CC BY
79
ОЦЕНКА ТРЕЩИНОВАТОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ПО СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ НА ПРИМЕРЕ ОДНОГО ИЗ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ
В.С. Жуков, О.В. Иселидзе (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)
Введение
При подготовке проектов разработки месторождений нефти и газа одной из наиболее актуальных проблем является определение открытой пористости, и в частности оценка доли трещинной пористости. Программы гидродинамического моделирования процессов разработки месторождений (например, Eclipse, VIP Landmark) предусматривают наличие данных о трещинной пористости в рамках модели двойной пористости, оценку которой мы попытались дать в настоящей работе.
В статье «Оценка трещиноватости коллекторов по скорости распространения упругих волн», опубликованной в этом же сборнике, рассмотрен методический подход к решению проблемы определения величины трещинной пористости образцов горных пород по данным о скоростях продольной упругой волны в атмосферных условиях и в условиях, моделирующих эффективное давление в пласте. Этот подход применен и в настоящей работе для оценки трещиноватости коллекторов одного из месторождений Восточной Сибири.
Свойства «идеальной» породы, т.е. породы без пор, без трещин и других неоднородностей, зависят только от свойств составляющих ее минералов. Скорости распространения упругой продольной волны в основных породообразующих минералах (кварц, кальцит и др.) широко известны и приведены в ряде справочников [1—5]. Рассматривая изотропные или слабо анизотропные породы, сложенные определенным комплексом изотропных минералов с пространственно случайной ориентировкой зерен, можно рассчитать скорость упругой волны по формуле
где Ур1, Ур2, ... Урп - скорость продольной волны в породообразующих минералах, км/с; С1, С2, ... Сп - содержание соответствующего минерала в породе, доли единицы.
В этом случае мы получим расчетное значение скорости продольной волны в горной породе, сложенной породообразующими минералами без нарушений сплошности, т.е. без пор и трещин. Отношение измеренных на образцах горных пород значений скорости распространения продольной волны к расчетным, выраженное в процентах и называемое добротностью Q [6], будет характеризовать интегральное воздействие пор и трещин на породу:
Из выражения (2) следует, что при 100%-ной добротности порода не имеет ни трещин, ни пор. Уменьшение значения добротности будет отражать наличие в породе пористости и трещиноватости. Попробуем оценить влияние каждого из этих факторов на скорость распространения продольной волны в породе и, соответственно, на ее добротность.
Влияние пористости и трещиноватости на скорость распространения упругих волн различно, и в первом приближении для каждого конкретного образца или горных пород одного типа надо знать, какая доля от общей пористости (Ал) приходится на поры (Кппор) и какая - на трещины (Кптр). Использование понятия добротности и значений пористости горных пород позволяет проводить такое разделение [6].
В горной породе поры и трещины вместе создают общую пористость:
Представление о добротности пород
Vppac4 = I (VpC + Vp2C2 + ... + VpnCn),
(1)
Q = ioo(VpUM / VpPaJ.
(2)
Некоторые исследователи [6-9] получили зависимость добротности от пористости в виде
Q = 100 - 1,6 Кппор, (4)
а зависимость добротности от трещиноватости в виде
Q = 100 - 22 КпИр. (5)
Предполагая наличие в породе и пор, и трещин, из уравнения (3) можно получить зависимость
добротности от общей пористости в виде, аналогичном приведенному в работе [6]:
Q = 100 - 1,6 КпПоР - 22 Кптр. (6)
Экспериментальные результаты
Была исследована коллекция из 18 образцов песчаника одного из месторождений Восточной Сибири со средним значением общей пористости 8,4 % и диапазоном изменений от 4,4 до 14,2 %. Результаты исследований при моделировании пластовых условий показали, что общая пористость снизилась до 7,6 % с диапазоном изменений от 3,7 до 13,5 %.
В повседневной практике точный минералогический состав горных пород зачастую неизвестен, так как он обычно определяется на ограниченном количестве образцов. Однако имеющиеся фактические данные о скорости распространения упругих волн в образцах с достаточно широким диапазоном пористости позволяют определить этот параметр в образцах с нулевой пористостью - так называемую скорость продольной волны в скелете - аналитически. Определяется она как точка пересечения линии аппроксимации линейной зависимостью скорости продольных волн от пористости с вертикальной осью (рис. 1) и численно равна значению свободного члена в этой зависимости.
Рис. 1. Зависимость скорости распространения продольных волн от пористости
Значения свободного члена, определенные в пластовых и атмосферных условиях, разные (5,49 и 4,38 км/с). Хорошо известно также, что при всестороннем сжатии пород скорость продольных волн увеличивается [1, 2, 10, 11]. Происходит это из-за закрытия имеющихся трещин и повышения уплотнения упаковки зерен в терригенных осадочных породах. Эти предпосылки позволяют сделать выбор в пользу скорости продольных волн в породе с нулевой пористостью, определенной при моделировании пластовых давлений.
Подставляя в формулу (2) вместо расчетного значения скорости распространения упругой продольной волны для основных породообразующих минералов (Уррач) значение скорости продольной волны в породе с нулевой пористостью, полученное при пластовых давлениях, получим значение добротности горных пород, наиболее близкое к фактическому.
При достаточно больших значениях эффективного давления (370 атм) и минимальной пористости образцов в атмосферных условиях значения их добротности максимальны, но, тем не менее, так и не достигают значений добротности в ненарушенной породе - 100 % (рис. 2).
Рис. 2. Увеличение добротности при росте эффективного давления
Это может быть обусловлено как тем, что всестороннее сжатие не полностью закрывает имеющиеся в породе трещины и поры, так и наличием глинистых включений, которые снижают рассчитываемую по предложенной методике добротность породы, так как скорость продольной волны в них существенно ниже, чем в кварце.
Обсуждение результатов
На рис. 3 представлены результаты определения значения добротности пород-коллекторов по данным об общей пористости и скорости продольных упругих волн в атмосферных и пластовых условиях. Кривые, построенные в соответствии с уравнениями (4) и (5), показывают равные значения трещинной пористости в диапазоне изменений от 0 до 2 % и поровой пористости - в диапазоне от 0 до 15 %.
Рис. 3. Значения коэффициента добротности образцов в зависимости от их общей пористости (на примере одного из месторождений Восточной Сибири)
Зависимость добротности образцов от общей пористости может быть со степенью достоверности Я2 = 0,69 аппроксимирована линейным уравнением:
датм = (-2,04)^ + 79,84. (7)
Значение свободного члена довольно сильно отличается от (100,0) и характеризует степень на-рушенности образцов, указывая на наличие в них структурных неоднородностей (трещин и пор). Значение коэффициента при Кп1шм (-2,04) характеризует степень изменения добротности по сравнению со значением общей пористости. Как было показано в формуле (4), значения этого коэффициента, близкие к (-1,6), свидетельствуют о влиянии пор на добротность породы, а значение (-22,0) характерно преимущественно для трещинных пород (5).
Из рис. 3 видно, что у исследованной коллекции образцов трещинная пористость в атмосферных условиях находится в пределах 0,5^ 1,5 % и снижается практически до нуля при моделировании пластовых условий.
Аналогичная зависимость добротности пород от общей пористости при эффективном пластовом давлении может быть со степенью достоверности Я2 = 0,89 аппроксимирована линейным уравнением:
= (-1,61)Кппл + 100,0. (8)
Значения свободного члена (100,0) и коэффициента при Кп (-1,61) говорят о практически полном отсутствии трещин при общей пористости, равной нулю.
Изменение средних значений пористости при переходе от атмосферных к пластовым условиям достигает 1,5 % от ее абсолютных значений. Это происходит в основном за счет снижения в образцах трещинной пористости, а также за счет уменьшения поровой пористости при повышении эффективного давления до его значений в пластовых условиях.
Использование предложенной методики позволило оценить параметры исследуемой коллекции образцов при атмосферных условиях следующим образом: среднее значение трещинной пористости - 1,1 %, диапазон изменений - 0,7^ 1,5 %; среднее значение поровой пористости - 7,3 %,
диапазон изменений - 3,7^13,1 % (при среднем значении общей пористости 8,4 %, диапазон изменений - 4,4^14,2 %).
Результаты выполненных по этой методике исследований скорости распространения продольных волн в породе при моделировании пластовых условий показали, что трещинная пористость в ней отсутствует, а поровая равна общей пористости.
Заключение
Таким образом, на основе полученных экспериментальных данных показана возможность оценки в первом приближении значений трещинной пористости горных пород по скорости распространения продольных волн в атмосферных и пластовых условиях.
Список литературы
1. Авчян Г.М. Петрофизика осадочных пород в глубинных условиях / Г.М. Авчян, А.А. Матвеенко, З.Б. Стефанкевич. - М.: Недра, 1979. - 224 с.
2. Дахнов В.Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтегазонасыще-ния горных пород / В.Н. Дахнов. - М.: Недра, 1975. - 344 с.
3. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник геофизика / под ред. Н.Б. Дортман. - М.: Недра, 1984. - 455 с.
4. Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах / под ред. М.П. Воларовича. - М.: Недра, 1978. - 237 с.
5. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород: справ. пособие / под ред. М.М. Протодьяконова, Р.И. Тедер, Е.И. Ильницкой и др. - М.: Недра, 1981. - 192 с.
6. Туранк К. Распространение волн и границы раздела в породах / К. Туранк, Д. Фурментро, А. Денни // Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти: пер. с англ. и фр.; под ред. В. Мори и Д. Фурментро. - М.: Мир, 1994. - С. 176-184.
7. Walsh J.B. Cracks and pores in rocks / J.B. Walsh, W.F. Brace // 1-er Congres int. de mecanique des roches. - Lisbonne, 1966. - V. 1. - 643-646.
8. Walsh J.B. The effect of cracks on the compressibility of rocks / J.B. Walsh // Journal Geophysical Research. - 1965. - V. 70. - № 2. - P. 381-411.
9. Willie M.R.J. Studies of elastic wave attenuation in porous media / M.R.J. Willie, G.H.F. Gardner, A.R. Gregory // Geophysics. - 1962. - V. XXV. - № 5. - October. - P. 569-589.
10. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород / Ю.О. Кузьмин, В С. Жуков. - М.: Изд-во МГГУ, 2004. - 262 с.
11. Рыжов А.Е. Динамика изменений физических свойств образцов продуктивных пород при разработке месторождений нефти и газа / А.Е. Рыжов, В.С. Жуков, О.В. Иселидзе и др. // Разработка месторождений углеводородов: сб. науч. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 2008. - С. 154-168.
