей статье не приводятся.

6. Выполнение каротажных работ

Настройка и эталонировка прибора производится с использованием эталонировочного устройства, которое представляет собой бочку с коаксиальными секциями, имитирующими область скважины и область породы. Область породы заполняется водой с добавкой CuSO₄ для уменьшения времени продольной и поперечной релаксации. Эта область имитирует 100%-ную пористость.

Настройка прибора происходит в два этапа. На первом с помощью тестовых программ калибровки производится настройка частотной характеристики приемного тракта и частоты радиоимпульса. На втором этапе выбираются оптимальные значения радиоимпульсов, т. е. их длительность и амплитуда радиочастотного поля в зоне исследования. Настройка производится сопоставлением настроечных характеристик прибора, полученных путем математического моделирования, и экспериментальных данных.

Подготовка скважины. Учитывая большой диаметр прибора (155 – 165 мм вместе с отклонителями), исследования выполняются в скважинах с номинальным диаметром 190 мм и более. ЯМТК обычно выполняется после обязательного комплекса ГИС и перед производством работ ЯМТК проводится промывка скважины. В сложных условиях (неустойчивый ствол, наклонные скважины и др.) сначала проводится контрольный спуск шаблона, который по своим размерам и весу аналогичен скважинному прибору ЯМТК.

Проведение измерений. Для контроля движения прибора при спуско – подъемных операциях в последней модификации аппаратуры используется встроенный канал ГК. Измерения выполняются от подошвы к кровле интервала каротажа.

Выбор режима измерений определяется исходя из особенностей разреза. Как правило, основное измерение выполняется во всем интервале на одном режиме измерений, в перспективных интервалах могут выполняться дополнительные измерения с использованием других режимов.

Скорость каротажа обычно составляет 100 –150 м / час и обеспечивает шаг записи по глубине 20 см. При использовании специальных режимов измерений с увеличенными временами намагничивания или сложным набором импульсных последовательностей, а также при детализационных измерениях с шагом 10 см, скорость может уменьшаться до 50 м /час. При устойчивом стволе скважины возможно выполнение измерений на точках с остановкой на 1 – 3 минуты. В этом случае за счет накопления сигнала N измерений в раз увеличивается соотношение «сигнал / шум», что повышает достоверность обработки.

Контроль процесса измерений и обработка в реальном времени. Для последней модификации аппаратуры программное обеспечение регистрации реализовано в среде Windows.

Оперативный контроль работы прибора проводится по регистрируемым и выводимым на монитор текущим техническим параметрам : температура в различных участках скважинного прибора, напряжение радиоимпульсов, амплитудно – частотная характеристика и др.

В процессе каротажа производится экспресс-обработка релаксационной кривой с получением текущих значений полной и эффективной пористостей и распределения пористости по бинам. Помимо этих данных в процессе каротажа оператор наблюдает на экране дисплея поле зарегистрированных релаксационных кривых и текущую релаксационную кривую. При одновременном выполнении нескольких измерений (например, с различными временами раздвижки между импульсами TЕ,) реализовано совместное представление их результатов.

При наличии на буровой спутникового канала связи возможна непосредственная трансляция процесса каротажа с результатами обработки в реальном времени Заказчику. Объем информации, получаемой непосредственно в процессе каротажа, достаточен для принятия оперативных решений по технологии дальнейших работ в скважине (выбор интервалов и точек для специальных исследований ЯМТК, отбор керна сверлящим керноотборником, проб флюидов приборами гидродинамического каротажа и испытателями в открытом стволе).

7. Геолого – технологические характеристики исследованных разрезов

К настоящему времени ЯМТК выполнен в нескольких десятках опорных, разведочных и эксплуатационных скважин с различными геолого – технологическими условиями.

Характеристики скважин. Глубины подошвы интервалов каротажа находились в диапазоне 500 – 4500 м. Максимальный угол наклона скважин составил 27 град. При этом практически все исследованные за последний год эксплуатационные скважины имели угол наклона не менее 20 град.

Максимальная температура в подошве интервала каротажа составила 123 град. За счет невысокой скорости каротажа прибор работал при температуре более 100 град несколько часов. Максимальное гидростатическое давление достигало 60 мПа, что меньше расчетного для скважинного прибора. Воздухо-заполненный радиопрозрачный корпус в зоне размещения магнита и РЧ катушки выполнен по той же технологии, по которой были изготовлены корпуса приборов, успешно работавших в Кольской СГ-3 на глубинах более 11 км.

В одной скважине экстремальные показатели по сочетанию этих факторов составили: глубина – 4100 м, угол наклона – 26 град., температура – 123 град., давление – 46 мПа.

Характеристики бурового раствора. При исследованиях ЯМТК скважины были заполнены пресным глинистым буровым раствором ( УЭС = 0,2 – 2 Омм), за исключением одной, где использовался полимерный раствор с УЭС 0,05 Омм.

Электропроводящий буровой раствор "нагружает" радиочастотную катушку, уменьшая ее добротность, при этом уменьшается коэффициент передачи входных цепей прибора. Кроме того, уменьшается напряжение радиоимпульса на радиочастотной катушке, напряженность радиочастотного поля в области исследования и настройка прибора становится не оптимальной. Для контроля и управления этими процессами в приборе измеряется напряжение первого радиоимпульса и его значение передается на земную поверхность.

Хотя в исследованной скважине с УЭС бурового раствора 0,05 Омм его влияние было зафиксировано при каротаже по техническим параметрам, оно существенно не сказалось на результатах обработки данных .

Установлено, что практически всегда в буровом растворе присутствуют тонкодисперсные частицы металла. Они намагничиваются магнитом зонда и налипают на стенки скважинного прибора. По опыту работ максимальная толщина отдельных фрагментов налипшего слоя достигала нескольких сантиметров. Этот эффект чаще наблюдается при роторном бурении, чем при турбинном. Слой металла на стенках зонда качественно приводит к таким же явлениям, как и проводящий буровой раствор, и, в конечном счете, снижает отношение «сигнал/шум». Однако по полученным данным это снижение не носит критического характера для количественной обработки.

Практически во всех эксплуатационных скважинах в буровом растворе были добавки нефти (4 –6 об. %). Их наличие не сказалось на результатах ЯМТК, поскольку область скважины исключена из зоны исследования.

Эксплуатационные характеристики прибора. Максимальное время работы прибора в скважине составило 16 часов ( при регистрации интервала длиной 1200 м с дополнительными измерениями). Запись обычно проводится на интервале до 600 м , что соответствует непрерывной работе прибора в течении 6 - 7 часов. Подтвердилась высокая морозоустойчивость магнита из NdFeB и виброустойчивость прибора в целом: при проведении сервисных работ в январе – марте в Западной Сибири зонд постоянно находился на открытом воздухе в стандартном хранилище каротажных приборов под кузовом подъемника, в т. ч. при передвижении по зимникам более 1000 км..

Стратиграфия исследованных разрезов. К настоящему времени исследования ЯМТК в России выполнены в осадочном чехле и фундаменте Русской платформы и Западно – Сибирской плиты. На Русской платформе исследованы продуктивные комплексы карбона, девона, а также архея в пределах Волго – Уральской НГП. В Западной Сибири проведены исследования в разрезах верхнего (сеноман) и нижнего (неоком) мела, юры и палеозоя.

Литологический состав пород. Исследованные ЯМТК разрезы включали осадочные, магматические и метаморфические породы. Продуктивные комплексы были в основном представлены терригенными (кварцевые и аркозовые песчаники) и карбонатными породами.

8. Примеры данных ЯМТК в различных типах разрезов

На рис.6 - 10 приведены примеры результатов ЯМТК в различных типах разрезов. На рисунках представлены амплитудно–временные спектры, компоненты пористости и оценка проницаемости разреза.

Дифференциальные спектры (см. рис.6) могут быть представлены в двух основных формах. Обычная форма их представления приведена в третьей колонке (зависимость dК_п/dТ₂ от Т₂). В четвертой колонке показана цветовая диаграмма этих же спектров, облегчающая визуальный анализ. Т. к. дифференциальный спектр отражает распределение пористости по размерам пор, эта информация позволяет судить о особенностях структуры порового пространства (диапазон изменения размеров пор, преобладание определенных групп пор, сортировка пор и др.).

Интегральный спектр также может иметь обычное представление в виде зависимости Кп от Т₂ , но стандартным является его визуализация в виде объемной модели распределения пористости по «бинам» в заданных временных интервалах (первая колонка на рис.6). Биновое представление позволяет увидеть соотношение пористости, приходящейся на поры различного размера. Красные тона характеризуют поры, в которых вода капиллярно связана, синие тона - эффективные поры. Чем более насыщен синий цвет, тем крупнее поры и наоборот, чем больше насыщен красный цвет, тем мельче поры.

Данные о пористости представлены в пятой колонке. Для всех фрагментов разрезов применявшийся режим измерений обеспечил практическое исключение влияния пористости глин на регистрируемый сигнал. Использованная технология как бы снимает с породы глинистую маску, обнажая структуру порового пространства, сформированного алевритовой и псаммитовой фракциями, что подчеркивает аномалию против коллекторов.

Коэффициент проницаемости, рассчитанный из спектров ЯМТК с использованием решеточной капиллярной модели, приведен в колонке 6.