Геофизические исследования: статья

ПРИМЕНЕНИЕ ТОРОИДАЛЬНЫХ КАТУШЕК В ЗАДАЧАХ КАРОТАЖА НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)
И.В. МИХАЙЛОВ
В.Н. ГЛИНСКИХ
М.Н. НИКИТЕНКО
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук
Журнал: Геофизические исследования
Том: 22
Номер: 1
Год: 2021
Страницы: 5-24
УДК: 550.832.7
DOI: 10.21455/gr2021.1-1
Полный текст статьи
Ключевые слова: тороидальные катушки, электрокаротаж, тонкослоистый коллектор, электрическая анизотропия, нефтенасыщение
Аннотация: По материалам имеющейся в открытом доступе зарубежной и отечественной научной литературы выполнен аналитический обзор применения тороидальных катушек - нетрадиционных для каротажа нефтегазовых скважин источников и приёмников электромагнитных сигналов. Проведённый анализ свидетельствует о многообразии задач, решаемых с их помощью в разрезах вертикальных и наклонно-горизонтальных скважин. Среди этих задач измерение удельного электрического сопротивления (УЭС) во время бурения при высоких электрических контрастах между скважиной и пластом, определение УЭС пласта вблизи долота, оценка фильтрационно-емкостных свойств тонких прослоев в процессе бурения, получение электрических имиджей, количественная характеристика параметров трещин гидроразрыва пласта, определение электрической анизотропии для реалистичной оценки флюидонасыщения. В отечественной практике идея применения тороидальных катушек реализована в зонде, разработанном в Новосибирске Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН и Научно-производственным предприятием геофизической аппаратуры “Луч”. Созданный электромагнитный зонд с тороидальными катушками (зонд ЗЭТ) предназначен для каротажа в нефтегазовых скважинах с определением коэффициента электрической анизотропии тонкослоистых песчано-глинистых отложений. Зонд ЗЭТ характеризуется высоким пространственным разрешением и является достойной альтернативой многокомпонентным зондам индукционного каротажа.
Список литературы: Альпин Л.М. Определение поперечного удельного сопротивления пластов по измерениям в скважинах // Известия вузов. Геология и разведка. 1978. № 4. С.81-95.

Альпин Л.М., Великин С.А. Определение анизотропии по измерениям в скважинах // Известия вузов. Геология и разведка. 1983. № 12. С.97-99.

Даев Д.С. Об источнике электромагнитного поля при высокочастотных измерениях в скважине // Известия АН СССР. Серия Физика Земли. 1968. № 11. С.94-95.

Каринский А.Д. Решения прямых задач о поле тороидальной антенны в анизотропной среде // Физика Земли. 2003. № 1. С.9-20.

Каринский А.Д. Электромагнитное поле в моделях электрически анизотропной среды. М.: ГЕОС, 2018. 184 с.

Мельник И.А. Причины понижения электрического сопротивления в низкоомных коллекторах // Геофизические исследования. 2014. Т. 15, № 4. С.44-53.

Михайлов И.В., Велесов Д.В., Глинских В.Н. Изучение тонкослоистых коллекторов с применением тороидальных источников и приемников (на примере Приобского нефтяного месторождения) // Геофизические технологии. 2020. № 1. С.16-27.

Могилатов В.С., Борисов Г.А. Возбуждение слоистых геоэлектрических сред гармоническим магнитным током // Сибирский журнал индустриальной математики. 2003. Т. 6, № 1. С.77-87.

Потапов В.В., Эпов М.И., Суродина И.В., Никитенко М.Н., Глинских В.Н., Михайлов И.В. Автоматизированная система обработки и интерпретации данных электромагнитного зонда с тороидальными катушками (ZET): Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. 2018. № 2018616171.

Рытов С.М. Электромагнитные свойства мелкослоистой среды // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1955. Т. 29, № 5. С.605-616.

Суродина И.В. Математическое моделирование сигналов электромагнитного зонда с тороидальными катушками в двумерных изотропных моделях геологических сред // XIV международный научный конгресс “Интерэкспо ГЕО-Сибирь 2018”: материалы. Новосибирск, 23-27 апреля 2018. Т. 4. С.162-170.

Суродина И.В., Михайлов И.В. Математическое моделирование электромагнитных полей тороидального источника в двумерных анизотропных моделях геологических сред // Девятнадцатая всероссийская конференция “Геодинамика, геомеханика и геофизика”: Материалы, Алтайский край, стационар “Денисова пещера”, 22-28 июля 2019 г. Уфа: Изд-во ООО “Новтек Бизнес”, 2019. С.137-139.

Табаровский Л.А., Каганский А.М., Эпов М.И. Электромагнитное поле гармонического источника в анизотропной цилиндрически-слоистой среде // Геология и геофизика. 1976. № 3. С.94-99.

Эпов М.И., Глинских В.Н., Никитенко М.Н. Способ измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород: Патент РФ. 2014. № 2525149.

Эпов М.И., Никитенко М.Н., Глинских В.Н. Математическое обоснование нового электромагнитного зонда с тороидальными катушками для высокоразрешающего каротажа нефтегазовых скважин // Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2018. Т. 16, № 1. С.113-129.

Эпов М.И., Глинских В.Н., Еремин В.Н., Никитенко М.Н., Петров А.Н., Суродина И.В., Михайлов И.В. Математическое и физическое моделирование сигналов электромагнитного зонда для изучения макроанизотропии осадочных отложений // 19-я конференция EAGE по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа “Геомодель 2017”: расширенные тезисы. Геленджик, 11-14 сентября 2017 г. Статья 43809. Геленджик: Изд-во EAGE, 2017. 6 с.

Эпов М.И., Глинских В.Н., Еремин В.Н., Михайлов И.В., Никитенко М.Н., Осипов С.В., Петров А.Н., Суродина И.В., Яценко В.М. Новый электромагнитный зонд для высокоразрешающего каротажа: от теоретического обоснования до скважинных испытаний // Нефтяное хозяйство. 2018. № 11. С.23-27.

Эпов М.И., Еремин В.Н., Петров А.Н., Глинских В.Н. Электромагнитный зонд для каротажа в нефтегазовых скважинах: Патент РФ. 2016а. № 2583867.

Эпов М.И., Еремин В.Н., Петров А.Н., Глинских В.Н. Электромагнитный зонд для каротажа в нефтегазовых скважинах: Патент РФ. 2016б. № 97539.

Эпов М.И., Еремин В.Н., Петров А.Н., Глинских В.Н., Суродина И.В., Киселев В.В. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде: Патент РФ. 2016в. № 2579177.

Эпов М.И., Еремин В.Н., Петров А.Н., Глинских В.Н., Суродина И.В., Киселев В.В., Никитенко М.Н. Устройство для регистрации характеристик электромагнитного поля с использованием тороидальных катушек: Патент РФ. 2016г. № 2578774.

Эпов М.И., Еремин В.Н., Глинских В.Н., Михайлов И.В., Никитенко М.Н., Суродина И.В. Электромагнитный зонд с тороидальными катушками для определения электрической макроанизотропии нефтяных коллекторов // ХI международный симпозиум стран ЭПШП и ЕАЭС “Новая техника и технологии ГИС для нефтегазовой промышленности”: Доклады. Новосибирск, 16-20 сентября 2019 г. Ч. 1. Новосибирск: Изд-во ИНГГ СО РАН, 2019а. С.129-138.

Эпов М.И., Еремин В.Н., Манштейн А.К., Петров А.Н., Глинских В.Н. Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород: Патент РФ. 2014. № 2528276.

Эпов М.И., Михайлов И.В., Глинских В.Н., Никитенко М.Н., Суродина И.В. Алгоритмы обработки и инверсии данных электромагнитного зонда с тороидальными катушками при изучении макроанизотропных свойств пластов-коллекторов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019б. Т. 330, № 6. С.187-197.

Al-Riyami A., Boyd D., Dajani N. Resistivity Measurement in Anisotropic Horizontal Carbonate Wells // 7th Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference: proceedings. Abu Dhabi, United Arab Emirates, October 13-16, 1996. Paper SPE-36240-MS. 15 p.

Allouche M., Chow S., Dubourg I., Ortenzi L., van Os R. High-resolution Images and Formation Evaluation in Slim Holes from a New Logging-While-Drilling Azimuthal Laterolog Device // SPE EUROPEC/EAGE Annual Conference and Exhibition: proceedings. Barcelona, Spain, June 14-17, 2010. Paper SPE-131513-MS. 10 p.

Anderson B.I., Barber T.D., Habashy T.M. The Interpretation and Inversion of Fully Triaxial Induction Data; A Sensitivity Study // SPWLA 43rd Annual Logging Symposium: transactions. Oiso, Japan, June 2-5, 2002. Paper SPWLA-2002-O. 14 p.

Arps J.J. Inductive Resistivity Guard Logging Apparatus Including Toroidal Coils Mounted on a Conductive Stem: US Patent. 1967. N 3305771.

Bittar M.S., Hu G. The Effects of Rock Anisotropy on LWD Toroidal Resistivity Sensors // SPWLA 45th Annual Logging Symposium: transactions. Noordwijk, the Netherlands, June 6-9, 2004. Paper SPWLA-2004-WW. 14 p.

Bonner S., Bagersh A., Clark B., Dajee G., Dennison M., Hall J.S., Jundt J., Lovell J., Rosthal R., Allen D. A New Generation of Electrode Resistivity Measurements for Formation Evaluation While Drilling // SPWLA 35th Annual Logging Symposium: transactions. Tulsa, Oklahoma, USA, June 19-22, 1994. Paper SPWLA-1994-OO. 25 p.

Bonner S., Burgess T., Clark B., Decker D., Orban J., Prevedel B., Lüling M., White J. Measurements at the Bit: A New Generation of MWD Tools // Oilfield Review. 1993. N 4-7. P.44-54.

Bonner S., Fredette M., Lovell J., Montaron B., Rosthal R., Tabanou J., Wu P., Clark B., Mills R., Williams R. Resistivity While Drilling - Images from the String // Oilfield Review. 1996. V. 8, is. 1. P.4-19.

Borghi M., Piani E., Barbieri E., Dubourg I., Ortenzi L., van Os R. New Logging-While-Drilling Azimuthal Resistivity and High Resolution Imaging in Slim Holes // 10th Offshore Mediterranean Conference and Exhibition: proceedings. Ravenna, Italy, March 23-25, 2011. Paper OMC-2011-167. 9 p.

Bratton T., Bornemann T., Li Q., Plumb D., Rasmus J., Krabbe H. Logging-While-Drilling Images for Geomechanical, Geological and Petrophysical Interpretations // SPWLA 40th Annual Logging Symposium: transactions. Oslo, Norway, May 30-June 3, 1999. Paper SPWLA-1999-JJJ. 14 p.

Chardac J.-L., El-Sayed H. Applications of a New Multi-Resistivity & Imaging Tool in the Middle East // SPE Middle East Oil Show: proceedings. Bahrain, March 11-14, 1995. Paper SPE-29838-MS. 8 p.

Clavaud J.-B., Nelson R., Guru U.K., Wang H. Field Example of Enhanced Hydrocarbon Estimation in Thinly Laminated Formation with a Triaxial Array Induction Tool: A Laminated Sand-Shale Analysis with Anisotropic Shale // SPWLA 46th Annual Logging Symposium: transactions. New Orleans, Louisiana, USA, June 26-29, 2005. Paper SPWLA-2005-WW. 15 p.

Dowell I., York P., Jackson C.E. Evolution of an LWD Toolstring with Applications for Petrophysical Logging and Drilling Control // Offshore Technology Conference: proceedings. Houston, Texas, USA, May 3-6, 1993. Paper OTC-7356-MS. 12 p.

Epov M.I., Glinskikh V.N., Eremin V.N., Nikitenko M.N., Petrov A.N., Mikhaylov I.V. Electromagnetic Tool for High-Resolution Logging: Theoretical and Experimental Studies // SPE Russian Petroleum Technology Conference: proceedings. Moscow, Russia, October 16-18, 2017. Paper SPE-187904-MS. 19 p.

Epov M., Mikhaylov I., Glinskikh V., Nikitenko M., Surodina I. Electromagnetic Logging Tool with Toroidal Coils for the Study of Vertically Inhomogeneous Macroanisotropic Formations // 81st EAGE Conference and Exhibition: extended abstracts. London, United Kingdom, June 3-6, 2019. Paper Th_R16_05. 5 p.

Epov M.I., Nikitenko M.N., Glinskikh V.N., Surodina I.V., Mikhaylov I.V., Eremin V.N., Petrov A.N. Theoretical Basis of Data Interpretation of Electromagnetic Logging Tool with Toroidal Coils // 8th EAGE Saint Petersburg International Conference and Exhibition: extended abstracts. Saint Petersburg, Russia, April 9-12, 2018. Paper 44489. 6 p.

Fulda C., Hartmann A., Gorek M. High Resolution Electrical Imaging While Drilling // SPWLA 51st Annual Logging Symposium: transactions. Perth, Australia, June 19-24, 2010. Paper SPWLA-2010-46830. 16 p.

Gianzero S. The Paradox of Anisotropy Revisited // The Log Analyst. 1999. V. 40, N 6. P.485-491.

Gianzero S., Chemali R., Su S.M. Determining the Invasion Near the Bit with the M.W.D. Toroid Sonde // SPWLA 27th Annual Logging Symposium: transactions. Houston, Texas, USA, June 9-13, 1986. Paper SPWLA-1986-W. 17 p.

Gianzero S., Chemali R., Su S.M. Induction, Resistivity, and MWD Tools in Horizontal Wells // The Log Analyst. 1990. N 5-6. P.158-171.

Gianzero S., Chemali R., Lin Y., Su S.M., Foster M. A New Resistivity Tool for Measurement-While-Drilling // SPWLA 26th Annual Logging Symposium: transactions. Dallas, Texas, USA, June 17-20, 1985. Paper SPWLA-1985-A. 22 p.

Gomes R.M., Denicol P.S., da Cunha A.M.V., de Souza M.S., Kriegshäuser B.E., Payne J.C., Santos A. Using Multicomponent Induction Log Data to Enhance Formation Evaluation in Deepwater Reservoirs from Campos Basin, Offshore Brazil // SPWLA 43rd Annual Logging Symposium: transactions. Oiso, Japan, June 2-5, 2002. Paper SPWLA-2002-N. 14 p.

Grupping T.I.F., Harrell J.W., Dickinson R.T. Performance Update of a Dual-Resistivity MWD Tool with Some Promising Results in Oil-Based Mud Applications // SPE 63rd Annual Technical Conference and Exhibition: proceedings. Houston, Texas, USA, October 2-5, 1988. Paper SPE-18115-MS. 13 p.

Grupping T.I.F., Wagstaff J.D. Recent Performance of the Dual-Resistivity MWD Tool // SPE Formation Evaluation. 1990. V. 5, is. 2. P.171-176.

Hagiwara T. EM Log Response to Anisotropic Resistivity in Thinly Laminated Formations with Emphasis on 2-MHz Resistivity Devices // SPE Formation Evaluation. 1996. V. 11, is. 4. P.211-217.

Hartmann A., Gorek M., Fulda C., Kraft K. Early Bed Boundary Detection While Drilling - Testing and Application of a Bit Resistivity Device // International Petroleum Technology Conference: proceedings. Kuala Lumpur, Malaysia, December 3-5, 2008. Paper IPTC-12063-MS. 11 p.

Hu G., Bittar M., Hou J. Evaluation of Horizontal Wells Using LWD Propagation Resistivity and Laterolog-Type Resistivity Logs // SPE Annual Technical Conference and Exhibition: proceedings. San Antonio, Texas, USA, September 24-27, 2006. Paper SPE-103150-MS. 9 p.

Karinski A., Mousatov A. Vertical Resistivity Estimation with Toroidal Antennas in Transversely Isotropic Media // SPWLA 42nd Annual Logging Symposium: transactions. Houston, Texas, USA, June 17-20, 2001. Paper SPWLA-2001-BB. 14 p.

Karinski A., Mousatov A. Feasibility of Vertical-Resistivity Determination by the LWD Sonde with Toroidal Antennas for Oil-Base Drilling Fluid // SPWLA 43rd Annual Logging Symposium: transactions. Oiso, Japan, June 2-5, 2002. Paper SPWLA-2002-Q. 14 p.

Klein J.D., Martin P.R., Allen D.F. The Petrophysics of Electrically Anisotropic Reservoirs // SPWLA 36th Annual Logging Symposium: transactions. Paris, France, June 26-29, 1995. Paper SPWLA-1995-HH. 12 p.

Kunz K.S., Moran J.H. Some Effects of Formation Anisotropy on Resistivity Measurements in Boreholes // Geophysics. 1958. V. 23. P.770-794.

Li Q., Lau T., Gee K., Kong J., Gong J., Aron J., Mather J., Li A., Chen S. Field Test of a HTHP Laterolog-Type Array Resistivity and Imaging While Drilling Tool // SPWLA 60th Annual Logging Symposium: transactions. Woodlands, Texas, USA, June 15-19, 2019. Paper SPWLA-2019-WWW. 21 p.

Li Q., Rasmus J., Cannon D. A Novel Inversion Method for Interpretation of a Focused Multisensor LWD Laterolog Resistivity Tool // SPWLA 40th Annual Logging Symposium: transactions. Oslo, Norway, May 30-June 3, 1999. Paper SPWLA-1999-AAA. 14 p.

Lovell J.R., Young R.A., Rosthal R.A., Buffington L. Structural Interpretation of Resistivity-At-the-Bit Images // SPWLA 36th Annual Logging Symposium: transactions. Paris, France, June 26-29, 1995. Paper SPWLA-1995-TT. 12 p.

Ortenzi L., Dubourg I., van Os R., Han S.Y., Koepsell R., Ha S.C.Y. New Azimuthal Resistivity and High-Resolution Imager Facilitates Formation Evaluation and Well Placement of Horizontal Slim Boreholes // Petrophysics. 2012. V. 53, N 3. P.197-207.

Pardo D., Torres-Verdin C. Hydrofracture Diagnosis in Open-Hole and Steel-Cased Wells Using Borehole Resistivity Measurements // 2012 SEG Annual Meeting: proceedings. Las Vegas, Nevada, November 4-9, 2012. Paper SEG-2012-0180. 6 p.

Prammer M.G., Morys M., Knizhnik S., Conrad C.J., Hendricks W.E., Bittar M.S., Hu G., Hveding F., Kenny K., Shokeir R.M., Seifert D.J., Neumann P.M., Al-Dossari S. A High-Resolution LWD Resistivity Imaging Tool - Field Testing in Vertical and Highly Deviated Boreholes // Petrophysics. 2009. V. 50, N 1. P.49-66.

Prilliman J., Bean C.L., Hashem M., Bratton T., Fredette M., Lovell J.R. A Comparison of Wireline and LWD Resistivity Images in the Gulf of Mexico // SPWLA 38th Annual Logging Symposium: transactions. Houston, Texas, USA, June 15-18, 1997. Paper SPWLA-1997-DDD. 11 p.

Redwine F.H., Osborn W.F. Formation Resistivity Measurement While Drilling Utilizing Physical Conditions Representative of the Signals from a Toroidal Coil Located Adjacent the Drilling Bit // US Patent. 1968. N 3408561.

Rosthal R., Barber T., Bonner S., Chen K., Davydycheva S., Hazen G., Homan D., Kibbe C., Schlein R., Villegas L., Wang H., Zhou F. Field Test of an Experimental Fully-Triaxial Induction Tool // SPWLA 44th Annual Logging Symposium: transactions. Galveston, Texas, USA, June 22-25, 2003. Paper SPWLA-2003-QQ. 14 p.

Sinclair P., Li A., Ottemen A., Wennekamp A. LWD Azimuthal Laterolog Resistivity Logging in Unconventional Reservoirs // IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference and Exhibition: proceedings. Tianjin, China, July 9-11, 2012. Paper SPE-155937-MS. 21 p.

Wait J.R. Excitation of a Conducting Half-Space by a Toroidal Coil // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 1995. V. 37, N 4. P.72-74.

Wang G.L., Wu P., Barber T., Johnson C., Allen D., Kumar A., Xu W., Hayden R. Triaxial Induction Applications in Difficult and Unconventional Formations // SPWLA 53rd Annual Logging Symposium: transactions. Cartagena, Colombia, June 16-20, 2012. Paper SPWLA-2012-G. 14 p.