|
УДК 550.822.3: [552+53] |
О влиянии термобарических факторов на относительное электрическое сопротивление вулканогенно-осадочных пород
О.В. КРЫЛОВА (СевКавНИПИнефть), Г.А. ШНУРМАН (СКТБ ПГ)
Оценка пористости (Кп) по данным электрического каротажа базируется на использовании зависимостей Р=f(Кп). Относительное электрическое сопротивление (Р) рассчитывается по формуле
где
- удельные сопротивления пород или
их образцов (
) и
вод, их насыщающих (
).
В скважинах сопротивление пород замеряют под естественным воздействием термобарических факторов. Следовательно, при изучении электрических параметров в лаборатории необходимо моделировать пластовые условия или использовать уже известные зависимости для введения соответствующих поправок за их влияние.
В этой связи большое значение приобретает изучение влияния термобарических факторов на удельное (УЭС) и относительное (ОЭС) электрическое сопротивление пород различных типов.
Влияние эффективного давления и температуры на УЭС вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород остается пока неизученным, а сам вопрос возник в связи с необходимостью оценки емкостных свойств среднеэоценовых отложений месторождения Самгори-Патардзеули.
Продуктивный разрез этого месторождения сложен вулканогенно-осадочными породами с различным содержанием пирокластического материала (от 10 до 100 %), состоящего в основном из обломков эффузивных пород среднего состава и вулканического стекла, кристаллов плагиоклазов и моноклинных пироксенов. Нормально-осадочный материал представлен зернами кварца, полевых шпатов, кремнистых и глинисто-карбонатных пород. Для пород всех типов характерна вторичная преобразованность пирокластического материала (хлоритизация, цеолитизация, серицитизация и др.).
Глубины залегания нефтеносных пород составляют 2250-2800 м, температура в среднем 90 °С, эффективное давление (р) - 47 МПа.
Лабораторные исследования включали в себя замеры сопротивления образцов в атмосферных условиях, при эффективном давлении, а также при совместном воздействии эффективного давления и температуры, соответствующих пластовым. При исследованиях применялись растворы NaCl минерализацией 5 и 200 г/л. Первый из них имитировал пластовую воду, второй служил для изучения зависимости предельного ОЭС (Рпред) от пористости.
В атмосферных
условиях измерения УЭС (
) выполнены на 445 образцах. Результаты замеров
представлены в виде полигона распределения 
(рис. 1). Сопоставление его с
данными замеров методом БЭЗ (Для разреза среднего эоцена характерны двухслойные кривые зондирования,
матрица пород насыщена водой.) в 22 скважинах (около 4690 м
разреза) также показано на рис. 1, который хорошо
иллюстрирует влияние термобарических факторов - сопротивления, замеренные на
образцах керна, существенно превышают зарегистрированные в скважинах.
Зависимости ОЭС от
пористости, полученные при исследовании образцов в атмосферных условиях,
представлены на рис. 2, где видно, что наиболее тесной
связью характеризуется зависимость 
, которая аппроксимируется следующей формулой:
Полученное высокое значение структурного показателя m, равное 2,38, показывает, что для исследуемых пород характерна сложная структура порового пространства. Это хорошо согласуется с известными литературными данными.
Зависимость, установленная для атмосферных условий при насыщении образцов раствором концентрацией 5 г/л, аппроксимируется выражением
Для нее характерны более слабая теснота связи и резкое уменьшение коэффициента m. Это объясняется значительным влиянием на УЭС эффекта поверхностной проводимости вторичных минералов из семейств цеолитов, хлоритов и других глинистых минералов.
Параметр
поверхностной проводимости, равный 
, для исследуемых пород изменяется от 0,09 до
0,33, в среднем составляя 0,21. УЭС вод, равные 1,13 и 0,056 Ом*м,
соответствуют сопротивлениям растворов концентрацией 5 и 200 г/л, применяемых
при насыщении образцов.
Воздействие
эффективного давления приводит к некоторому увеличению 
. Для большинства образцов увеличение ОЭС
практически не зависит от концентрации насыщающих растворов и в среднем
составляет 35 % для образцов различной пористости и литологического
состава. Однако по отдельным трещиноватым образцам отношение 
достигало значений, равных 2 и
даже 3. Это может быть связано с тем, что под воздействием давления происходит
смыкание трещин в образце, что и приводит к значительному увеличению
сопротивления.
Совместное влияние
термобарических факторов привело к резкому снижению ОЭС образцов. На рис. 3 в
функции от пористости насыщения для исследуемых образцов показано изменение ОЭС
и 
.Из рисунка видно, что отношение 
практически не зависит
от пористости и изменяется в пределах от 0,3 до 0,7 и иногда до 1.
Как правило,
величинами 
>0,7
характеризуются трещиноватые образцы. При расчете среднего значения такие
образцы из рассмотрения исключались. Для оставшихся образцов 
в среднем составляет 0,48.
Под воздействием
эффективного давления и температуры на образцы, насыщенные раствором NaCl минерализацией 200 г/л, также отмечено снижение ОЭС (см.
рис. 3), однако оно менее существенно. Средний коэффициент 
составляет 0,84.
Основная причина резкого снижения под воздействием температуры ОЭС вулканогенно-осадочных пород, очевидно, как и для песчано-глинистых пород [1, 2], связана с разрушением при повышении температуры слоя адсорбированных ионов, увеличением их подвижности, что и приводит к улучшению электропроводности порового пространства, занимаемого связанной водой. Возможно также повышение интенсивности ионного обмена между поровой водой и твердыми минералами в породе [3]. Для исследуемых пород, содержащих минералы семейства цеолитов, которые характеризуются высокой ионообменной способностью, этот фактор может быть существенным.
Анализ экспериментальных данных показал, что степень изменения ОЭС зависит от концентрации насыщающего образцы раствора - она увеличивается с уменьшением концентрации.
Представляет интерес сравнение полученных данных с аналогичными для других типов пород. Наиболее подходящими для сопоставления оказались данные Г.М. Авчяна об изменении под воздействием температуры УЭС известняков и песчано-глинистых пород при эффективном давлении около 10 МПа.
На рис.
4, по данным [1], показана область (заштрихована) изменения относительного
сопротивления песчано-глинистых пород. Концентрация насыщающего раствора 0,01 н.
Точка на графике с параметрами 
=0,48 и Т=90 °С, отвечающая среднему значению для
исследуемых пород, лежит значительно ниже кривой, ограничивающей область
песчано-глинистых пород. Это доказывает, что в условиях низкой минерализации
насыщающих растворов температура оказывает более существенное влияние на
сопротивление вулканогенно-осадочных пород по сравнению с песчано-глинистыми.
В работе [2] для
учета электропроводности глинистого компонента терригенных пород, наличие
которого приводит к дополнительному увеличению проводимости сравнительно с
проводимостью электролита предложено использовать коэффициент 
. Оценивать его с некоторым
приближением предлагается по формуле
где t, t0 -заданная и начальная температуры.
Эта формула может
быть использована для пород, характеризующихся параметром относительной
глинистости, равным 1. Очевидно, в случае, когда относительная глинистость
меньше 1, рассчитанные с ее помощью величины 
будут выше относительно друг друга.
Для исследуемых
пород понятие относительной глинистости неприменимо, так как высокой
дисперсностью обладают и зерна размером больше 10-5 м. Расчет 
для образцов пород
месторождения Самгори был проведен по этой формуле. Он оказался равным
0,0155/°С для образцов, насыщенных раствором концентрацией 5 г/л. Рассчитанное
среднее значение 
для
образцов, насыщенных раствором минерализацией 200 г/л, составляет 0,0027/°С.
В работе [2] для
глин различного минерального состава рассчитаны 
, минерализация насыщающего раствора
составляла 250 г/л. Сопоставление полученного среднего значения 
, равного 0,0027/°С, с
приведенными в этой работе данными показало, что по степени дополнительной
электропроводности, вносимой активными минералами, изучаемые породы близки к
глинам смешанного гидрослюдисто-монтмориллонитового состава. При этом было
учтено, что исследуемые породы не полностью состоят из поверхностно-активных
минералов.
Для оценки
пористости насыщения пород по данным электрометрии необходимо иметь зависимость
P=f(Кп), полученную
в условиях, моделирующих пластовые. На рис. 5 приведено
сопоставление ОЭС 
с
пористостью насыщения для пород площади Самгори. Как видно из рисунка, имеющихся
лабораторных данных недостаточно для надежного обоснования зависимости 
в пластовых
термобарических условиях.
Авторами предложен
статистический способ, позволяющий использовать все имеющиеся величины 
. Как было показано выше,
отношение 
практически
не зависит от пористости пород и в среднем равно 0,48. Распределение параметра 
определяется следующими
числовыми характеристиками:
. Относительная погрешность составляет около 20 %.
Следовательно, среднее отношение, равное 0,48, можно использовать для корректировки
.
Полученные таким
образом ОЭС, соответствующие 
, выделены отдельно на графике зависимости 
В целом полученные
откорректированные значения ОЭС хорошо увязываются с лабораторными данными, что
является подтверждением возможности использования предлагаемого способа. Его
применение позволило провести более надежное обоснование зависимости 
, которая имеет вид
(5)
С помощью этой зависимости по данным электрометрии было проведено определение пористости насыщения или блоковой пористости исследуемых пород (Кп.б). Средние значения Кп.нас (524 образца керна) и Кп.б (4690 м разреза) соответственно равны 3,5 и 3,3 %. Хорошее соответствие их между собой доказывает применимость предлагаемой зависимости для оценки пористости пород.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авчян Г.М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлениях и температурах. М., Недра, 1972.
2. Куликов Б.Н. Влияние температуры на удельное электрическое сопротивление песчано-глинистых пород.- Труды МИНХ и ГП, вып. 144. 1979, с. 7-11.
3. Справочник физических констант горных пород. Под ред. С. Кларка. М., Мир, 1969
Рис. 1. Полигоны распределения УЭС по данным лабораторных и скважннных замеров.
Замеры: 1 - в скважинах, 2 - лабораторные
Рис. 2. Графики (экспериментальные) зависимости относительного сопротивления от пористости для атмосферных условий (а - m=2,38, б - m=l,86),
1 и 2 - зависимости Р= f(Кп), полученные при насыщении образцов раствором NaCl концентрацией соответственно 200 и 5 г/л в атмосферных условиях
Рис.
3. График
сопоставления значений 
с Кп.
а - при М=200 г/л, б - при М=5 г/л
Рис. 4. Изменение ОЭС песчано-глинистых пород в зависимости от температуры при дифференциальном давлении 10 МПа [1]
Рис. 5. Зависимость ОЭС от пористости для условий, моделирующих пластовые.
Значения Р: 1 - рассчитаны с учетом поправки за пластовые условия 2 - определены при пластовых условиях