СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА И ПОЛОЖЕНИЯ ГЛАВНЫХ ОСЕЙ ТЕНЗОРА ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НА КЕРНЕ
METHOD TO DEFINE ANISOTROPY OF PORE SPACE AND POSITION OF MAIN AXES OF PERMEABILITY TENSOR OF ROCKS ON CORE

Изобретение относится к области исследования структуры порового пространства горных пород и предназначено для определения латеральной анизотропии фильтрационных свойств терригенного коллектора по результатам исследования его керна.
Известен способ определения коэффициентов анизотропии и характеристик главных осей анизотропии порового пространства горных пород методом ядерного магнитного резонанса, основанный на явлении ограниченной самодиффузии молекул жидкости, заключающийся в том, что наносят на образец видимую метку для измерения угла поворота образца вокруг своей оси, насыщают образец протонсодержащей жидкостью, помещают его в датчик спектрометра, совмещают видимую метку образца с направлением вдоль выбранной оси лабораторной системы координат, далее производят вращение образца вокруг своей оси с равномерным угловым шагом на текущий угол поворота, пока величина указанного угла поворота между меткой и направлением вдоль выбранной оси лабораторной системы координат не достигнет 360°, при этом для каждого текущего угла поворота проводят измерение текущей угловой амплитуды сигнала спин-эхо от протонсодержащей жидкости в исследуемом образце до и после воздействия на образец фиксированной величины импульсного градиента магнитного поля, значение которого после достижения угла поворота в 360° ступенчато изменяют в сторону увеличения или в сторону уменьшения, и вновь проводят по вышеприведенной схеме измерение текущей угловой амплитуды сигнала спин-эхо от протонсодержащей жидкости в исследуемом образце до и после воздействия на образец указанной измененной величины импульсного градиента магнитного поля, далее по массиву измеренных при фиксированной величине импульсного градиента магнитного поля текущих угловых амплитуд сигнала спин-эхо определяются коэффициенты анизотропии и характеристики главных осей анизотропии порового пространства горных пород [1]. Недостатком этого способа изучения порового пространства горных пород является его сложность и долговременность.
Известен также способ изучения анизотропии горных пород на керне, заключающийся в определении латеральной анизотропии коллектора с помощью стандартной методики по определению упругих свойств образца горной породы - керна. Керн подвергается одноосному сжатию и по его боковой поверхности с помощью тензодатчиков измеряются деформации. Если свойства горной породы изотропные, то деформации во всех направлениях равны и в результате измерений получается окружность, если же имеет место анизотропия упругих свойств, то получаются при измерении фигуры в виде овала. При этом экстремальные деформации соответствуют экстремальным фильтрационным свойствам и указывают направления главных осей тензора коэффициентов проницаемости [2]. Недостатком данного способа является также необходимость использования специальных приборов и проведения довольно длительных исследований.
Наиболее близким к описываемому способу является методика определения анизотропных характеристик коллекторов, заключающаяся в анализе результатов литолого-петрофизических исследований ориентированного керна, определении предпочтительной ориентации удлиненных частиц, слагающих коллектор, и эллиптической аппроксимации коллектора. При этом при определении латеральной анизотропии подразумевается, что измерения производятся в плоскостях напластований и направление, перпендикулярное плоскости напластования, совпадает с главным направлением тензора коэффициентов проницаемости [3].
Основным недостатком известного способа является потребность использования дорогостоящего оборудования и длительной обработки результатов проведенных измерений.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание экспресс метода установления латеральной анизотропии фильтрационно-емкостных свойств пористых сред и положения главных осей тензора проницаемости горных пород на керне.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе определения анизотропии порового пространства и положения главных осей тензора проницаемости горных пород на керне, включающем исследование ориентированного керна, анализ результатов исследований и определение направления главных осей анизотропии проницаемости в плоскости напластования горных пород, керновый материал экстрагируют и высушивают, из кернового материала изготавливают пластину толщиной 3-5 мм, на закрепленную пластину на горизонтальной поверхности дозировано по каплям на центр пластины подают дистиллированную воду, а наличие анизотропии и направление главных осей анизотропии проницаемости определяют по форме образующегося на пластине мокрого пятна.
На чертеже представлена схема проведения эксперимента по определению анизотропии порового пространства и положения главных осей тензора проницаемости горных пород на керне, на котором обозначено: 1 - пластина из керна горной породы, 2 - пятно от дистиллированной воды на пластине, 3 - направление главных осей тензора проницаемости образца горной породы.
Сущность изобретения заключается в следующем. В нем используются свойства капиллярных сил, которые обратно пропорциональны диаметрам капилляров. При наличии латеральной анизотропии диаметры капилляров пористой среды в разных направлениях различны, и как следствие при смачивании пористой среды дистиллированной водой капиллярное пропитывание поверхности образца будет не равномерным по окружности, а эллиптическим.
Перед началом экспериментальных исследований испытуемый образец (исходный керновый материал диметром 10-15 см и высотой 15-20 см) торцуется, экстрагируется и высушивается.
Далее, из исследуемого в лаборатории образца, изготавливается специальный образец для проведения исследований по экспресс методу - тонкая пластина (толщиной 3-5 мм), которая выпиливается из исходного кернового материала (позиция 1 на чертеже). Ось симметрии керна считается совпадающей с главным направлением тензора коэффициентов проницаемости и образец выпиливается с помощью циркулярной пилы, либо лазерной резкой.
Подготовленная соответствующим образом пластина закрепляется на строго горизонтальной поверхности. После этого над центром пластины на высоте 5-10 мм от поверхности устанавливается емкость с жидкостью - медицинский шприц, капельница или пипетка. В качестве жидкости можно использовать дистиллированную воду, при необходимости подкрашенную. Используемый объем жидкости может составлять порядка половины порового объема испытываемого образца. Жидкость из установленной над поверхностью пластины емкости дозировано, по каплям вводится в образец таким образом, чтобы каждая капля полностью впитывалась в поверхность пластины и лишь затем на пластину подается следующая капля жидкости.
В результате пропитки образца будет образовываться «мокрое пятно» (позиция 2 на чертеже), которое может иметь различную форму. Например, если в среднем диаметры капилляров одинаковы по всем направлениям, то «мокрое пятно» будет круглым, а если имеет место наличие анизотропии, т.е. размеры диаметров пор в среднем различные, то «мокрое пятно» будет иметь форму эллипса. По ориентации эллипса на пластине керна можно определить направления главных осей тензора проницаемости, которые совпадают с полуосями эллипса.
Использование описываемого способа позволяет без использования дорогостоящего оборудования за короткий срок определять анизотропию фильтрационно-емкостных свойств пористых сред и направления главных осей тензора проницаемости.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №2292541 C1, кл. G01N 24/08, 2007.
2. Семенов В.В., Казанский А.Ю., Банников Е.А. Изучение анизотропии горных пород на керне и ее ориентация в пространстве палеомагнитным методом. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2008, №1, с.18-23.
3. Исказиев К.О., Кибиткин П.П., Меркулов В.П. Методика определения анизотропных характеристик коллекторов. // Нефтяное хозяйство. 2007, №1, с.30-31.