В настоящее время геологическими и геофизическими предприятиями страны, ведущими разведку и поиски месторождений нефти и газа, уделяется значительное внимание изучению горных пород (шлам, керн, грунты) в системе геолого-технологического контроля в процессе бурения скважин. Затруднение условий проводки скважин и расширение поиска перспективных залежей нефти и газа в сложно построенных коллекторах закономерно обусловливают увеличение объемов таких исследований. Например, только предприятиями Татнефтегеофизики ежегодно отбирается до 70 тыс. образцов шлама в процессе бурения скважин и до 10 тыс. образцов пород из стенок пробуренных скважин, отобранных при помощи сверлящего керноотборника на кабеле. Однако низкая производительность и трудоемкость существующих методов анализа петрофизических свойств каменного материала не позволяют оперативно использовать получаемые в процессе бурения скважины сведения. Это задерживает необходимую информацию или часто делает ее бесполезной для решения задач оперативного исследования скважины комплексом ГИС и испытания перспективных интервалов до формирования глубоких зон проникновения фильтрата промывочной жидкости (ПЖ). Кроме того, подготовка образцов к традиционным методам определения коллекторских свойств (сушка, механическая обработка, экстрагирование, насыщение и т. п.) способствует нарушению естественного состояния поверхности, структуры и других свойств исходной породы, что снижает точность и геологическую эффективность такого анализа [3,4].

Ниже рассматриваются некоторые аспекты применения современного аналитического метода ЯМР для оперативного изучения коллекторских свойств горных пород по образцам, отобранным сверлящим керноотборником типа СКМ-8-9 из стенок буровой скважины. Использование метода ЯМР для этой цели базируется на прямой индикации ядер водорода, входящих в состав пластовых вод и нефтей, и чувствительности к эффектам на их молекулярном уровне, а также на экспрессности и недеструктивности анализа с его помощью [1].

В отличие от обычного применения метода ЯМР для анализа петрофизических свойств горных пород по керну [2, 4] нами были впервые использованы свежеотобранные образцы с естественным насыщением их порового пространства пластовой жидкостью, частично или полностью замещенной фильтратом ПЖ. Для сохранения естественного насыщения керны вслед за отбором и подъемом на устье скважины помещались в герметичные контейнеры с ПЖ. Непосредственно перед измерением методом ЯМР образцы, подлежащие анализу, последовательно извлекались из контейнеров, с их поверхности удалялась избыточная жидкость, после чего они помещались в датчик релаксометра ЯМР. С его помощью для каждого исследуемого образца регистрировались амплитудно-релаксационные характеристики, по которым затем определялись основные коллекторские параметры: открытая и эффективная пористость, остаточная водонасыщенность, глинистость и т. п. [2].

Понятно, что использование для анализа естественно насыщенных образцов методом ЯМР исключает необходимость длительной предварительной досушки их при 105 °С и последующего насыщения так называемой моделью пластового флюида, согласно обычной методике [3], это также способствует повышению экспрессности данного анализа. В остальном методики ЯМР для определения открытой пористости Кп и остаточной водонасыщенности Кв.о аналогичны изложенным в работе [2]: Кп исследуемого образца определяется сравнением измеренных для него и эталонного образцов с известной пористостью значений амплитуды сигнала ЯМР; Кв.о - путем сопоставления релаксационных характеристик ЯМР, которые зависят от подвижности порового флюида, измеренных для каждого керна, с аналогичными характеристиками эталонной коллекции керна с известными значениями Кв.о; глинистость (Сгл) керна оценивалась на основе установленного нами соответствия компоненты кривой спин-решеточной релаксации с временем Т₁ релаксации менее 30 мс глинистой составляющей породы с учетом определений Кп и известной зависимости между С_гл и Кв.о.

Подобная методика анализа естественно насыщенных кернов методом ЯМР была применена при изучении горных пород в разрезах ряда скважин, в том числе скв. 9668а Азнакаевской и 42 Кандызской ТАССР.

Отбор кернов из первой скважины проведен сверлящим керноотборником СКМ-8-9 в перспективных интервалах турнейского и фаменского горизонтов с шагом 0,5-1 м. По данным определений коллекторских параметров методом ЯМР, в этих интервалах составлены кернограммы Кн, ККв.о, и Сгл ( рис 1 ). Исследованный карбонатный разрез этой скважины характеризуется изменчивостью петрофизических свойств: Кп варьирует в диапазоне от 0,5 до 14,5%, Кв.о - от 10 до 80%, эффективная пористость Кп.эф -от 0,1 до 10% и С_гл -от 0 до 19 %, что коррелируется с данными традиционных методов. Комплексная интерпретация результатов анализа кернов методом ЯМР и материалов ГИС по исследованному разрезу этой скважины подтверждает гетерогенность карбонатных отложений и позволяет выделить среди них перспективные по петрофизическим свойствам участки коллекторов (1154-1157 м, 1158-1160 м и др.) с высокими значениями Кп, Кп.ф и низким Кв.о (по данным ЯМР-анализа). Вместе с тем по ЯМР-кернограммам пористости и остаточной водонасыщенности в интервалах 1231,5-1234,5; 1294,5-1297 м и др. выделяются плотные слабосцементированные разности с низкими коллекторскими параметрами, изредка заглинизированные (1286-1288; 1295-1297 м и др.).

По разрезу скв. 42 Кандызской ТАССР отбор и анализ кернов методом ЯМР проводился более дифференцированно с шагом 0,25- 0,5 м ( рис. 2 ). Верхняя часть исследованного интервала разреза скважины (1430-1450 м) характеризуется по данным этого анализа керна низкими значениями Кп и Кп.эф и значительными Кв.о, а в отдельных интервалах - С_ГЛ, что свидетельствует в комплексе с результатами ГИС о преобладании здесь пород, в основном уплотненных, микропористых, содержащих глинистый материал. В средней части разреза (1460-1490 м) отмечаются чередующиеся песчано-алевролитовые и карбонатные породы. По ЯМР-кернограммам тут выделяются перспективные интервалы 1466-1468 и 1477-1486 м. При этом песчано-алевролитовые коллекторы зачастую содержат значительную примесь глинистого материала и в основном водонасыщенны, тогда как карбонатные в интервале 1477-1486 м преимущественно нефтеносны. Повышенным значениям Кп и Кп.эф ЯМР-кернограмм в этих интервалах соответствуют положительные аномалии на диаграммах ЯМК и отрицательные на диаграммах НГК. Нижняя часть разреза (1540-1635 м) представлена неоднороднопористыми карбонатными породами, участками водоносными, трещиноватыми с включениями глинистого материала (Кп = 0,5-20,6 %, Кп.эф= 0,5-19,1 %, Кв.о= 4-90 %). С учетом полученных результатов и относительной погрешности измерения амплитудных и релаксационных характеристик сигнала ЯМР, равных 0,5 и 3 %, соответственно граничные значения параметра времени Т₁ спин-решеточной релаксации и пористости Кп для разделения флюидсодержащих карбонатных пластов на нефтеносные и водоносные на стадии оперативной интерпретации данных ЯМР-анализа приняты равными >= 800 мс и >=6,5 % соответственно. Так что, при значениях T1>=800 мс и Кп >= 6,5 % пласты по данным ЯМР-анализа керна относятся к разряду нефтеносных. В отличие от них в отложениях бобриковского горизонта скв. 42 Кандызской площади ТАССР алевролиты по промыслово-геофизическим материалам в интервале 1465,7- 1468 м выделяются общей аномалией, а по значениям Т₁ и Кп характеризуются как водо-насыщенные.

Таким образом, петрофизическая дифференциация разреза скв. 42 по данным ЯМР-анализа и в комплексе с результатами ГИС позволяет надежно выделить перспективные интервалы коллекторов для последующего испытания.

Вместе с тем данные оперативного ЯМР-анализа керна, отобранного сверлящим керноотборником с шагом 0,25 м, дают возможность оценить коллекторские свойства в каждом перспективном интервале, а значит, установить наиболее вероятные пути фильтрации пластового флюида при разработке неоднородных карбонатных залежей нефти.

В целом оперативный ЯМР-анализ образцов горных пород в их естественном насыщении непосредственно после отбора расширяет возможности своевременного получения и использования важной геологической информации, в особенности в системе геолого-технологического контроля за процессом бурения скважин, и является значительным шагом в повышении эффективности геологоразведочных работ на нефть и газ за счет сокращения непроизводительных расходов на опробование, испытание, спуск колонны, простой оборудования, прострел неперспективных участков и т. п.

1. Леше А. Ядерная индукция. М., 1963.
2. Определение коллекторских свойств горных пород импульсным методом ядерного магнитного резонанса (методические указания) /В.Д. Неретин, Я.Л. Белорай, В.И. Чижик и др. М., ОНТИ ВНИИЯГГ, 1978.
3. Определение петрофизических характеристик по образцам. Под ред. В.Н. Дахнова. М., Недра, 1977.
4. Тульбович Б.И. Методы изучения пород-коллекторов нефти и газа. М., Недра, 1979.

Рис. 1. Корреляционная схема данных анализа керна, отобранного СКМ-8-9 с помощью метода ЯМР, и данных промыслово-геофизических исследований скв. 9668а Азнакаевской площади ТАССР

Рис. 2. Корреляционная схема результатов анализа керна, отобранного СКМ-8-9 с помощью метода ЯМР, и данных промыслово-геофизических исследований скв. 42 Кандызской площади ТАССР