|
УДК 550.832:550.822.3:[552+53] |
Определение граничных значений проницаемости и пористости терригенных коллекторов петрофизическими и геофизическими методами
В.Ф. КОЗЯР, В.И. ДУЗИН (Союзпромгеофизика), В.Г. ДРАЦОВ (ТОМЭ УГ ТССР), В.И. ПЕТЕРСИЛЬЕ, Э.Г. РАБИЦ (ВНИГНИ)
Выделение коллекторов и определение их эффективных толщин - одна из главных задач при подсчете запасов нефти и газа объемным методом. В благоприятных случаях она решается установлением прямых признаков проникновения фильтрата промывочной жидкости (ПЖ) в пласты по материалам ГИС, выполненных по стандартным или специальным методикам. Известна неадекватность механизмов проникновения фильтрата ПЖ из скважины в породы и фильтрации флюидов в пластах при разработке. Тем не менее в практике геологоразведочных работ принято считать, что наличие на стенках скважины фильтрационных глинистых корок и радиальные градиенты удельного электрического сопротивления (УЭС) на кривых микрокаротажа (МК), бокового каротажного зондирования (БКЗ) или комплекса бокового (БК) и бокового микрокаротажа (БМК) - достаточные признаки наличия коллекторов.
При отсутствии по
каким-либо причинам признаков проникновения для выделения коллекторов применяют
косвенные количественные критерии, использование которых заключается в
сопоставлении измеренных против исследуемых пластов геофизических характеристик
или вычисленных значений пористости (Кп) с соответствующими граничными
значениями этих величин, найденными для статистической границы раздела
коллекторов и неколлекторов. Граничные значения соответствуют минимальному
(граничному для коллекторов) значению проницаемости (
) пород, при которой в них возможно
передвижение пластовых флюидов, и будут разными для водо-, нефте- и
газонасыщенных коллекторов. Их устанавливают статистической обработкой
материалов ГИС для надежно испытанных пластопересечений (интервалов) с
постоянными коллекторскими свойствами и геофизическими характеристиками, давших
притоки пластового флюида и бесприточных. Трудности получения таких материалов,
особенно на небольших месторождениях, очевидны. Поэтому в последнее время
предложены многочисленные способы определения граничных значений сопоставлением
проницаемости и пористости пород или соответствующих геофизических характеристик
с имеющимися в части скважин прямыми признаками [3, 6] и по результатам анализа
образцов керна [1, 2, 4-7]. Эти способы базируются на различной физической
основе, и при использовании их получаются неодинаковые результаты для
установления граничных значений. Однако на практике они применяются для
определения одних и тех же по смыслу граничных значений коллекторских свойств и
геофизических характеристик, что должно привести к неоднозначности оценки и
существенным ошибкам выделения коллекторов. Рассмотрим сравнительную оценку
результатов определения граничных значений проницаемости и пористости на
примере месторождения, для которого имеются все необходимые для этого данные.
В скважинах
Даулетабад-Донмезского газоконденсатного месторождения прямые признаки проникновения
наблюдаются только против коллекторов, разбуренных на пресной глинистой ПЖ, УЭС
(
) которой превышает
0,2 Ом*м. В большинстве скважин, пробуренных на высокоминерализованной ПЖ (
<0,06 Ом-м при
пластовой температуре), прямые признаки коллекторов отсутствуют.
Тонкослоистость коллекторов и невыдержанность по глубине их
фильтрационно-емкостных свойств затрудняют также определение 
и 
по результатам испытаний, так как даже
небольшие по толщине интервалы испытаний содержат несколько прослоев с различными
свойствами. Эти обстоятельства предопределили необходимость обоснования 
и 
по результатам исследований
образцов пород и материалам ГИС обязательного комплекса в скважинах с пресной
ПЖ и полученных на двух ПЖ с различной минерализацией в базовых скважинах.
Основные запасы газа на Даулетабад-Донмезском месторождении содержатся в слабо сцементированных полевошпатово-кварцевых песчано-алевролитовых отложениях шатлыкского горизонта, тяготеющего к средней части готеривского яруса. На востоке месторождения отмечено появление гравелитов в подошве горизонта. Толщина коллекторов изменяется в отдельных пластопересечениях от 2 до 30 м. Коллекторы представлены отдельными тонкими прослоями, залегающими непосредственно рядом друг с другом или разделенными непроницаемыми перемычками. По результатам анализа керна горизонт характеризуется большим колебанием пористости (от 1,2 до 26 %) и абсолютной проницаемости (от исчезающе малой до 2 мкм2). Фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) контролируются преимущественно гранулометрическим составом пород: они уменьшаются с увеличением содержания алевритовой фракции. Влияние глинистости и карбонатности на ФЕС коллекторов незначительно: не выше 5 и 3 % соответственно в породах пористостью более 8 и 10 %.
При использовании
результатов стандартных исследований образцов керна, отобранного на ПЖ с водной
основой, предполагается, что к неколлекторам принадлежат породы,
поры которых заполнены остаточной водой (
) или остаточной водой и остаточной нефтью (
) [3, 6]. Такие породы
обладают нулевыми значениями эффективных проницаемости (
) и пористости (
). Наличие отличной от нуля эффективной
пористости (
>0)
свидетельствует о присутствии в породах свободных флюидов, не связанных с
зернами минерального скелета. Однако движение флюидов еще не устанавливается.
Значения 
и 
(рис. 1,
таблица), соответствующие 
=0, характеризуют абсолютные границы
коллекторов по пористости и проницаемости [7]. Для газонасыщенных коллекторов
Даулетабад-Донмезского месторождения, остаточная нефтенасыщенность которых по
керну (2 %) находится в пределах погрешности ее измерения, 
определяется согласно выражению 
Движение флюида в
коллекторе становится возможным, если давление вытеснения передается по
свободному флюиду, т. е. эффективные поры сообщаются между собой. Изучение 
на образцах керна
показывает, что при стремлении 
к 100 % 
уменьшается до значений 10-17 м2 и менее и заметно увеличивается (на один-два
порядка) при 
,равных
70-80 % [4, 5]. Такому содержанию остаточной водонасыщенности соответствуют
значения 
>0;
обычно они принимаются равными 1,0- 1,5% [3]. Их точные значения устанавливают
по результатам специальных исследований керна, направленных на определение
величин 
и 
, характеризующих
появление в породах свободных флюидов, и величин 
и 
, превышение которых свидетельствует о движении
флюида как сплошной среды.
Определение граничных
значений по результатам специальных исследований образцов керна основано на
установлении факта проникновения фильтрата ПЖ в породы. Для этого в аппаратах
Закса проводят определение водонасыщенности на предварительно
загерметизированных образцах керна из скважин, пробуренных на ПЖ с безводной
(известково-битумной) и водной основами [2]. Предполагается, что в поры проницаемых
пород проникает углеводородный фильтрат при бурении на известково-битумной ПЖ и
вода на обычной глинистой ПЖ. Проникновение воды в продуктивные пласты
устанавливают по превышению текущей водонасыщенности (Кв) образцов из
коррелируемых пластов или пластов с близкими фильтрационно-емкостными
свойствами, вскрытых на водной ПЖ, над остаточной водонасыщенностью образцов из
пластов, разбуренных на ПЖ с углеводородной основой. Наоборот, на проникновение
в водонасыщенные пласты указывает уменьшение Кв образцов, отобранных на
безводной ПЖ. Абсолютные граничные значения 
и 
находят по точкам пересечения корреляционных кривых
для остаточной водонасыщенности с линией Кв=Кв.о=100% (рис. 2,
а, б). Абсцисса точки пересечения корреляционных кривых для Кв.о и Кв
определяет средние граничные значения 
и 
для движущихся флюидов, а диапазон перекрытия
точек на графике - область неоднозначности установленных величин. Ордината
точки пересечения корреляционных кривых соответствует среднему значению
остаточной водонасыщенности, при котором становится возможным движение флюидов
как сплошной среды. Этому значению Кв.о отвечает 
, равная 2,2 %.
Во втором способе [1]
проникновение фильтрата водной ПЖ в породы установлено сопоставлением 
и
(рис. 2, в, г), измеренных
на одних и тех же образцах прямым экстракционно-дистилляционным методом в
аппаратах Закса и капилляриметрическим методом соответственно. К коллекторам
относятся образцы, для которых разность 
. Величины 
, 
и 
,
определяют таким же способом, как на рис. 2, а, б.
Значения 
и 
, найденные по образцам керна тремя разными
способами и характеризующие статистическую границу, при пересечении которой 
становится отличной от
нуля, практически совпадают друг с другом (см. таблицу).
Для песчано-алевролитовых коллекторов Даулетабад-Донмезского месторождения
свободные (несвязанные) вода и газ появляются в породах, обладающих абсолютной
проницаемостью более (0,06-0,1)*10-15м2 в границах
доверительности (2-40)x10-17 м2 и пористостью более 3,7 % (границы
доверительности 1-6,5%). Несколько большее значение 
, равное для песчано-алевролитовых пород
5,8 %, установлено по результатам измерения индекса свободного флюида (ИСФ)
методом ЯМР на проэкстрагированных и водонасыщенных образцах пород (по данным
С.М. Аксельрода). Так как ИСФ отличен от нуля только в породах, содержащих
жидкость в свободном состоянии, то определение 
проведено по пересечению корреляционной
зависимости между ИСФ и Кп с осью пористости. Для гравелитов граничное значение
проницаемости, найденное по результатам стандартных анализов керна, составляет
0,46*10-15м2 в границах доверительности (0,10-2,60)*10-15 м2. Ему соответствует более низкое, чем для
песчаников и алевролитов, граничное значение пористости, равное 3,2% (при
разбросе точек от 1 до 7,2 %).
Величины 
и
, найденные по образцам керна и
характеризующие условия движения флюидов в поровом пространстве, составляют
другую группу значений, также близких друг к другу, но превышающих 
на (0,1-0,3)*10-15 м2 и 
на 2,2-3,3% (см. таблицу).
Определение граничного
значения пористости по материалам ГИС осуществлено построением кумулятивных
кривых пористости для эффективных толщин проницаемых и непроницаемых прослоев
[3]. Пористость пород определена по данным акустического каротажа (АК) с
использованием петрофизической зависимости, найденной по образцам керна
изучаемого горизонта в термобарических условиях, аналогичных пластовым.
Проницаемость прослоев установлена по прямым качественным признакам
проникновения на кривых ГИС (кавернометрия, ПС, МК, БКЗ), полученным при
статистических условиях в скважинах с пресной ПЖ и по материалам повторных ГИС,
выполненных в пяти базовых скважинах на двух ПЖ,
которых целенаправленно изменяли более чем
на порядок. В последних скважинах из трех измерений (на пресных ПЖ, на которых
бурили скважины, после замены пресной ПЖ на высокоминерализованную и после
расширения стволов скважин на высокоминерализованной ПЖ) наиболее информативные
материалы для выделения коллекторов получены на первом и третьем этапах.
Проницаемые прослои отмечаются на них выполаживанием кривой ПС и уменьшением
сопротивлений на кривых БК, БМК и индукционного (ИК) каротажа (рис.
3). Контроль качества измерений при электрическом каротаже осуществлен по
непроницаемым глинистым пластам, 
которых не изменялось со временем и при смене ПЖ. На
изменение
кривая
интервального времени 
,
по которой определена пористость пород, не реагирует.
Независимо от способа
выделения проницаемых прослоев по материалам ГИС установлены близкие (7,5 и 8
%) значения 
песчано-алевролитовых
коллекторов (см. таблицу). Согласно петрофизической
зависимости между Кп и Кпр им соответствуют граничные значения проницаемости в
диапазоне (0,6-0,65)*10-15 м2.
Граничные значения 
,
определенные по ГИС, близки к значениям (см. таблицу),
найденным по образцам пород в условиях фильтрации свободных флюидов при 
2,2 % и 
70 %. Экспертизой ГКЗ СССР для
выделения песчано-алевролитовых коллекторов принято значение 
= 7,5 %. Оно существенно ниже,
чем полученное (10,3 %) по результатам испытаний разведочных скважин (как
правило, интервалы испытаний включали несколько прослоев с разными
геофизическими характеристиками). Для песчано-гравелитовых коллекторов по
материалам ГИС определено значение 
, равное 5,2 % в диапазоне доверительности 1,0-6,8 %.
Таким образом, по
результатам стандартных и специальных исследований образцов керна и материалам
ГИС статистическим путем находят граничные значения проницаемости и пористости,
характеризующие различную степень подвижности флюидов в породах. Движение
флюидов происходит, если проницаемость и пористость пород превышают граничные
значения 
и 
, установленные для пород
с эффективной пористостью, обеспечивающей передачу давления вытеснения по
свободному флюиду. Для изучаемых отложений это достигается при 
, равной 2,2 %, и Кв.о<70 %.
Значения
и 
могут быть
использованы для выделения коллекторов с соблюдением всех требований и
ограничений, относящихся к статистически установленным границам. Отнесение
каждого конкретного прослоя к коллекторам или неколлекторам выполняется с
вероятностью, которая определяется точкой пересечения кумулятивных кривых, использованных
для определения 
и 
[3]. Однозначно (со 100
%-ной вероятностью) характеризуются породы, для которых найденные значения Кпр
или Кп находятся за пределами интервала доверительности. Пласт относят к
коллекторам, если Кпр и Кп превышают соответствующие верхние значения в
интервале доверительности, и к неколлекторам, если они меньше нижних значений.
Если Кпр и Кп попадают в интервал доверительности, то для однозначной
идентификации пласта необходимо использовать какие-либо имеющиеся прямые признаки
коллекторов либо провести дополнительные работы по его опробованию. Вполне
естественно, что при выделении коллекторов с использованием статистических
критериев коллектор-неколлектор возможно наличие равного числа случаев
неправильного отнесения непроницаемых пород к коллекторам и, наоборот,
проницаемых к неколлекторам. При этом погрешность определения суммарной для
залежи эффективной толщины уменьшается в 
раз по сравнению с единичным пластопересечением, где
n - число пластов. При меньших
значениях проницаемости (
) и пористости (
) породы содержат свободные флюиды в виде отдельных,
не соединенных между собой капель. Движение флюидов в них может происходить под
влиянием процессов диффузии и капиллярной пропитки. В случае явно выраженной
трещиноватости такие породы могут отдавать свободный флюид в скважину или
соседние прослои с более высокими коллекторскими свойствами. Превышение Кпр и
Кп над 
и 
должно рассматриваться в
качестве информативного признака для выделения и последующего тщательного
изучения потенциальных коллекторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.с. 834648 [СССР]. Способ установки факта проникновения бурового раствора в нефтегазоносный пласт / В.И. Петерсилье, Ю.Я. Белов. Заявлено 26.03,79, № 2743386; опубл. в Б. И„. 1981, № 20.
2. А.с. 819781 [СССР]. Способ установления факта проникновения водного фильтрата бурового раствора в нефтегазоносные пласты / В.И. Петерсилье, Э.Г. Рабиц, Ю.Я. Белов. Заявлено 20.02.79, № 2727047; опубл. в Б. И., 1981, № 13.
3. Козяр В.Ф., Ручкин А.В., Яценко Г.Г. Геофизические исследования подсолевых отложений при аномальных пластовых давлениях. М„ Недра, 1983.
4. Мулин В.Б. Изменение коллекторских свойств кварцевых песчаников под действием всестороннего сжатия и температуры.- В кн.: Физические свойства горных пород при высоких термодинамических параметрах. Баку, 1978, с. 78-79.
5. Обоснование нижних пределов фильтрационно-емкостных параметров пород-коллекторов Оренбургского газоконденсатного месторождения /К.A. Абдрахманов, М.И. Колоскова, И.А. Колосов и др.- В кн.: Коллекторы нефти и газа и флюидоупоры. Новосибирск, 1983, с. 79-80.
6. Основные принципы определения подсчетных параметров запасов нефти на примере месторождений Западной Сибири / Ю.А. Ковальчук, В.П. Санин, В.П. Сонич и др.- В кн.: Методы подсчета запасов нефти и газа. М., 1986, с. 27-32.
7. Яценко Г.Г., Ручкин А.В. Обоснование нижних пределов проницаемости и пористости коллекторов по данным исследований образцов керна.- Геология нефти и газа, 1975, № 12, с. 42-45.
Таблица Определение граничных значений проницаемости и пористости песчано-алевролитовых коллекторов Даулетабад-Донмезского месторождения
|
Параметр |
Способы определения граничных значений параметров |
|
||||||
|
Петрофизические |
|
Геофизические |
Промысловые |
|
||||
|
по сопоставлению величин |
ЯМР |
по качественным признакам |
по результатам испытаний скважин |
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
на пресной ПЖ |
на двух ПЖ |
|
||||||
|
|
0,12 |
0,06 |
0,06 |
- |
- |
- |
|
|
|
0,034-0,4 |
0,02-0,16 |
0,02-0,14 |
|
|
||||
|
|
0,36 |
0,23 |
0,21 |
- |
- |
- |
|
|
|
0,11 - 1,3 |
0,15-0,4 |
0,14-0,37 |
|
|
||||
|
|
3,7 |
3,5 |
4,0 |
5,8 |
- |
- |
|
|
|
1,2-6,4 |
1-5,8 |
1,5-6,5 |
2,8-9,4 |
|
|
|||
|
|
6,2 |
6,7 |
7,3 |
8,0 |
7,5 |
7,2 |
10,3 |
|
|
3,6-9 |
4,6-8,8 |
5,7-9,2 |
4,8-11,2 |
4,8-10,2 |
2,6-10,2 |
4,5-15 |
|
|
(
Примечание. В числителе - среднее значение, в знаменателе - диапазон доверительности.
Рис. 1. Графики определения граничных значений 
, 
и 
, 
сопоставлением измеренных на образцах керна проницаемости
(а) и пористости (б) с рассчитанными значениями
1 - корреляционные зависимости между 
и 
;
и 
; 2 - границы разброса точек на корреляционных зависимостях;
заштрихованная площадь - интервалы
доверительности определения 
и 
Рис. 2. Графики
определения граничных значений 
и 
пород.
а, б - определение текущей водонасыщенности (Кв) экстракционно-дистилляционным методом на герметизированных образцах керна из коррелируемых пластов, отобранных на ПЖ с водной (1) и безводной (2) основами; в, г - определение текущей (3) и остаточной (4) водонасыщенности на одних и тех же образцах, отобранных на водной ПЖ; значения водонасыщенности по образцам на ПЖ: I - с водной (или текущей), II - с безводной (или остаточной). Условные обозначения см. рис. 1.
Рис. 3. Выделение проницаемых пластов и прослоев по результатам повторных ГИС
на двух ПЖ. 
При бурении: 1 - на пресной ПЖ, 2 - на высокоминерализованной ПЖ; породы: а - непроницаемые глинистые пласты, б - продуктивные песчаники, в - заглинизированные прослои, г - проницаемые пласты и прослои; цифры в кружках - дебит газа (м3/сут): 1 - 555,78, 2 - 705,73, 3 - 3000