Краткая характеристика прибора ЯМК

MagTrak™ — это техническая реализация метода ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), используемая для проведения исследований в открытом стволе скважин во время бурения. В процессе проведения исследований методом ЯМР изучается затухание намагниченности системы протонов, которые содержатся в составе флюидов, заполняющих поровое пространство горной породы, при перемещении прибора по стволу скважины. Сервис ядерно-магнитного каротажа во время бурения MagTrak™ регистрирует экспоненциально затухающий сигнал спинового эха и предоставляет результаты инверсии в виде распределений времён продольной (T1) и поперечной (T2) релаксаций ядерно-магнитных исследований [2], которые являются стандартом в нефтегазовой индустрии для определения фильтрационно-емкостных свойств горных пород и оценки запасов УВ.

В реальном времени сервис MagTrak™ предоставляет распределение времён поперечной релаксации T2. Пластовые свойства такие, как пористость, флюидонасыщение, индекс проницаемости, рассчитываются из полученного распределения T2.

Для простоты использования сервиса MagTrak™ система регистрации прибора может работать в нескольких режимах накопления сигналов ЯМР, позволяя осуществлять измерения в широком диапазоне свойств горных пород и пластовых флюидов.

Скважинный модуль MagTrak™ состоит из зондовой части, блока обрабатывающей электроники и двух медленно вращающихся стабилизаторов, которые используются для устранения пагубного эффекта от возникающих в процессе бурения вибраций (рис. 1). Система регистрации прибора требует поддержания постоянной циркуляции бурового раствора в процессе бурения для обеспечения выработки необходимой мощности излучения ЯМР даже в хорошо проводящих буровых растворах. Дополнительно стоит учитывать, что в секции скважины диаметром 155,6 мм (6,125") номинальный размер зоны исследования прибором ЯМК MagTrak™ типоразмером 121 мм (4,75") составляет 249 мм (9,8") и представлен тороидальной областью, которая не соприкасается со стволом скважины (рис. 1). Основные технические характеристики модуля 4.75" MagTrak™ представлены в таблице 1.  

Методика интерпретации

Обработка данных ЯМК заключается в преобразовании релаксационной кривойв дифференциальное, а затем интегральноераспределение пористости по временам релаксации Т2 с использованием специальных математических процедур. Дифференциальное распределение характеризует долю пор с конкретным значением Т2 в общем поровом пространстве и позволяет отобразить время поперечной релаксации Т2 для каждой точки глубины, по оси X время релаксации в миллисекундах и Y величина пористости в процентах [2].

Типизация флюидов становится возможной благодаря различию их физических свойств, которые определяют положение сигналов ЯМР [3] на распределении Т2. С целью типизации флюидов использован метод отсечек (рис. 3). Для разделения вклада в сигнал ЯМР от флюидов, находящихся в породах с разным размером пор, и непосредственно для типизации самих флюидов на основе различий их релаксационных свойств.  

Следует отметить, что данный подход надежен, когда контрасты релаксации, поляризации и диффузии между жидкостями велики [6]. В условиях низкой вариативности наборов TE и TW результаты обработки требуют дополнительной верификации как промысловыми данными, так и классическими подходами в интерпретации насыщенности.

Петрофизическая модель интерпретации получила следующий вид:

КГО + КВО + КРУО + КСВОБОДНОЙ ВОДЫ = 1,

где КГО — коэффициент остаточной газонасыщенности, КВО — коэффициент остаточной водонасыщенности, КРУО — объем, занятый фильтратом РУО в зоне исследования прибора, КСВОБОДНОЙ ВОДЫ — коэффициент свободной воды.

Для проведения инверсии методом отсечек использованы следующие настройки (таблица 2).  

Приведенная петрофизическая модель является основой для количественной оценки насыщенности по данным ЯМР. Ключевым этапом в данной модели является распределение сигнала по компонентам насыщенности, что и достигается методом отсечек по распределению времен спин-спиновой релаксации Т2. Использованные в работе границы отсечек (таблица 2) основаны на петрофизической интерпретации релаксационных механизмов в конкретных пластовых и скважинных условиях исследуемого объекта. Однако, как отмечено ранее, надежность данного подхода критически зависит от контраста физических свойств флюидов. В случаях, когда различия во временах релаксации или коэффициентах диффузии между флюидами незначительны, а наборы параметров прибора времен поляризации TW ограничены, возможны некоторые погрешности в разделении сигналов, особенно компонент КРУО и КГО.

В качестве дополнительного подхода к выделению газовых зон был использован метод двумерной инверсии ЯМР отношений распределений Т1 и Т2 [1]. Методика эффективна для обнаружения газа благодаря высокому контрасту газа и воды, имеющих разные величины коэффициента молекулярной диффузии, которые будут отображаться по-разному на распределении Т1 и Т2 [1]. Лёгкие УВ будут иметь длинные времена на распределении Т1 и относительно короткие на распределении Т2 и, как следствие, высокое отношение R = T1/T2 (рис. 2). По оси X приведено время релаксации распределения T2 в миллисекундах, по оси Y — отношение распределений времени T1/T2 [1].  

Предварительные расчёты

С целью определения режима регистрации ЯМК для прибора MagTrak™ и моделирования откликов сигналов ЯМР от пластовых флюидов, был проведён предварительный анализ (рис. 4). Режим регистрации данных ЯМК используется прибором MagTrak™ для достижения наилучшего качества регистрируемой информации при данных пластовых и технологических условиях проведения каротажа. Достаточная поляризация пластового флюида достигается в течении выбранного времени поляризации TW, которое определяется согласно модельным (синтетическим) откликам ЯМР ожидаемых пластовых флюидов. Соблюдение этого правила гарантирует точную оценку коэффициента пористости при условии достижения оптимальной вертикальной разрешающей способности метода [6].  

График демонстрирует результат моделирования распределения пластовых флюидов на времени поперечной релаксации Т2, которые получены на основании априорных данных (таблица 3).

По результатам предварительного моделирования данных ЯМК для обеспечения полного охвата всех пластовых флюидов необходим режим с максимальным временем поляризации TWL = 16 секунд, короткое время поляризации TWS = 2 секунды, при условии использования времени раздвижки между эхосигналами TE = 0,6 мсек.