|
УДК 550.3 |
Характер связи скорости упругих колебаний и удельного электрического сопротивления пород
Н.А. ТУЕЗОВА, Е.А. КОНТОРОВИЧ, Р.Г. ДЕМИНА, Т.К. АЛЫМОВА, В.Н. БОГДАНОВА, Л.Е. СТАРИКОВ, Л.С. ЧЕРНОВА (СНИИГГиМС)
Определение физических параметров пород в условиях, приближенных к пластовым, - процедура достаточно трудоемкая по сравнению с измерениями в атмосферных условиях; кроме того, недостаточно плотные или слоистые образцы при сжатии разрушаются и это значительно затрудняет и ограничивает объем исследуемых интервалов разреза. Поэтому важно иметь возможность по физическому параметру, замеренному в атмосферных условиях, найти его значение, соответствующее естественному (глубинному) залеганию породы.
Скорость распространения продольных (Р) и поперечных (S) волн в породах в атмосферных и пластовых условиях определяется методом импульсного прозвучивания с индикацией времени прохождения импульса по первому вступлению сигнала на установках и по методикам, разработанным в СНИИГГиМСе В.М. Потаповым и Л.М. Дорогиницкой.
В комплект
установки входит стандартная аппаратура: генератор импульсов для возбуждения
пьезодатчика, осциллограф CI-65, на
экране которого высвечивается преобразованный в электрический акустический
импульс, стабилизатор и электронно-счетный частотомер 43-34А для отсчета
времени прохождения импульса. Для возбуждения и приема упругих колебаний
использованы преобразователи сдвиговых колебаний, сконструированные и
изготовленные вышеуказанными авторами и старшим инженером Г.Н. Дьяковым (А. с. 1229979 [СССР]. Ультразвуковой преобразователь /
В.М. Потапов, Л.М. Дорогиницкая, В.И. Загороднюк. Заявлено 18.12.84, №
3303636/24-10; опубл. в Б. И., 1986, № 17.). Основной частью
пьезопреобразователей является пьезоэлемент, изготовленный в форме диска из
пьезокерамического материала ЦТСНВ-1 соответствующего ГОСТа с поляризацией,
параллельной торцовым граням для возбуждения и приема S-волн
и перпендикулярной - для Р-волн (рабочая частота колебаний - 400 кГц сдвиговых
и 750 кГц продольных). Время прохождения импульса через образец 
определяется по формуле
где
- время прохождения импульса с
образцом; 
- время
задержки (время прохождения импульса через акустический тракт без образца).
Акустический контакт преобразователей с образцом осуществляется методом фиксированного прижима. При измерениях в атмосферных условиях давление прижима равно 1,8 мПа, в условиях, моделирующих пластовые, - эффективному давлению на глубине отбора.
Исследуемые образцы имели форму цилиндра диаметром около 30 мм, длиной 20-35 мм. В процессе измерений в атмосферных условиях образец помещается между излучателем и приемником упругих колебаний. При испытании в пластовых условиях образец зачехляется манжетой, изготовленной из маслостойкой резины, и помещается в «бомбу». Осевое давление создается перемещением нижнего штока, на конце которого находится один из преобразователей, боковое - индустриальным маслом, которое закачивается между корпусом «бомбы» и резиновой манжетой.
Измерение удельного электрического сопротивления (УЭС) пород осуществляется двухэлектродным методом при частоте 1 кГц с использованием электродов из нержавеющей стали. Для улучшения контакта и снижения погрешности за счет поляризации электродов между образцом и электродами помещаются диски из фильтровальной бумаги, смоченной раствором NaCl.
Измерение
скоростей упругих волн и УЭС испытуемого образца в условиях, моделирующих
пластовые, осуществляется в состоянии всестороннего сжатия образца при
эффективном давлении 
, определяемом по формуле
где 
- горное давление; n - коэффициент нагрузки,
определяющий долю влияния пластового давления на изменение физических свойств;
- пластовое давление.
Горное давление рассчитывается по разрезу скв. 8 Даниловская с учетом
плотностей пород и толщины слоев. Пластовое давление принимается равным
гидростатическому, а n=1, на основании проведенных
расчетов 
для
каждого образца определяется по формуле 
, где Н - глубина залегания образца, м. Температура в
течение всего времени измерений находится в пределах 19,5-23,5 °С (пластовые
температуры изучаемой части разреза 23-24 °С).
Для карбонатных
пород Даниловского нефтегазового месторождения корреляционные зависимости 
- скоростей Р- и S-волн, определенных в атмосферных и пластовых условиях
залегания, установлены для доломитов и известняков. Для доломитов, объединяющих
все разновидности их («чистые», глинистые, соленосные, сульфатизированные,
битуминозные и др.), связь имеет следующий вид (рис. 1, а):
где N число
образцов, 
коэффициент
корреляции, 
-
ошибки коэффициента корреляции, 
- средняя квадратическая ошибка. При расчете этой
зависимости использовались образцы, взятые из скв. 6-8, 10.
Для каждой
скважины зависимости 
и
рассчитаны
отдельно. Анализ их показывает, что доломиты всех скважин, кроме скв. 6, имеют
сходные корреляционные зависимости; доломиты скв. 6 занимают несколько иное
положение и имеют более высокое значение углового коэффициента:
Это различие в
характере зависимости доломитов, вскрытых Даниловскими скважинами, обусловлено
в значительной степени литолого-петрографическими особенностями доломитов: в
скв. 8 и 14 изучены доломиты, отобранные из одновозрастных толщ разреза; в скв.
6 исследовались более молодые образования. У известняков рассмотрены «чистые»
разности, битуминозные и соленосные. Для них эта зависимость имеет вид (см. рис. 1, б): 
На
Ванаварско-Собинском нефтегазовом месторождении корреляционная связь между 
и 
установлена для комплекса
песчано-алевритовых пород, причем зависимости эти несколько различны для
отдельных литолого-фациальных зон. Так, для скв. 2, 5, 6, где песчанистость
составляет 40-50 %, выражение связи имеет вид:
Для
литолого-фациальной зоны песчанистостью 50-60 % (скв. 7, 9, 10) зависимость
определяется уравнением: 
Общие зависимости
для песчано-алевритовых пород Ванаварско-Собинской площади имеют вид (рис. 2): 
Аналогичные зависимости установлены для УЭС пород. У доломитов УЭС в пластовых и атмосферных условиях связано следующим образом (рис. 3):
где 
корреляционные отношения. У
известняков корреляционная зависимость между 
и 
характеризуется следующим выражением: 
Поскольку в
практике промыслово-геофизических исследований для изучения коэффициентов
пористости по данным метода сопротивлений используют величину относительного
сопротивления, аналогичные зависимости были рассчитаны и для параметра
пористости. Необходимость подобных зависимостей диктуется еще и тем, что в
некоторых случаях при интерпретации данных электрометрии скважин часто
возникает необходимость определения относительного сопротивления пород по
известным среднестатистическим значениям пористости (например, для вычисления
УЭС водонасыщенных пластов). С этой целью можно использовать зависимость 
, где 
- коэффициент открытой
пористости, с последующим введением поправки на параметр пористости за влияние
пластовых условий залегания. Для введения таких поправок на основе
экспериментальных данных, полученных как для карбонатного, так и для
терригенного комплексов пород, рассчитаны уравнения связи 
, где 
и 
- параметры пористости.
Для доломитов это
уравнение имеет вид:
Для известняков
зависимость характеризуется выражением:
Для песчано-алевритовых пород Ванаварско-Собинского месторождения также получена корреляционная связь между УЭС, определенными в пластовыхи атмосферных условиях (рис. 4):
Аналогичная
зависимость предлагается для параметра пористости: 
При расчете
корреляционных зависимостей, связывающих 
и 
, определенных в атмосфере и в пластовых условиях
(см. рис. 1-4), учитывались, как указывалось выше, все разновидности
монопороды. Сделана попытка определить коэффициенты приведения для отдельных
разновидностей породы. Величины коэффициентов приведения УЭС и параметра
пористости к пластовым условиям, как известно, не являются простой зависимостью
от глубины залегания пород, они определяются структурно-текстурными и
минералогическими особенностями пород, а также интенсивностью вторичных
преобразований скелета цемента, т. е. факторами, обусловливающими структуру
порового пространства.
Коэффициенты
приведения УЭС пород к пластовым условиям для карбонатного и терригенного
комплексов отложений Даниловского и Ванаварско-Собинского нефтегазовых
месторождений указаны в табл. 1, 2. Как видно из табл. 1,
2, поправочные коэффициенты 
для песчано-алевритовых и глинистых пород изменяются
от 1,56 в кварцевых песчаниках до 2,56 в алевролитах. У кварцевых песчаников,
представленных средне- и крупнозернистыми разностями с содержанием цемента до
3-5 %, структура токопроводящего пространства несложная, размеры пор крупные и,
по-видимому, сообщаются между собой широкими канальцами. Это обусловило
сравнительно небольшое изменение конфигурации токопроводящей среды,
происходящее в породах под действием давления (
= 1,56).
Несколько иначе изменяются поправки для песчаников полимиктовых, полевошпато-кварцевых и кварцевых с железисто-глинистым цементом, содержание которого превышает 15-20 %. Для этих разновидностей пород поправки на УЭС равны соответственно 2,26 и 1,96.
Большая сжимаемость порового пространства пород объясняется уменьшением жесткости контактов между глинизированными зернами компонент скелета у полимиктовых и кварцевых песчаников с глинистым цементом. Под влиянием давления глинистые составляющие этих пород заполняют пространство между порами и таким образом значительно усложняется структура токопроводящего пространства.
Для алевролитов коэффициент приведения УЭС к пластовым условиям равен 2,56.
Для карбонатных пород коэффициенты приведения УЭС значительно выше (см. табл. 1) и изменяются от 2,43 (известняки) до 6,14 (доломиты). Чем объясняется аномально высокое значение коэффициента приведения доломитов, пока неясно, объем этих исследований невелик, возможно, это связано с неоднородностью выборки. Во всяком случае этот вопрос нельзя считать окончательно решенным.
Коэффициенты приведения скорости к пластовым условиям изменяются для отдельных литотипов карбонатных и терригенных пород незначительно (см. табл. 1, 2). Заметим, что коэффициенты приведения даны для отдельных монопород, но для всего изученного интервала разреза; для некоторых литологических разностей они установлены по недостаточно представительному числу образцов. Тем не менее этими данными можно пользоваться в зависимости от решаемых задач, так как погрешность определения скорости, например, может достигать 200 м/с, что близко к точности определения.
В дальнейшем исследования следует провести на специально отобранной коллекции образцов с обязательным наличием для них данных различного рода анализов и установить коэффициенты приведения не только для различных литотипов, но и отдельных пластов и горизонтов.
Таким образом, получены надежные формулы связи упругих и электрических параметров пород в атмосферных и пластовых условиях залегания, что, с одной стороны, характеризует надежность этих параметров, а с другой, позволяет сокращать объем длительных, трудоемких и сложных операций по определению свойств пород в барических условиях.
Таблица 1 Значения коэффициентов приведения скорости продольных волн и УЭС карбонатных пород к пластовым условиям на Даниловском месторождении
|
Порода |
Число образцов |
|
|
|
Доломиты |
34 |
1,07 |
6,14 |
|
1,01...1,16 |
2,35...22,1 |
||
|
Доломиты глинистые |
20 |
1,06 |
2,59 |
|
1,03...1,12 |
1,36...10,2 |
||
|
Доломиты соленосные |
34 |
1,06 |
2,51 |
|
1.02...1.18 |
1,04...4,07 |
||
|
Доломиты битуминозные |
14 |
1,10 |
4,56 |
|
1,03...1,17 |
1,40...10,0 |
||
|
Доломиты пористые |
10 |
1,13 |
2,77 |
|
1,04...1,18 |
1,26...4,70 |
||
|
Известняки |
17 |
1,08 |
2,43 |
|
1.02...1.19 |
1,66...3,76 |
Примечание. В числителе - средние значения коэффициентов приведения, в знаменателе - пределы их изменения.
Таблица 2 Значения коэффициентов приведения скорости продольных волн и УЭС терригенных пород к пластовым условиям на Ванаварско-Собинском месторождении
|
Порода |
Число образцов |
|
|
|
Песчаники кварцевые с регенерационно-кварцевым и кремнистым цементом |
22 |
1,18 |
1,56 |
|
1,07...1,38 |
1,16...1,97 |
||
|
Песчаники кварцевые с железисто-глинистым цементом |
7 |
1,17 |
1,96 |
|
1,07... 1,24 |
1,20...2,27 |
||
|
Песчаники полимиктовые и полевошпато-кварцевые |
10 |
1,19 |
2,26 |
|
1.12...1.34 |
1.36...2.75 |
||
|
Алевролиты |
7 |
1,13 |
2,56 |
|
1,07...1,21 |
2,41 ...2,80 |
Примечание. В числителе - средние значения коэффициентов приведения, в знаменателе - пределы их изменения.
Рис. 1. Корреляционные зависимости между скоростью продольных волн в атмосферных 
и пластовых 
условиях залегания для карбонатных
пород Даниловской площади.
а - для доломитов, б - для известняков
Рис. 2. Корреляционные зависимости между скоростью продольных (а) и поперечных (б) волн, определенных в атмосферных и пластовых условиях залегания в песчано-алевритовых породах Ванаварско-Собинской площади
Рис. 3. Корреляционные зависимости между УЭС доломитов (а) и известняков (б), определенных в атмосферных и пластовых условиях залегания Даниловской площади
Рис. 4. Корреляционные зависимости УЭС (I) и параметра пористости (II), определенных в пластовых и атмосферных условиях (песчано-алевритовые породы Ванаварско-Собинского месторождения)
