CC BY
30
УДК 550.834+622.831
С.В. Сердюков*, А.С.Алексеев**
*ИГД СО РАН, **ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск
НАВЕЛЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ В ОЦЕНКЕ СВОЙСТВ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ
Аномально высокая чувствительность неравновесного массива горных пород к слабым сейсмическим воздействиям ставит вопрос о взаимосвязи эмиссионного отклика массива с его внутренним строением и состоянием. Основная идея эмиссионного способаизучения свойств нефтепродуктивного пласта, равновесное состояние которого нарушено процессом разработки, состоит в сравнении эмиссионного излучения до и после волнового воздействия малой интенсивности с использованием корреляционных зависимостей между изменениями его параметров и свойствами среды. Такой подход принципиально отличен от хорошо известных пассивных эмиссионных исследований и мониторинга состояния активных сред периодическим просвечиванием сейсмическими или электромагнитными волнами. В первых изучается «естественное» эмиссионное излучение, отражающее поведение среды в состоянии медленной спокойной релаксации, во втором - контролируют изменения среды, усредненные в пространстве и времени. Метод наведенной сейсмичности (активного эмиссионного зондирования) направлен на определение способности массива горных пород к изменению свойств за счет высвобождения накопленной внутренней энергии и на выявление структуры среды, отвечающей за этот процесс. Схематично метод активного эмиссионного зондирования приведен на рис. 1.
Рассмотрим возможности активного эмиссионного зондирования в приложении к задачам изучения нефтепродуктивных пластов - основного объекта геофизических исследований. Огрничимся сейсмоакустическим эмиссионным откликом, поскольку другие излуачения, например электромагнитное, менее доступны для измерения в промысловых скважинах, обсаженных колонной стальных труб.
Измерение эмиссионного шума во внутренних точках неравновесного массива г/пород
I
Воздействие на массив внешним управляемым физическим полем малой интенсивности с регулированием параметров (например,
ЛЧМ)
I
Измерение отклика шума на воздействие, оценка энергии наведенного излучения, времени релаксации, спектра
I
Оценка скорости пластической деформации, внутренней структуры массива г/пород, его энергонасыщенности
Рис. 1
Как показали проведенные натурные эксперименты, сейсмическое воздействие амплитудой колебаний всего несколько нанометров существенно меняет свойства продуктивных пластов, что проявляется в дискретном характере наведенной сейсмичности, связанных с этим аномалий поглощения сейсмических волн, а также с возникновением вторичного высокочастотного излучения. Указанные явления могут быть применены, во-первых, для определения типа фрагментированной структуры пласта (кластерный или иерархический), линейного размера доминирующего элемента в пластической деформации среды и некоторых других ее свойств, а во-вторых, для оптимизации режима сейсмического воздействия на залежь, в т. ч. частотного диапазона, длительности обработки, пороговой амплитуды, поляризации колебаний и прочее. Другая возможность состоит в использовании отклика высокочастотной эмиссии для исследования нефтенасыщенности и установлении гидродинамической связи между скважинами.
В ходе проведения натурных экспериментов нами обнаружен эффект долговременного усиления эмиссии нефтепродуктивного пласта в высокочастотном (акустическом) диапазоне 1 -г- 26 кГц. Результаты сравнение энергетических спектров акустических шумов, измеренных в продуктивном пласте до (О ) и после (О) низкочастотного сейсмического воздействия на массив горных пород приведены на рис. 2. Под влиянием сейсмического воздействия на нефтепродуктивный пласт, спектральная плотность его акустического шума увеличилась во всем исследованном диапазоне частот. Максимальное значение отношения О / 0„ составляет около 18 дБ и
а аО ^
зафиксировано на частотах 10 4- 11 кГц. Менее значительный пик в 11.3 дБ зарегистрирован в диапазоне частот 2 - 3 кГц (при дискретности анализа по шкале частот 0.5 кГц).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 06-05-08037)
Рис. 2. Изменение спектральной плотности высокочастотной составляющей сейсмоакустической эмиссии пласта П Мортымья-Тетеревского месторождения под влиянием вибрационной обработки
Влияние вибросейсмического воздействия малой интенсивности на сейсмическую эмиссию нефтепродуктивного пласта в акустическом диапазоне прослеживается длительное время. Так мощность акустических шумов пласта П в терцоктавной полосе частот 10.5 -т- 14.5 кГц через двое суток после двухчасового вибросейсмического воздействия превышает соответствующую мощность до воздействия в 2.13 раза (рис. 3).
Рис. 3. Высокочастотная сейсмическая люминесценция пласта П Мортымья-Тетеревского месторождения через двое суток после вибрационной
обработки
Микромасшатбные явления, отвечающие за акустическую эмиссию, в силу своей большой продолжительности после окончания сейсмического воздействия, могут быть следствием только медленных процессов. В соответствии с механизмом сейсмической стимуляции добычи нефти [1, 2], причинами длительного усиления высокочастотного излучения являются механические процессы, отражающие усиление пластической деформации, а также фильтрация по водонасыщенным каналам газа, выделившегося из нефти.
Обратим внимание на то, что пик эмиссионного отклика в диапазоне 2-3 кГц, наблюдается в течение короткого времени после окончания вибрационной обработки пласта, и, напротив, второй пик на частотах немного выше 10 кГц сохраняется долгое время (рис. 2, 3). Напрашивается вывод о том, что отдельные пики наведенного эмиссионного излучения горных пород обусловлены разными микроявлениями. Время существования первого эмиссионного пика совпадает с периодом релаксации низкочастотной (десятки Гц) наведенной сейсмичности. После прекращения волнового воздействия спектральная плотность микросейсмов на собственной частоте пласта сначала растет, достигая максимума на 9-14 мин, а потом быстро падает. Возвращение к фоновому значению, имевшему место до вибросейсмического воздействия на массив горных пород, наблюдается приблизительно к 20-30-ой минутам после облучения.
Наведенная сейсмичность, рассматривается нами как следствие усиления пластической деформации неравновесной среды сейсмическим полем. Связанный с нею пик акустической эмиссии в диапазоне частот 2-3 кГц отражает механические микропроцессы, ассоциированные со сдвигами, и активизацией микротрещин. Этот пик может быть использован как поисковый признак неравновесных пластов (затронутых процессом разработки) в геофизических исследованиях промысловых скважин.
Более высокочастотный пик связан с появлением в поступающей в скважины жидкости свободного газа и генерацией ультразвуковых колебаний при течении газожидкостной смеси в пористой среде. Этот пик может быть использован как поисковый признак слоев с высокой остаточной нефтенасыщенностью вне интервалов перфорации.
Идея метода исследования нефтяных залежей с использованием низкочастотного возбуждения высокочастотной акустической эмиссии состоит в одновременном измерении эмиссионного отклика в двух диапазонах частот: 2-3 кГц и 10-14 кГц для раздельного определения параметров, связанных с влиянием разработки на напряженно-дефомрированное состояние и с остаточнымизапасами. В отличие от акустического метода каротажа, развитого в работах В.П. Дрягина и др. [3], сейсмическое поле создается в одной скважине, а изучается в окружающих скважинах.
Основная схема применения метода выглядит следующим образом:
1. В одной из скважин, выбор которой осуществляют исходя из
решаемых задач, устанавливают скважинную систему сейсмического воздействия, возбуждающую сейсмические низкочастотные волны в продуктивной толще в двух последовательно применяемых вариантах: 1) механически в матрице продуктивной толщи безотносительно к
существующим интервалам перфорации; 2) гидравлически через интервалы перфорации, воздействуя преимущественно на пластовые флюиды.
2. В заданных окружающих скважинах комбинированной аппаратурой сейсмометрии и широкополосной акустической шумометрии проводят сначала фоновые измерения без сейсмического воздействия, а затем повторные после начала воздействия с определением соотношения плотности энергии в первом и втором из указанных выше диапазонах частот, а также прохождения сейсмического сигнала во втором варианте возбуждения сейсмического поля.
3. Сравнивают полученные данные и проводят качественную
интерпретацию, которую дополняют количественными оценками
относительной перспективности того или иного слоя в разрезе конкретной скважины по величине изменения спектральной плотности акустического шума слоев во втором диапазоне частот.
Рассматриваемый метод обладает большей информативностью по сравнению с обычным гидропрослушиванием, позволяя, помимо
установления гидродинамической связи, выделять неперфорированные нефтенасыщенные слои и качественно оценивать интенсивность их разработки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сердюков С.В. Механизм сейсмической стимуляции добычи нефти / С.В. Сердюков //Химия нефти и газа: материалы VIмеждунар. конф. (Томск, 5-9 сент.2006г.). -Томск: Изд. Ин. оптики атмосферы СО РАН, 2006. - Т. 1. - С. 225-227.
2. Сердюков С.В. Механизм сейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты / С.В.Сердюков, М.В.Курленя // Геология и геофизика. - 2007. -в печати.
3. Дрягин В.П. Исследование динамики вызванной акустической эмиссии для оценки характера насыщенности коллектора / В.П. Дрягин // Каротажник. - 2001. - № 98. -С. 25-32.
© С.В. Сердюков, А.С. Алексеев, 2007
