Вплив вторинних процесів утворення порід-колекторів на достовірність визначення коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив вторинних процесів утворення порід-колекторів на достовірність визначення коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу

А.В. Старостін

О.Н. Струтинська

В.А. Старостін

Продуктивні відклади газоконденсатних родовищ центральної частини Дніпрово-Доне-цької западини здебільшого відносяться до гли-бокозалягаючої теригенно-карбонатної товщі турнейського і візейського ярусів. Великі глибини залягання продуктивного комплексу зумовлюють протікання вторинних процесів утворення колектора і зміну параметрів порового простору. В цих умовах перевагу при дослідженні колекторських властивостей надають геофізичним методам.

Визначення коефіцієнта пористості методом акустичного каротажу в умовах вторинних процесів утворення порового простору значно ускладнено утворенням мікротріщинуватості зерен скелету; зміною форми і ущільненням контактів між зернами; утворенням вторинної пористості, локальністю процесу регенерації та іншими факторами. Метою роботи є побудова фізико-геологі-чної моделі і оцінка впливу геологічних факторів на параметри розповсюдження пружних хвиль. Для досягнення мети нами використані результати геофізичних досліджень і аналіз мінералогічного опису шліфів зразків керна.

Акустичний каротаж є одним з основних методів для визначення коефіцієнта пористості. Точність визначення К_п залежить не тільки від точності визначення параметрів пружних хвиль геофізичною апаратурою, але й від вибраної геолого-геофізичної моделі, яка дає уяву про взаємозв'язок параметрів колекторських властивостей і розповсюдження пружних хвиль[1].

Занурення порід-колекторів і перекриття їх новими відкладами призводить до зростання гірського і бокового тиску. Зростання тиску сприяє ущільненню порід за рахунок перегрупування уламкових частинок породи, яке залежить від мінерального складу уламків, кількісних співвідношень між уламковими і цементуючими частинами. Ущільнення за рахунок перегрупування уламкового матеріалу навіть при значній кількості цементу сповільнюється на глибині до 2000-2500 м. На більших глибинах процес ущільнення продовжується, але механізм його змінюється. Під впливом тиску починається деформація окремих частинок, їх реконструкція в точках стику, що призводить до утворення щільнішого контакту і ущільнення породи загалом.

Крім того, ущільнення породи може виникати і без додаткового тиску. На великих глибинах (понад 2500 м) внаслідок вторинного виділення кремнезему, кальциту та інших сполук здійснюється ущільнення породи. Продукти розчинення мінералів водою є основним матеріалом для вторинних утворень у поровому просторі. Новоутворення виникають внаслідок того, що води, які несуть розчинені компоненти потрапляють в іншу термодинамічну і геохімічну ситуацію, що сприяє виділенню відповідних сполук у тверду фазу. Новоутворення можуть виникати при взаємодії розчину і первинних мінералів. Цей вид нерідко спостерігається у вигляді регенерації частинок кварцу [2]. Вка-заний процес призводить до збільшення площі щільного контакту зерен і закриття мікротріщин у скелеті.

Процеси вторинної зміни порід-колекторів призводять не тільки до зміни параметрів колектора, але й до зміни пружних властивостей скелету породи, які відображаються на кінематичних і динамічних параметрах проходження пружних хвиль. Розглянемо характеристику вторинних процесів утворення колектора на прикладі Яблунівського газоконденсатного родовища.

Яблунівське газоконденсатне родовище розташоване в межах південного схилу Жданівського прогину і є одним із структурно-геологічних елементів Яблунівсько-Яворівської зони занурених антиклінальних структур. Продуктивні поклади пов'язані з породами-колекторами турнейського, візейського та намюрського ярусів нижнього карбону. Породи-колектори представлені переважно пісковиками і гравелітами. За результатами опису шліфів уламковий матеріал пісковиків характеризується низьким ступенем відсортованості, переважають середні і крупнозернисті фракції. За мінеральним складом - пісковики кварцеві і олігоміктові.

Кластичний матеріал складає 7595% породи і представлений зернами кварцу (8095%) та уламками кварцитів (115%). Зустрічаються зерна циркону, турмаліну, брукіту, чешуйки мусковіту і біотиту. Зустрічаються кварцеві зерна, які покриті регенераційними облямівками. Іноді регенерація призводить до утворення ідіоморфних граней. Цемент за типом взаємовідношення з уламками -- контактно-поровий і регенераційний, рідше плівковий. Гравеліти характеризуються низьким ступенем відсортованості. Розмір зерен змінюється від 0,03 мм до 3,0 мм. Форма уламків неправильно-ізометрична і напівконтактна. За мінеральним складом гравеліти переважно олігоміктові, рідше кварцові. Кластичний матеріал скла-дає 8595% і представлений переважно зернами кварцу (8597%) та уламками кварцитів (2%15%). Цемент за типом взаємовідношення з уламковими зернами -- контактово-поровий і регенераційний, в окремих зразках -- базальний.

Вторинним матеріалом, який найбільше зустрічається в пісковиках і гравелітах є кварц. Вторинний кварц присутній у вигляді регенераційних облямівок товщиною 0,020,07 мм. Процесом регенерації охоплено до двох третин уламкових зерен. При цьому зерна кварцу, що розростаються, на контактах один з одним спаюються і утворюють нові грані. Іноді уламки регенерують до кристалографічних граней. Утворені мікротріщини в процесі надлишкового стиску скелету породи, як правило, затягнуті і мають дрібні газорідинні включення гетерогенних водних розчинів. Ці включення стосуються тільки мікротріщин і не виходять за межі уламків. Наявність мікротріщин впливає на швидкість проходження пружної хвилі в скелеті породи.

Процес регенерації в породі протікає нерівномірно, тобто ступінь регенерації залежить від літолого-структурних факторів. Характерно, що розмір уламків і відсортованість впливають на ступінь регенерації. Так, зі збільшенням медіанного діаметра уламків і погіршенням відсортованості ступінь регенерації збільшується.

Пісковики і гравеліти, які характеризуються високим ступенем регенерації максимально ущільнені, і на контактах практично відсутні вільні пори. Збільшення ступеня ущільнення призводить до зміни якості контакту між уламками.

Наведена характеристика порід-колекторів турнейського та візейського ярусів Яблуніського газоконденсатного родовища вказує на те, що породи продуктивного комплексу характеризуються різним ступенем регенерації, розподіл якого має локальний характер. Породи візейського ярусу мають менший ступінь регенерації. Незважаючи на значні глибини залягання (4500-5000 м) і регенерацію, колекторські властивості достатньо високі (6,020,5%), що пояснюється процесом вилужування з утворенням сітки вторинних порових каналів.

Зміни, що виникли в результаті регенерації, призводять до зміни фізичних властивостей гірських порід, зокрема, до зміни швидкості проходження пружних хвиль у скелеті породи.

За результатами опису шліфів з свердловини № 3 Яблунівського родовища вибрані інтервали з низьким і високим коефіцієнтом регенерації. В цих інтервалах порівняні результати визначення коефіцієнта пористості у лабораторних умовах і за даними акустичного каротажу. У таблиці 1 наведені ці результати.

Наведені в таблиці значення величини природної гамма-активності в межах інтервалів вказують на однорідну характеристику пластів за глинистістю. Цей факт зводить до мінімуму похибку визначення К_п за методом АК при врахуванні впливу глинистості на результати вимірів інтервального часу пробігу пружної хвилі.

З наведеного видно, що в інтервалі з низьким ступенем регенерації величини К_п за АК і К_п за дослідженнями керна мають близькі значення (відносна похибка 3,3%). В інтервалах з високим ступенем регенерації спостерігається значне розходження результатів визначення К_п за двома методами (відносна похибка 17,5%). Величини коефіцієнтів пористості в цих інтервалах будуть збігатись, якщо інтервальний час пробігу пружної хвилі в скелеті породи прийняти на 10-13 мкс/м меншим, ніж встановлена величина для цих відкладів. Реальне зменшення величини інтервального часу пробігу пружних хвиль у скелеті пояснюється локальним процесом регенерації уламків кварцу. Збільшення швидкості поздовжньої хвилі зумовлено зростанням щільності контакту між зернами, зміною геометрії контакту (до прямокутної форми) і закриттям мікротріщин кварцових уламків.

Розглянутий приклад вказує на вплив ступеня регенерації уламків скелету на акустичні властивості порід. Важливість дослідження цього питання полягає в тому, що процес регенерації має локальний характер і не врахування цієї особливості призведе до великих похибок визначення К_п за даними АК.

Для дослідження впливу процесу регенерації на акустичні властивості колекторів розглянемо геолого-акустичну модель порід-колекторів з вторинними змінами порового простору. Формування порід-колекторів протікало за двома напрямками - це процес ущільнення зерен породи при зануренні на великі глибини і вторинні процеси регенерації. Зростання щільності контакту між зернами забезпечило збільшення контактної пружності. Збільшення ефективної поперечної площі контактів пропорційне ступеню регенерації.

Враховуючи сказане, акустичну модель середовища охарактеризуємо досконалим пружним зв'язком між фазами і визначимо фактори, що впливають на швидкість проходження пружної хвилі. Зупинимося на дослідженні поздовжньої хвилі.

Вивчення впливу поверхні контакту на швидкість пробігу пружної хвилі в скелеті породи проведемо на моделях з квадратною і круговою формою пор. Для опису процесу введемо нормований параметр - різниця швидкості для двох форм порового простору

К = -/,

де: - швидкість поздовжньої хвилі у скелеті для моделі з квадратною формою пор; - швидкість поздовжньої хвилі у скелеті для моделі з круговою формою пор; - швидкість поздовжньої хвилі у матеріалі твердої фази; - приймалась однакова розрахункова пористість для моделей.

Таблиця 1. Результати порівняння коефіцієнтів пористості, визначених методом АК і на керні

Розрахунки проведені за рівняннями для квадратної форми пор

(1)

і для кругової форми

(2)

де: h₁ - відстань між центрами пор у напрямку ортогональному до нашарування; h₂ - відстань між центрами пор вздовж пористого прошарку; d - сторона квадратної пори; D - діаметр кругової пори [3].

(3)

Пористість середовища розраховується за формулами для пор квадратної форми

Рисунок 1. Залежність нормованого параметра К (різниця швидкості пружних хвиль у скелеті для моделі з прямокутною і коловою формою пор) від коефіцієнта пористості

і для кругової форми

.

Значення коефіцієнта Пуассона () для твердої частини моделі при різному ступеню регенерації будуть відрізнятися і тому нами використовується закон адитивності

, (4)

де: _і - частина компоненти; _і - коефіцієнт Пуассона для окремої компоненти.

Для розглянутої моделі при реєстрації уламків будемо приймати дві компоненти - уламки кварцу і цемент (=0,25, =0,35).

Параметр _i зумовлює об'ємні частини компонент, значення яких вибрані з результатів опису шліфів. При збільшенні ступеня регенерації параметр _i для компоненти цементу зменшується за рахунок регенерації цементу. Подібний підхід визначення коефіцієнта Пуассона використовувався Петкевичем Г.І. [4] при описі швидкісної характеристики колекторів, заповнених флюїдом.

Результати проведених розрахунків наведені на рисунку 1.

Рисунок 1. Залежність нормованого параметра К (різниця швидкості пружних хвиль у скелеті для моделі з прямокутною і коловою формою пор) від коефіцієнта пористості

Крива першого ряду описує характеристику зміни нормованого параметра К для моделей з квадратною і круговою формами пор від коефіцієнта пористості. Пористість у моделі міняється за рахунок зменшення відстані між прошарками пористої частини породи за умови d = const і D = const. Додатне значення пара-метра К вказує на те, що більше, ніж , тобто при щільному площинному контакті уламків породи швидкість пробігу пружних хвиль більша. При збільшенні пористості різниця швидкостей збільшується.

Другий ряд точок відповідає моделі, в якій проходить зміна розмірів уламків породи при збереженні розміру пор. Залежність нормованого параметра від коефіцієнта пористості має подібний характер до кривої першого ряду, але різниця швидкостей досягає певної величини при менших значеннях пористості, що свідчить про те, що швидкість пружних хвиль у скелеті породи реагує більше на зміну текстури породи (розмір уламків) незалежно від геометрії уламків.

Третій ряд точок відповідає моделі, в якій проходить процес регенерації уламків породи, що призводить до зменшення розмірів пор (коефіцієнта пористості) і пружних властивостей цементу породи. Значення коефіцієнта Пуассона для скелету розраховувалось за формулою (4). Залежність характеризується додатним значенням нормованого параметра і набуває вигляду, подібного до другої моделі (залежність друга). Необхідно зауважити, що в області значень Кп 0,15 процес регенерації має менший вплив на різницю швидкостей, а в області низької пористості Кп 0,15 вплив зростає.

Проведені нами теоретичні розрахунки на основі геолого-акустичної моделі підтверджують практично встановлений за результатами лабораторних вимірів і свердловинних досліджень (свердловина № 3 Яблунівського родовища) вплив ступеня регенерації на швидкість проходження пружної хвилі у скелеті породи.

Отримані результати залежності інтервального часу проходження пружної хвилі у скелеті породи від ступеня регенерації уламків дають змогу підвищити достовірність визначення коефіцієнта пористості за даними акустичного каротажу при корекції значень інтервального часу скелету за параметр ступеня регенерації. Відносна похибка визначення коефіцієнта пористості порівняно зі стандартною методикою зменшиться на 9-18%.

Функція швидкості пробігу пружних хвиль є багатопараметричною, що зумовлює проблему існування еквівалентних рішень при визначенні коефіцієнта пористості. Для зменшення еквівалентності рішення необхідно використати додаткову інформацію щодо геолого-фізичних властивостей колектора.

За наявності результатів опису шліфів проводиться відносна оцінка ступеня регенерації зерен і корекція значення інтервального часу для Кп. За відсутності результатів опису шліфів нами вперше пропонується використати коефіцієнт поглинання поздовжньої хвилі для оцінки ступеня регенерації уламків породи.

Розповсюдження поздовжньої хвилі у гірських породах, навіть при високопружному контакті, супроводжується поглинанням енергії, що пов'язано з проявом в'язкості і неідеальним теплообміном у середовищі. Коефіцієнт поглинання поздовжної хвилі є функцією багатопараметричною

(5)

де: - частота коливання; - густина породи; - швидкість поздовжньої хвилі; - коефіцієнт об'ємної в'язкості; - коефіцієнт стискання; - коефіцієнт теплопровідності; - швидкість поперечних хвиль.

Збільшення ступеня регенерації за умов однакових характеристик колекторських властивостей і кількості глинистого цементу, коефіцієнта поглинання , за рахунок зростання пружності акустичного контакту буде зменшуватися. Контроль зміни кількості цементу здійснюється за результатами методу ГК.

Для контролю зміни коефіцієнта поглинання використаємо відношення /, де - коефіцієнт затухання для моделі; - коефіцієнт затухання, виміряний в інтервалі дослідження.

Визначення коефіцієнта , при викорис-танні сучасної апаратури з цифровою формою реєстрації не представляє складнощів. Коефіцієнт поглинання розраховувався для моделі зі сферичною формою зерен і точковим контактом між зернами породи. Для прийнятої моделі з заданими колекторськими властивостями коефіцієнт поглинання буде максимальний. Значення коефіцієнта поглинання є критерієм характеристики порід гранулярного типу з окатаною формою зерен. Величина вказує на відхилення геометрії зерен від окатаної і є параметром ступеня регенерації. Швидкість поздовжньої хвилі для прийнятої моделі пористого середовища, заповненого водою, розраховуємо за формулою [5]

(6)

;

;

;

;

, - густина твердої і рідинної фаз; Z -глибина залягання породи; g - прискорення сили тяжіння; Е - модуль Юнга.

Визначена швидкість розповсюдження пружних хвиль для прийнятої моделі є мінімально можливою швидкістю у скелеті без врахування регенерації зерен. За цією інформацією розраховуємо коефіцієнт поглинання .

Використання відносного параметра дасть змогу виділяти зони з низьким і високим ступенем регенерації і проводити коригування інтервального часу пробігу пружної хвилі.

Проведені дослідження дали можливість охарактеризувати колектори з вторинною пористістю різного ступеня регенерації зерен скелету і встановити залежність швидкості пробігу поздовжніх хвиль у скелеті породи від ступеня регенерації. Врахування змін пружних властивостей скелету за рахунок збільшення величини контактної пружності середовища дасть змогу підвищити достовірність визначення коефіцієнта пористості.

Результатами представлених досліджень є:

- практично встановлено і теоретично обґрунтовано залежність інтервального часу розповсюдження пружних хвиль від ступеня регенерації зерен скелету породи;

- виявлено, що неврахування змін ступеня регенерації призводить до зростання похибки визначення коефіцієнта пористості за інформацією акустичного каротажу;

- пропонується для практичного врахування зміни ступеня регенерації зерен у колекторі використати інформацію про коефіцієнт поглинання поздовжньої хвилі.

Література

свердловинний пласт колектор акустичний

1. Старостин В.А., Бардовский В.Я., Адамский В.Я., Филатова Т.И. О достоверности определения коэффициента пористости коллекторов сложного строения по данным акустического каротажа. - Ивано-Франковск: ИФИНГ, 1987. - 10 с. / Рук. деп. в УкрНИИНТИ №1258 Ук-Д87.

2. Гепиков К.Р., Ермилова Е.П., Орлова Н.А. К вопросу об изменении пористости песчаных пород с глубиной // Докл. АН СССР. - 1962. - № 2. - Т. 144. - С. 435-437.

3. Ивакин Б.Н. Методы управления плотностью и упругостью среды при двухмерном моделировании сейсмических волн // Изв. АН СССР. Сер.: Геофізика. - 1960. - № 8. - С. 18-21.

4. Петкевич Г.И., Вербицкий Т.З. Исследование упругих свойств пористых геологических сред, содержащих жидкости. - К.: Наукова думка, 1965. - С. 76.

5. Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. - М.: Недра, 1978. - С. 320.

Размещено на Allbest.ru