УДК 550.822.3 [552+53]

Использование параметров волны Лэмба для оценки анизотропии пород

В.П. БАНДОВ, Л.Н. ГРУБОВА, Л.В. ОСИПОВА, М.А. ЗАМАЛЕТДИНОВ, В.Н. ПУСТОВИТ (ВНИИГИС)

Изучению неоднородности физических свойств пород в зависимости от направления их определения посвящен ряд исследований. Заметная роль в них отведена сейсмоакустическим методам. В промысловой геофизике имеют дело, как правило, с макронеоднородностью горных пород, заключающейся в чередовании прослоев с различными толщиной и пористостью, минеральным составом и структурой порового пространства. Среды, в которых толщина прослоев меньше длины волны, было предложено называть квазианизотропными [11, а переслаивание изотропных прослоев - квазианизотропией. Неоднородность характеризуется коэффициентом скоростной квазианизотропии (или коэффициентом анизотропии) . Величина его определяется следующим соотношением

где - скорости и время распространения ультразвуковых волн в направлении соответственно параллельном и перпендикулярном напластованию (за принимается при этом максимальная скорость, измеряемая с наибольшей погрешностью).

Сведения о могут быть использованы для выделения трещиноватых зон, так как согласно экспериментальным исследованиям, выполненным на образцах керна [1], трещиноватые породы характеризуются высоким .

Для оценки связи тонкослоистости пород с были выполнены расчеты и вдоль и поперек напластования и их соотношения по формулам, предложенным Ю.В. Ризниченко [4]. При этом рассматривалась модель, представляющая собой блок породы (известняк или доломит) толщиной 3,2 м, неограниченный в горизонтальном направлении. Расчеты проводились для чередующихся плотных пористых прослоев толщиной 0,2 м. Толщина пористых прослоев изменялась от 1,5 до 20 см, коэффициент пористости их принимался равным 5, 10 и 20 %. Рассматривалось также влияние характера насыщения пор на величину . Сведения о физических свойствах пород и флюидов, использованных в расчетах, приведены в табл. 1.

Результаты расчета показаны на рис. 1, а, б. Из него видно, что с увеличением коэффициента пористости прослоев и их толщины значения растут (в среднем на 0,005 при изменении толщины прослоев с пористостью 20 % на 10 см), причем существенно быстрее у пород, насыщенных газом (рис. 2, а, б). При общей толщине пористых прослоев, превышающей половину толщины модели, остается практически неизменным, но максимальным при пористости прослоев 20 % для данной модели.

С использованием тех же формул и на подобной же модели была выполнена теоретическая оценка влияния трещиноватости пород на . В этом случае пористые прослои заменялись трещинами, заполненными флюидом (см. табл. 1). Раскрытость трещин при расчетах составляла 0,001, 0,01, 0,1, 0,3 см, число трещин 15.

С повышением трещинной пористости возрастает, наибольшее увеличение (до 20 раз) отмечается в газонасыщенных породах (см. рис. 2, б). Максимальное различие в нефте- и водонасыщенных породах (см. рис. 2, a) равно 20 %.

Расчеты выполнялись с допущением, что трещины расположены только горизонтально. В реальных горных породах это предположение может не соблюдаться, поэтому следует ожидать меньшую четкость связи между и трещиноватостью.

При стандартном акустическом каротаже скорость в породах, залегающих горизонтально, определяется перпендикулярно напластованию. Из теории распространения объемно-поверхностной волны Лэмба (L) следует, что величина ее скорости зависит только от , распространяющейся горизонтально, т. е. в направлении напластования [2]. Отсюда может быть сделан вывод о том, что по определениям скорости этой волны и поперечной, зарегистрированной при АК, возможна оценка [2]. Скорость поперечной волны , связана со скоростью волны Лэмба соотношением:

где - плотность буровой жидкости и породы соответственно;- скорости волны в буровом растворе и волны Лэмба соответственно. Величина может быть найдена по фазокорреляционным диаграммам (ФКД), записанным регистратором АКИУС-1 по известной методике [3].

При наличии сведений о и использовании формулы (2) для определения становится возможным расчет по формуле (1).

Описанным выше способом были выполнены расчеты по в терригенном и карбонатном разрезах нескольких скважин Татарии и Башкирии. Для этого использовались материалы, полученные с помощью аппаратуры СПАК-6 и регистратора АКИУС-1. Этот регистратор обеспечивает запись всей волновой картины и позволяет найти и . Пример сопоставления расчетной кривой с данными других методов ГИС показан на рис. 3.

Карбонатные отложения турнейского яруса представлены в основном органогенными известняками. Текстура известняков массивная, часто встречаются неясно слоистые и плитчатые разности. Доломиты прослеживаются по всему разрезу в виде редких маломощных выклинивающихся прослоев. В верхней части разреза преобладает межзерновая структура порового пространства, значительно реже вторичная, представленная порами растворения. Минеральная трещиноватость, согласно описанию керна, развита слабо, однако эффективные трещины имеются и часто образуют взаимно перпендикулярные системы. Коэффициент общей пористости пород изменяется от 3 до 10 %. Из рис. 3 видно, что колеблется от 0,7 до 2,2 и составляет в среднем единицу.

В верхней части разреза выделяется интервал, представленный чистыми известняками, он характеризуется минимальными показаниями ГК. Величина пористости в нем составляет 7-9 %. близок к единице, т. е. интервал однороден по скорости.

Ниже выделяется интервал 1066- 1069,3 м, характеризующийся повышенными значениями , связанными, по-видимому, с чередующимися пористыми и плотными прослоями известняков. Здесь наблюдается общее снижение уровня амплитуд акустического сигнала. О неоднородности интервала по пористости свидетельствуют и показания бокового каротажа, удельное электрическое сопротивление пластов меняется от 25 до 125 Ом-м. Общий уровень ГК в этом интервале повышен. Плотные пропластки отличаются некоторым снижением значений .

Интервал 1092-1097,8 м характеризуется минимальной амплитудой продольной волны и максимальным затуханием поперечной. достигает значения 1,8. Пористость составляет 7-9,5 %. По-видимому, в этом интервале на величину скоростной анизотропии влияют пористость и трещиноватость, т. е. в данном интервале присутствует коллектор порово-трещинного типа.

Интервал 1100,8-1102,8 м отличается повышенным значением , коэффициент пористости здесь невысок и не превышает 6-7 %. Этот интервал по величине следует, по-видимому, охарактеризовать как трещиноватый. Таким образом, по значениям разрез расчленяется на несколько интервалов, т.е. он, очевидно, неоднороден.

Анализ результатов оценки в терригенных отложениях девона Ромашкинского и Туймазинского месторождений показал, что величина повышается в глинистых песчаниках и алевролитах. Для того, чтобы определить наличие связи между вычисляемыми по ФКД и другими параметрами пласта, были проведены расчеты уравнений регрессии между ними. Существует значимая связь между коэффициентом объемной глинистости (Сг), который оценивался по ГК и . Уравнение регрессии, рассчитанное по 100 определениям, имеет вид:

где - коэффициент корреляции.

Связь по критерию Стьюдента считается значимой. Существует корреляционная зависимость небольшой тесноты между и толщиной прослоев (h). Она описывается выражением:

Анализ формулы (4) показывает, что при h<2 м существенно уменьшается, при большей - остается постоянной. Таким образом, на наш взгляд, эти зависимости подтверждают выводы, полученные теоретически и приведенные ранее.

Погрешность определения может быть оценена как экспериментально, так и теоретически. Теоретические расчеты [2] показывают, что формула (2) применима только при частоте, стремящейся к нулю (K->0). Возможность ее использования для частот, соответствующих акустическим, была также оценена Н.В. Крауклисом, который отметил, что при вклад в скорость волны Лэмба существенно меньше (около 20-30%), чем вклад . Эта величина является погрешностью при определении . Для того, чтобы оценить достоверность расчета были выполнены также измерения вдоль и поперек напластования на образцах керна в условиях, приближенных к пластовым и соответствующих залеганию продуктивных песчаников Туймазинского месторождения. Результаты измерений приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что коэффициент скоростной анизотропии, измеренный на образцах керна (), ниже единицы, что согласуется с данными ГИС. по данным каротажа в интервале отбора керна меньше единицы, но по величине меньше, чем .

Следует отметить, что при каротаже определяется по , а на образцах керна – по . Связь между коэффициентами по этим параметрам изучена еще недостаточно. Большое различие между и может быть обусловлено в данном случае влиянием неоднородности прослоев на зону проникновения (на керне она смоделирована быть не может). Известно, что на месторождениях типа Туймазинского, находящихся длительное время в разработке, зона проникновения меняется по глубине скважины в зависимости от характера насыщения и проницаемости прослоев [2]. В то же время, из табл. 2 видно, что , рассчитанный по ФКД, позволяет получить точные данные о характере неоднородности разреза и соотношении скоростей распространения звука вдоль и вкрест слоистости.

Выводы

На основании теоретических расчетов установлено, что интервалы трещиноватых и тонкослоистых чередующихся пород (глинистых, плотных и пористых прослоев) характеризуются повышенным значением .

Величина последнего может быть определена с помощью волнового акустического каротажа. Сопоставление рассчитанного по ФКД пород с данными других геофизических методов показало, что он позволяет получить дополнительную информацию о разрезе, в частности, установить его неоднородность и выделить трещиноватые прослои.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Багринцева К.И. Карбонатные породы - коллекторы нефти и газа.- М.: Недра,- 1977.

2. Ибатов А.С., Крауклис П.В. Дисперсия гидроволн в скважине, расположенной в анизотропной среде. // В кн.: Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Вып. XXII, Л.: Наук.- 1982.

3. Козяр В.Ф., Панов В.Ф., Садыков И.X. Фоторегистратор для аппаратуры акустического каротажа // В кн.: Геофизическая аппаратура. Вып. 61. Л.: Недра.- 1977.

4. Невский М.В. Квазианизотропия скоростей сейсмических волн.- М.: Наука.- 1974.

Таблица 1 Физические свойства скелета и флюидов породы

Порода, флюид	, м/с	кг/м³
Известняк	6450	2710
Доломит	7042	2870
Нефть	1200	900
Вода	1600	1100
Газ	500	2

* v - скорость прохождения волны, - плотность породы

Таблица 2 Результаты определения по скв. 2037 Туймазинской

Интервал отбора, м	Порода	Направление прозвучивания	%
1804-1811	Песчаник темно-коричневый	и	22,8-26,8	0,926-0,986	-
1811-1817	Песчаник коричнево-серый кварцевый	и	21,3-23,8	0,966-0,99	0,64-0,68
1811-1817	Песчаник с трещинкой, выполненной черным углистым веществом	и трещ.	19,7-25,3	0,97-0,98	0,55-0,57
1829-1834	Песчаник коричнево-серый		22,9	0,97	0,7

Рис. 1. Кривые зависимости коэффициента анизотропии от пористости (а) и толщины (б) прослоев в тонкослоистом разрезе

1 - известняк; 2 - доломит

Рис 2. Кривые зависимости трещиноватости от коэффициента анизотропии водо- и нефтенасыщенных (а) и газонасыщенных (б) пород.

Известняк: 1,2 - нефте- и водонасыщенный; доломит: 3. 4 - нефте- и водонасыщенный; 5 - известняк газонасыщенный; 6 - доломит газонасыщенный

Рис. 3. Результаты определения коэффициента анизотропии в карбонатном разрезе, скв. 3091 Федотовской:

1 - известняк; 2 - известняк трещиноватый