Интерпретация данных ГИС обычно основывается на связи между физическими и коллекторскими свойствами горных пород. Зависимости в основном устанавливаются путем измерения комплекса параметров в атмосферных условиях на образцах пород-коллекторов. В действительности последние находятся на значительных глубинах и испытывают воздействие высоких давлений и температур. Для учета их влияния необходимо изучить физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах. Использование при интерпретации данных ГИС зависимостей, полученных без учета этих факторов, особенно таких, как Dt=f(Кп) и r_п=f(Кп), практически невозможно. Влияние термобарических условий как на параметры Dt, r_п , Кп, так и на зависимость между ними значительно [1].

К настоящему времени наметились два пути получения зависимостей с учетом термобарической обстановки: 1) введение поправок, учитывающих влияние эффективного давления и температуры на параметры, определяемые при атмосферных условиях [2], при этом следует детально знать свойства пород, особенно литологию, пористость и глинистость; 2) непосредственное исследование свойств горных пород в условиях, моделирующих пластовые. На наш взгляд, второй путь предпочтительнее, так как подобные исследования не требуют предварительного знания особенностей литологии и структуры порового пространства пород.

Продуктивные отложения Даулетабад-Донмезского месторождения представлены полимиктовыми песчаниками нижнемелового возраста. Открытая пористость их изменяется от 14 (скв. 7) до 21 % (скв. 5); цемент порово-контактный, глинистый, частично карбонатный; величина глинистости колеблется от 2 до 12%. Продуктивная толща залегает на глубине 3000-3500 м. Пластовое давление равно 35 МПа.

Исследование свойств пород проводилось на образцах цилиндрической формы диаметром 3 см и длиной 3-3,5 см, насыщенных 4 н. раствором NaCl, сначала в атмосферных, затем в пластовых условиях.

Термобарическая обстановка пласта моделировалась в камере для изучения образцов при высоких давлениях. Образец помещался внутрь резиновой манжеты между двумя стальными цилиндрическими головками. Полость там заполнялась тем же минерализованным раствором, которым насыщен образец. Затем образец в камере высокого давления подвергался всестороннему начальному гидростатическому обжиму в 2 МПа. Пластовое внутрипоровое давление создавалось минерализованным раствором с помощью пресса-измерителя.

Величина эффективного давления (Рэф) рассчитывалась исходя из глубины залегания пород (h), средней плотности вышележащих пород (d_п.ср); Рпл на глубине 3500 м равно 35 МПа.

где g - ускорение силы тяжести, м/с²; h - глубина отбора породы, м; d_п - плотность породы, кг/м³; n - коэффициент разгрузки (коэффициент внутренней деформации скелета обычно равен единице).

В процессе эксперимента пластовое давление поддерживалось постоянным (10 МПа), а геостатическое менялось ступенями через 5 МПа от 12 МПа до величины эффективного давления. При этом, как показали измерения, исследуемые параметры в основном стабилизировались через 30-45 мин после изменения давления.

Примерно на четверти образцов изучалось влияние пластовой температуры на физические параметры. При этом по достижении расчетного эффективного давления вся камера нагревалась электрическим элементом, смонтированном на ее корпусе. Заданная температура поддерживалась с помощью автоматического терморегулятора, обеспечивающего точность 0,1 °С в интервале до 100 °С. Температура повышалась ступенями через 20 °С от комнатной до 100 °С. На каждой ступени определялись электрическое сопротивление (R), интервальное время (Dt) и изменение объема пор (DV) образца.

Электрическое сопротивление измерялось мостом переменного тока Р = 38, соединенным с головками, охватывающими образец с торцов.

Время прохождения акустической волны определялось с помощью установки, состоящей из двухканального генератора Г5-4Б, осциллографа С1-20, высоковольтного блока запуска пьезокерамики, разработанного в КО ВНИИГИС [4], и двух пьезопреобразователей, вмонтированных в головки, контактирующие с торцами образца. С одного канала генератора положительные импульсы амплитудой 10 В и частотой следования 500 Гц подавались на вход блока запуска пьезокерамики, с выхода блока запуска импульсы той же формы и частоты, но амплитудой 800 В поступали на пьезопреобразователь с собственной частотой 500 кГц. Прошедший через образец акустический сигнал трансформировался в электрический другим пьезопреобразователем и поступал на осциллограф, развертка которого запускалась синхронным импульсом со второго канала генератора. Введением калиброванной задержки сигнала, запускающего развертку осциллографа, измерялось время прохождения ультразвуковой волны между пьезодатчиками. С учетом времени прохождения акустических колебаний через металл головок определялось время прохождения упругой волны в образце.

Изменение Vпор фиксировалось с помощью индикатора перемещения штока малогабаритного калиброванного пресс-измерителя. В получаемые значения Vпор вводились поправки на упругие и тепловые деформации узлов установки, предварительно устанавливаемые при эталонировке аппаратуры. По изменению порового объема в зависимости от давления и температуры пористость образца приводилась к пластовым условиям.

Рассмотрим, как изменяются отдельные параметры под воздействием эффективного давления. На рис. 1 ,а-в приведены характерные зависимости изменения R, Dt и Кп от давления. Образцы условно разделены на три группы: низкопористые (Кп<7%), среднепористые (Кп=7-17%) и высокопористые (Кп>17%). Влияние эффективного давления на породу приводит к интенсивному изменению сопротивления насыщенного образца (см. рис. 1 , а). В низкопористых образцах оно достигает 100-300%, но по мере увеличения пористости воздействие давления на изменение этого параметра становится менее значительным. Высокопористые образцы меняют свое сопротивление всего на 10%. В породах с малой пористостью отмечаются незначительный объем токопроводящей фазы и усложнение токопроводящих путей, поэтому воздействие давления у них наиболее значимо. С повышением пористости, а следовательно, и с увеличением объема токопроводящей фазы влияние давления на сопротивление проявляется в меньшей мере.

Воздействие давления на интервальное время пробега упругой волны носит противоположный характер (см. рис. 1 , б). Наименее Dt изменяется у низкопористых пород, наиболее (~ 40-50 %) - у высокопористых. Последние слабосцементированы, повышение всестороннего сжатия их приводит к улучшению акустического контакта между отдельными зернами и, следовательно, к резкому сокращению времени прохождения акустических волн.

Изменения коэффициента пористости при всестороннем сжатии приведены на рис. 1 , в. Для данного типа пород получены зависимости, не отличающиеся от таковых для других районов. В общем случае уменьшение абсолютной величины пористости для песчаников, особенно высокопористых, с низким содержанием пелитовой фракции, колеблется от 1,5 до 2 %. Наибольшая интенсивность изменения всех параметров наблюдается при увеличении давления до 10-15 МПа, при дальнейшем его повышении интенсивность изменения параметров резко падает, зависимости стремятся к асимптоте.

Пластовая температура на глубине залегания продуктивных отложений равна 100-120°С. Результаты исследования влияния температуры на Dt и r_п иллюстрируются рис. 1 , г, д. Воздействие пластовой температуры вызывает незначительное, но систематическое изменение Dt и r_п. Постепенное повышение температуры от комнатной до 100 °С приводит к плавному увеличению интервального времени пробега упругой волны. В среднем приращение Dt при температуре 100 °С составляет 2,5 %. Значения пористости не влияют на характер и величину колебания Dt при повышении температуры.

Зависимость относительного сопротивления от температуры более сложная, чем для интервального времени. В целом следует отметить, что относительное сопротивление при температуре 100°С уменьшается на 10-15% от номинальных значений при 20°С, а изменение относительного сопротивления не отличается от данных, приводимых Г.М. Авчаном [1, 2]. Характерно, что изменение относительного сопротивления не зависит от величины пористости и, видимо, связано с минеральным составом и преобразованием структуры порового пространства в результате расширения минеральных зерен, слагающих скелет породы.

Воздействие эффективного давления и температуры на зависимости Dt=f(Кп), r_п=f(Кп) определяется изменением параметров Dt и r_п и не компенсируется колебанием пористости под влиянием давления. Зависимости r_п=f(Кп), полученные при атмосферных условиях и условиях, моделирующих пластовые, приведены на рис. 2 , а. Зависимость 1 описывается уравнением зависимость 2 - уравнением при корреляционном отношении -0,93. Воздействие эффективного давления приводит к увеличению показателя степени. При пористости пород выше 6 % зависимость 2 по сути дела не отличается от классического уравнения Арчи для песчаников [3].

Зависимости Dt=f(Кп), полученные при атмосферных условиях и условиях, моделирующих пластовые, приведены на рис. 2 , б. Под влиянием эффективного давления они меняются наиболее сильно. Аналитическое выражение зависимости, составленной при атмосферных условиях, имеет вид

 , а при эффективном давлении - Dt=. В условиях, близких к пластовым, теснота связи между параметрами Dt и Кп высокая. Для данных отложений характерно различное интервальное время, если пористость пород близка к нулю. Этот факт объясняется тем, что породы, даже низкопористые, слабосцементированы, поэтому при подъеме керна на поверхность они разуплотняются и имеют несколько большую величину Dt, чем в естественных условиях. Для хорошо сцементированных терригенных и карбонатных пород, как правило, интервальное время скелета породы, полученное по зависимостям Dt=f(Кп) при атмосферных и пластовых условиях, равно или имеет несущественную разницу. Зависимость Dt=f(Кп), составленная для изучаемых отложений при пластовых термобарических условиях, отличается от теоретической зависимости широко используемого уравнения среднего времени , где Dtск и Dt_ж - интервальное время прохождения ультразвуковых колебаний в минеральной части и жидкости, насыщающей породу.

Связи между Кп, Dt, r_п при рассматриваемых термобарических условиях более тесные. Значительная разница между зависимостями r_п=f(Кп), Dt=f(Кп), полученными при атмосферных условиях, и в условиях, моделирующих пластовые, не позволяет использовать первые для каких-либо количественных оценок пористости по данным электрического и акустического каротажа скважин.

Зависимость между Кп при атмосферных условиях и Кп при пластовых термобарических приведена на рис. 2 , в. Аналитическое выражение зависимости Кп.атм=1,05 Кп.пл - 0,00242, r = 0,99. Зависимость Кп.атм=f(Кп.пл) типична для песчаников. Обращает на себя внимание лишь часть образцов с пористостью 4-6%, которая под воздействием эффективного давления уменьшается до 1 %. Причина столь большого отклонения пористости от среднего значения (0,5 %) - слабая цементация зерен песчаника. В слабосцементированных образцах под воздействием эффективного давления наиболее сильно изменяется пористость.

Влияние температуры на зависимость Кп.пл=f(Кп.атм) несущественно. Данные, полученные при воздействии только эффективного давления и при одновременном влиянии температуры и эффективного давления, накладываются друг на друга (см. рис. 2 , в).

Таким образом, на основании изложенного можно сделать следующие выводы.

1. При условиях, моделирующих пластовые, установлены зависимости Dt = f(Кп), r_п = f(Кп) и Кп.пл = f(Кп.атм) для продуктивных отложений Даулетабад-Донмезского газоконденсатного месторождения, которые необходимы при оценке пористости по ГИС и керну при подсчете запасов газа.
2. Показано, что увеличение температуры до пластовой приводит к некоторому повышению Dt пород (на 2,5 %) и понижению относительного сопротивления, на изменение Кп практически не влияет.
3. При переходе от атмосферных условий к пластовым наиболее существенно изменяется зависимость Dt=f(Кп), в меньшей мере - r_п=f(Kп).
4. Коэффициент пористости пород, хотя и слабо, зависит от эффективного давления. Для слабосцементированных пород изменение Кп при Рэф более существенно, чем для сцементированных.

1. Авчан Г.М. Физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах М., Недра, 1970.
2. Авчан Г.М., Матвеенко А.А. Стефанкевич З.Б. Методические рекомендации по приведению лабораторных значений физических свойств осадочных пород и петрофизических связей к глубинным термодинамическим условиям. М., ВНИИГеофизика, 1977.
3. Амикс Дис., Басс Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта. М., Гостоптехиздат, 1962.
4. Карпов Е.Н., Лохматов В.М., Топорков В.Г. Высоковольтный блок возбуждения пьезокерамики к аппаратуре для измерения акустических свойств горных пород. - В кн.: Геофизическая аппаратура Л., 1979, вып. 68, с. 126-128.

Рис. 1. Изменение сопротивления (а), интервального времени (б) и коэффициента пористости (в) от давления, интервального времени (г), относительного сопротивления (д) от температуры.

Шифр кривых - пористость

Рис. 2. Зависимость относительного сопротивления (а), интервального времени (б), коэффициента пористости в атмосферных условиях (в) от Кп.

Линии зависимостей: 1 - в атмосферных условиях, 2 - в пластовых условиях