Физические свойства продуктивных карбонатных отложений северо-восточной Болгарии
П.И. КУРТЕВ (Болгария)
Нефтеносными отложениями в северо-восточной части Народной Республики Болгарии являются кавернозно-трещиноватые известняки и доломиты валанжинского яруса. В этих условиях однозначная геологическая интерпретация результатов геофизического исследования скважин, а также подсчет промышленных запасов нефти и газа встретились с большими затруднениями.
В статье рассматриваются результаты некоторых, в основном лабораторных исследований зависимостей между физическими и коллекторскими свойствами пород, проведенных для уточнения возможностей электрических методов исследования скважин по изучению коллекторских свойств и нефтенасыщенности пород в данных геологических условиях.
В основном были проведены определения пористости, проницаемости и электрического сопротивления (точнее параметра Рп - отношения между удельным электрическим сопротивлением водонасыщенного образца и удельным электрическим сопротивлением насыщающей воды). У более типичных и интересных образцов определялись также диффузионно-адсорбционная активность, вызванная электрохимическая активность, микропетрографические характеристики и химический состав. Подбирались в основном образцы, обладающие только интергранулярной пористостью (лишенные значительных каверн и трещин). Образцам придавалась цилиндрическая или кубическая форма (последняя при определении изучаемых параметров в трех взаимно-перпендикулярных направлениях). Дальнейшая подготовка образцов сводилась к экстракции нефти спирто-бензольной смесью или хлороформом и отмыванию от солей водой в аппаратах Сокслета. После высушивания измерялась проницаемость, а затем образцы под вакуумом насыщались водой с концентрацией хлористого натрия примерно 0,05 н, соответствующей средней концентрации солей в пластовых водах и буровых растворах в рассматриваемом районе. При этом насыщении определялись пористость (точнее максимальная объемная влажность), электрическое сопротивление, электрохимические активности.
Для определения проницаемости, кроме стандартной установки, выпускаемой заводом КИП, была использована установка с резиновыми гильзами для кубических образцов. Получение вакуума (до 500 мм вод. ст.) и определение скорости фильтрации воздуха в нашей установке проводились с использованием уравнительного сосуда, бюреты и секундомера. Постоянство перепада давления поддерживалось регулировкой перетока воды из бюреты в уравнительный сосуд при помощи винтового зажима.
Электрическое сопротивление определялось двухэлектродной установкой для получения усредненного значения по всему объему образца. Электродами являлись тонкие, хорошо отполированные медные пластины, контакт которых с образцом осуществлялся фильтровальной бумагой, увлажненной раствором, насыщающим образцы. Контроль за величиной контактного сопротивления проводился путем последовательного включения и выключения второй пары пластин, разделенных только увлажненной фильтровальной бумагой. Контактное сопротивление заключалось обычно в пределах ошибок, особенно для высокоомных образцов. Легко убедиться, что сопротивление фильтровальной бумаги в этих условиях очень мало и что наличие контактного сопротивления обусловливается в основном электродными процессами [6], влияние которых этим контролем и учитывается. Контрольные определения с удовлетворительной сходимостью были проведены с четырехэлектродной установкой. В качестве приемных электродов в этой установке применялись тонкие медные пластины, расположенные между листами фильтровальной бумаги, осуществляющей контакт образца с токовыми электродами. Были проведены и контрольные определения с четырехэлектродной установкой кафедры промысловой геофизики МНИ им. И.М. Губкина [1]. Для однородных образцов сопоставление результатов оказалось удовлетворительным.
Определения вызванной и диффузионно-адсорбционной активностей проводились методами, разработанными в лаборатории кафедры промысловой геофизики МНИ им. И.М. Губкина [1, 2]. В качестве сменных растворов для определения диффузионно-адсорбционной активности применялись растворы хлористого натрия 0,01 н., 0,1 н и 1 н.; в качестве постоянного раствора - раствор, насыщающий образцы.
Результаты микропетрографических исследований, химического анализа, а также макроскопических наблюдений показали, что изучаемый газо-нефтяной горизонт слагается доломитами, известняками и доломитизированными известняками. Доломиты равномернозернистые с размером кристаллов от 0,04 до 0,2 мм и с разноразмерными порами. С увеличением размера кристаллов наблюдалась тенденция к увеличению размера интергранулярных пор. В отдельных образцах наблюдались поры большого размера в виде отдельных каверн или трещин, неравномерно расположенных среди основной массы, обладающей значительно меньшими размерами интергранулярных пор. Кальцит, слагающий известняки или входящий в состав доломитизированных известняков, пелитоморфен. Этими особенностями строения пор можно объяснить то, что в данном случае нефтенасыщенность интергранулярных пор известняков и доломитизированных известняков полностью отсутствует или очень низка даже при пористости порядка 30%, а нефтенасыщенность доломитов появляется при пористости выше 8-10% и возрастает с увеличением пористости.
Сопоставление результатов лабораторных исследований физических свойств позволило отметить следующее.
Между пористостью и проницаемостью доломитов существует тенденция, близкая к прямой зависимости (рис. 1), аналогичная тенденциям, отмечаемым в работе Арчи [8]. Несмотря на значительный разброс точек (вероятное отклонение ординат порядка 50%), использование этой зависимости для качественной оценки проницаемости допустимо при условии отделения доломитизированных известняков, для которых, как это видно из рис. 1, зависимость проницаемости от пористости, практически отсутствует.
Между относительным электрическим сопротивлением и пористостью наблюдается зависимость, показанная на рис. 2. Вероятное отклонение абсцисс точек графика от проведенной по этим точкам кривой не превосходит 2%. Эта зависимость близка к аналогичным зависимостям, полученным другими авторами для известняков и доломитов [3, 4], и пригодна для практического использования. Наблюдаются незначительные снижения сопротивлений известняков относительно сопротивлений доломитов.
Сопоставление диффузионно-адсорбционной активности и проницаемости [5] указывает на наличие тенденции, неблагоприятной для количественного изучения проницаемости: повышение активности наблюдается только при проницаемостях, меньших 10 миллидарси. Аналогичный вывод можно сделать и из сопоставления диффузионно-адсорбционной активности и пористости [5]. Наблюдается тенденция к уменьшению активности с увеличением пористости, однако разброс точек довольно большой, что ограничивает возможность использования этого параметра для количественных определений пористости.
Надо отметить, что в данном случае диффузионно-адсорбционная активность доломитов оказалась систематически более высокой, чем активность известняков и доломитизированных известняков (при одних и тех же значениях пористости или проницаемости). Эта дифференциация оказалась еще более резко выраженной по вызванной электрохимической активности; у доломитов она в 10 раз и более выше (при одних и тех же значениях электрического сопротивления) [7].
Для выяснения влияния каверн на характер зависимости между электрическим сопротивлением и пористостью была построена по методу А.С. Семенова [7] серия кривых зависимости электрического сопротивления от общей пористости (рис. 3) для заданных значений коэффициентов Кк-пористости, обусловленной только кавернами (сплошные), и Ки - пористости, обусловленной только интергранулярными порами (штрихованные). Было использовано решение Максвелла для определения электрического сопротивления ρ агрегата, представленного средой, обладающей сопротивлением в котором беспорядочно включены шары с сопротивлением ρ1:
где Р-доля объема, занимаемого вмещаемой средой.
Полагая ρ1= 1, ρ2 = 1/(Ки)2, ρ=Рп и P=Кк, получаем
Общая пористость агрегата Кп вычислялась по формуле
Рассмотрение кривых на рис. 3 показывает, что при одинаковой общей пористости сопротивление кавернозной породы выше сопротивления породы, имеющей только интергранулярные поры. Относительное завышение сопротивления кавернозной породы тем больше, чем больше доля кавернозности и чем меньше значение интергранулярной пористости.
Следовательно, удельное электрическое сопротивление кавернозной породы в общем случае должно быть довольно неоднозначной функцией общей пористости. Неоднозначность сужается с увеличением интергранулярной пористости. Для конкретных отложений неоднозначность могла бы сузиться при наличии зависимости между кавернозностью и интергранулярной пористостью.
Использование формулы Максвелла позволило также построить кривые зависимости параметра Рн (отношения сопротивлений породы в нефтенасыщенном и водонасыщенном состоянии) от коэффициента нефтенасыщения Ки для модели кавернозной породы. Имея в виду, что интергранулярная пористость валанжинских известняков рассматриваемого района является неэффективной, при вычислении было принято, что нефтью заполнены только каверны. Коэффициент нефтенасыщенности определялся как отношение объема каверн к общему объему пор. Параметр насыщения Рн вычислялся по формуле
полученной из общей формулы Максвелла при
Рассмотрение кривых (рис. 4) показывает, что при одних и тех же значениях коэффициента нефтенасыщения значение параметра Рн нефтенасыщенных кавернозных пород с неэффективной интергранулярной пористостью (сплошные и штрихованные кривые) значительно ниже его значения для нефтенасыщенных пород с одной только интергранулярной эффективной пористостью (штрихпунктирная кривая) [3].
Можно сделать вывод о том, что параметр Рн для рассматриваемой модели зависит в основном только от кавернозности (штрихованные кривые на рис. 4 являются практически параллельными оси абсцисс). Однако пределы точности скважинных определений параметра Рн в данных условиях значительно ограничивают возможности определения кавернозности и тем самым объемного нефтесодержания только электрическим методом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дахнов В.Н. и Кобранова В.Н. Изучение коллекторских свойств и нефтенасыщенности продуктивных горизонтов нефтяных месторождений по данным промысловой геофизики. Промысловая геофизика. Гостоптехиздат, 1952.
2. Дахнов В.Н., Латышова М.Г. и Ряполова В.А. Исследование скважин методами искусственно вызванных потенциалов (электролитический каротаж). Промысловая геофизика. Гостоптехиздат, 1952.
3. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. Гостоптехиздат, 1955.
4. Комаров С.Г. Определение пористости пород по удельному сопротивлению. Прикладная геофизика, вып. 14. Гостоптехиздат, 1956.
5. Куртев Т.И. Физические свойства продуктивных отложений Северо-Восточной Болгарии и выбор комплекса геофизических методов исследования разрезов скважин. Диссертация Фонды МНИ им. И.М. Губкина, 1957.
6. Мирошниченко Е.М. Изучение контактных сопротивлений в связи с применением методов СЭЗ и микро-СЭЗ при электрических исследованиях в скважинах. Тр. МНИ им. И. М. Губкина, вып. 15. Гостоптехиздат, 1955.
7. Семенов А.С. Влияние структуры на удельное сопротивление агрегатов, Тр, ВНИГРИ, геофизика, сб. 12. Гостоптехиздат, 1948.
8. Аrсhiе G/Е. Bull. Amer. Assoc. Petrol, Geol., vol. 36, N 2, 1952.
Рис. 1. Сопоставление результатов определения пористости Кп и проницаемости Кпр.
1-доломиты; 2-доломитизированные известняки (шифр - процент доломита).
Рис. 2. Сопоставление результатов определения пористости Кп и параметра Рп.
1-доломиты; 2 - известняки и доломитизированные известняки.
Рис. 3. Зависимости электрического сопротивления Рп от общей пористости Кп для идеализированной кавернозной породы.
1-при постоянных значениях пористости (шифр кривых),обусловленной только кавернами; 2- при постоянных значениях пористости (шифр кривых), обусловленной только интергранулярными порами.
Рис. 4. Зависимости параметра Рн от нефтенасыщенности Кн для идеализированной кавернозной породы.
1 и 2 - см. обозначения на рис. 3; 3 - кривая Рн=f(Кн) для карбонатных пород (по Арчи) [8].