Создание надежной методики определения пористости бурового шлама методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) открывает перспективы получения представительной, экономически выгодной и экспрессной информации о геологическом разрезе скважины.

Результаты исследования пористости шлама описаны в работах Н.Н. Соколовой, З.А. Кондратьевой и др. (1939 г.), И.Б. Паланта, Г.Э. Алексеева и др. (1960 г.), И.П. Зинина и Б.Ф. Борисова (1962 г.), Т.В. Будзенко (1970 г.), В.П. Кереселидзе и А.Б. Инюткиной (1974 г.) и др. Измерение пористости упомянутые авторы производили традиционными лабораторными методами. Это в значительной мере снижало точность и быстроту проведения анализа, так как применяемые методы керосинонасыщения рассчитаны на образцы объемом несколько кубических сантиметров.

Методика изучения пористости бурового шлама с помощью ЯМР разрабатывалась во ВНИИЯГГе В.Д. Неретиным, Я.Л. Белораем и др. [1] и независимо от них авторами статьи [2]. Обе методики позволяют точно и быстро находить интересующий параметр.

Рассмотрим методику определения пористости бурового шлама с помощью ЯМР, применяемую в Перм-НИПИнефти. Подготовка образца шлама к анализу включает отмывку его от бурового раствора, горячую экстракцию, сушку, замер фонового сигнала ЯМР от сухого экстрагированного образца, насыщение водородсодержащей жидкостью.

Экстракцию шлама проводят в аппаратах Сокслета, помещая образцы в пакеты из двойного слоя фильтровальной бумаги. Сушка производится в термостате при 105 °С до постоянной массы с последующим помещением образцов в эксикатор. Проверка сухого экстрагированного образца на наличие фонового сигнала необходима для введения поправки в случае закрытых пор, заполненных водородсодержащей жидкостью.

Затем шлам насыщается керосином при вакууме 10^-2 мм. рт. ст. с использованием кассетного прободержателя, рассчитанного на 30 проб шлама. Измерение объема образца шлама обычно осуществляется с помощью катетометра КМ-8 по высоте столба вытесненной шламом жидкости в заранее калиброванной пробирке. Точность измерения линейных размеров при этом ±0,005 мм. На определение объема образца шлама необходимо 2-3 мин.

Измерение порового объема шлама основано на сравнении сигнала ЯМР от известного объема пор и сигнала ЯМР от определяемого объема пор. Пробирка со шламом фиксируется в эффективной зоне датчика релаксометра, для проведения замеров амплитуды сигналов ЯМР от шлама и эталонного образца выполняется начальная настройка, производимая 1 раз перед серией измерений. Конструктивные особенности применяемого релаксометра “Миниспек Р-20” позволяют обходиться одним эталонным образцом, что существенно упрощает задачу массового определения пористости шлама. Для вычисления средних значений сигналов ЯМР используется 10 последовательных значений амплитуд сигнала свободной индукции после импульса 90°. Все измерения проводятся при комнатной температуре, время замера одного образца шлама около 30 с.

Привязка шлама производится по данным газокаротажа, комплексу геофизических методов и визуальным анализом и уточняется в дальнейшем по данным керна, отобранного с помощью колонковых долот, и образцов сверлящего керноотборника (СКО).

В процессе выноса на поверхность в порцию шлама могут попасть частицы пород с другой глубины, в первую очередь глины. Поэтому в отличие от определения средней пористости всей навески шлама целесообразно сузить задачу и определить ее как анализ пористости пород-коллекторов. В связи с этим из пробы шлама следует отбирать, прежде всего, пористые частицы с признаками нефтенасыщения.

Рассмотрим результаты изучения шлама на примере карбонатных отложений нескольких скважин Пермской области. В отличие от работ ранее упомянутых авторов, где сопоставляются данные анализа шлама и керна, более строгим, на наш взгляд, является сравнение пористости шлама, определенной методом ЯМР, с пористостью, полученной стандартным способом на образцах СКО. Это вызвано двумя обстоятельствами. Во-первых, сопоставление данных ЯМР по шламу с результатами исследования керна оправдано только при полном выносе керна, так как в случае неоднородных пород усреднение пористости нескольких образцов на весь интервал отбора, часто измеряемый несколькими метрами, неправомерно. Во-вторых, привязка образцов СКО по разрезу скважины точнее, поэтому на стадии отработки методики целесообразно сравнивать пористость шлама, определенную с помощью ЯМР, и пористость образцов СКО, полученную методом стандартного керосинонасыщения.

Данные геофизики также необходимо использовать в сопоставлении, однако они не должны считаться определяющими, так как их эталонируют по образцам пород.

При анализе шлама важно, как влияет объем частиц пробы на определяемую величину пористости. Для его решения из восьми проб шлама карбонатных пород скв. 627 Гожано-Шагиртской площади было приготовлено 12 образцов с различным фракционным составом кусочков, которые затем анализировались методом ЯМР. Пористость этих образцов менялась от 13,1 до 22,1 %, а объем частиц от 25,3 до 161,3 мм³. Внутри каждой пробы находили отношения объемов частиц исследуемых образцов к значениям их пористости, затем эти отношения усредняли по всем пробам.

Оказалось, что при среднем изменении объема частиц в 3 раза среднее отношение пористостей составляет 0,92, т. е. (с учетом погрешности опыта) остается практически постоянным.

Таким образом, пористость однородного шлама при изменении объема частиц пробы в 6 раз от 25 до 160 мм³ не зависит от этой величины. Оптимальный объем кусочков шлама при анализе на приборе “Миниспек Р-20” 60-80 мм³. Объем пробы при этом 300-400 мм³.

Из скв. 922 Гожано-Шагиртской площади пробы шлама отбирались через 1 м, карбонатные породы были охарактеризованы в интервале 993- 1122 м. Всего для этой скважины было изучено 143 пробы шлама и 29 образцов СКО. На рисунке приведены данные анализа проб шлама методом ЯМР, образцов СКО и стандартного геофизического комплекса. Штриховкой выделены пропластки, совпадающие с геофизической интерпретацией. По данным ГИС, в интервале 1062- 1120 м выделен 21 пропласток с Kп.г>14%, из шламограммы (см. рисунок ) следует, что 17 пропластков (81 %) совпадают с пропластками, выделенными по данным ГИС. Почти во всех случаях К_п.г>Кп.ш, для семи интервалов отбора, имеющих среднюю толщину 6,3 м, проведено сравнение пористости шлама и образцов СКО (см. таблицу ).

Сделано 42 анализа шлама и 16 анализов образцов СКО из скв. 173 Юго-Камской площади, кроме того, имелись данные по стандартному комплексу геофизических исследований. Результаты сравнения пористости пород приведены (см. таблицу ) для отдельных пропластков, достаточно охарактеризованных образцами шлама и СКО.

Для известняков скв. 159 Сухобизярской площади данных по СКО нет, поэтому сравнение проведено с данными геофизических методов. В интервале 1366-1370 м имеем К_п.ш= 15,5% и К_п.г=21,4%; в интервале 1372-1376 м - соответственно 21,9 и 24%; в интервале 1400-1404 м -21 и 18,7 % (четыре образца для последнего интервала имеют значения пористости: 2,3; 3,5; 21,4 и 20,9 %).

Исследовано 95 образцов шлама из интервала 944-1022 м скв. 627 Гожано-Шагиртской площади, разрез представлен карбонатными породами каширско-верейских отложений верхнего карбона.

Образцы шлама отбирались через 1 м. Из интервалов 964-983 м (через 1 м) и 983-999 м (через 2 м) получены образцы СКО. Данные ГИС позволили рассчитать пористость только для интервала 982-1022 м, тогда как для интервала с максимальным количеством образцов СКО вследствие сложного переслаивания глинистого материала не удалось (см. рисунок , б). Из таблицы следует, что из четырех сравниваемых пропластков скв. 627 отмечается достаточно хорошее совпадение пористости по СКО и шламу. Из 11 пропластков коллекторов, выделенных по ГИС, 9 совпали с построенными по шламограмме. По оставшимся двум сопоставление не проведено ввиду отсутствия шлама. Изучено 40 образцов шлама из интервала 1490-1530 м скв. 446 Гривинской площади, для которого также имелось 16 образцов СКО. По этой скважине пористость по шламу для сравниваемых пропластков оказалась больше, чем по образцам СКО.

Из шести интервалов скв. 281 Этышской площади, для которых имелось 24 образца СКО, было исследовано 15 образцов шлама. Весь интервал 946-1005 м представлен литологически неоднородными каширско-верейскими отложениями с большим содержанием глинистого материала. Для этой скважины имеется хорошее совпадение результатов определения пористости по шламу и образцам СКО.

Проведенные исследования показывают, что для карбонатных пород пористость бурового шлама может быть быстро и достаточно точно определена с помощью метода ЯМР. Применение этого метода экономически выгодно и целесоообразно в том случае, когда использование стандартного геофизического комплекса исследований по каким-либо причинам ограничено.

1. Неретин В.Д., Белорай Я.Л., Губайдуллин А.А. Методическое руководство по определению коллекторских свойств горных пород импульсным методом ЯМР (проект). М., ВНИИЯГГ, 1976.
2. Тульбович Б.И. Определение пористости на образцах малого объема и частицах шлама методом ЯМР. - Геология нефти и газа, 1979, № 9 , с. 40-42.

Таблица

Сравнение пористости карбонатных пород, определенной методом ЯМР по буровому шламу и керосинонасыщению по образцам СКО

Рисунок

Сравнение пористости, определенной по буровому шламу (ЯМР), образцам СКО и данным ГИС Гожано-Шагиртской площади.

Определение пористости: 1 - по шламу, 2 - по геофизическим данным, 3 - по образцам СКО