Оценка трещиноватости коллекторов по скорости распространения продольной волны на примере одного из месторождений Восточной Сибири

ОЦЕНКА ТРЕЩИНОВАТОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ПО СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ НА ПРИМЕРЕ ОДНОГО ИЗ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

В.С. Жуков, О.В. Иселидзе

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),

Q = ioo(VpUM / VpPaJ.

Некоторые исследователи [6-9] получили зависимость добротности от пористости в виде

Q = 100 - 1,6 Кппор,

а зависимость добротности от трещиноватости в виде

Q = 100 - 22 КпИр.

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.

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

Зависимость добротности образцов от общей пористости может быть со степенью достоверности Я2 = 0,69 аппроксимирована линейным уравнением:

датм =

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:

=

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.