Терригенные осадочные горные породы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

Кафедра «Прикладная геофизика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по петрофизике

Тема: Удельное электрическое сопротивление терригенных осадочных пород, параметры УЭС (Р, Рп, Рн), уравнение Арчи-Дахнова. Влияние температуры и давления на петрофизические зависимости параметров УЭС

Выполнил студент группы ГИСз-10-1

Томчик Надежда Сергеевна

Дата «___»_________20 г.

Руководитель Колесникова Л.А.

Дата «___»_________20 г.

Оценка

Тюмень 2012 г.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ТЕПЛОВЫЕ ПОЛЯ И ТКПЛОВЫЕ ПОТОКИ В НЕДРАХ ПЛАНЕТЫ4

1.1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ТЕПЛОВОЙ ПОТОК 4

1.2. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД 8

1.3. ТЕПЛОВЫЕ ПОЛЯ В ГАЗАНОСНЫХ И НЕФТЕНЫХ ПЛАСТАХ 13

1.4. ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОТЬ

КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ 16

2. ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД 18

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ТЕРМОГРАММ 18

2.2. ТЕПЛОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД 22 2.3. ИСКАЖЕНИЯ ТЕРМОГРАММ 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 26

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта является изучение удельного электрического сопротивления терригенных осадочных горных пород для решения различных промыслово-геофизических задач.

Поиск, разведка и рациональная разработка месторождений нефти и газа непосредственно связаны с изучением физических и коллекторских свойств горных пород и содержащихся в них флюидов.

В процессе бурения поисковых и разведочных скважин по нефтегазосодержащим и перспективным на нефть и газ отложениям необходимо проводить сплошной отбор керна, количество которого должно обеспечить выявление изменчивости литологии и физических свойств коллекторов, а также надежную интерпретацию материалов промыслово-геофизических исследований. Образцы пород для лабораторного исследования должны быть отобраны через каждые 0,5 м мощности продуктивной части выдержанного пласта и через 0,25-0,3 м невыдержанного пласта.

На этапе поискового бурения выполняют исследования, позволяющие судить о модели коллектора, его литологии, коллекторских свойствах и свойствах флюидов в порах породы, устанавливают связи, позволяющие качественно интерпретировать данные ГИС.

На этапе разведочного бурения проводят исследования, позволяющие получить зависимости, необходимые для интерпретации данных ГИС с целью количественной оценки запасов нефти и газа. Для этого незаменимым оказывается измерение удельного электрического сопротивления частично и полностью водонасыщенных образцов, поскольку данное свойство тесно связано с важнейшим количественным показателем содержания углеводородного сырья в породе - ее пористостью.

Поэтому изучение УЭС на керне является актуальным для интерпретации геофизических методов исследования скважин.

Цель проекта будет реализована через решение следующих задач.

· Понятие УЭС, особенности УЭС в терригенных осадочных горных породах.

· Связь УЭС с пористостью и другими параметрами, физико-математическая модель горной породы.

1. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТИ
В ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Электрическое сопротивление вещества

Атомы химических элементов характеризуются величиной электрического заряда, но в свободном состоянии являются электрически нейтральными, поскольку суммарный отрицательный заряд электронов скомпенсирован равным по величине положительным зарядом протонов ядра. Электрический ток возникает под действием внешнего электрического поля или других факторов вследствие движения электронов внешней электронной оболочки, что обусловливает периодичность изменения величины сопротивления и характера проводимости.

Электрическое сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать прохождению электрического тока. Процесс электропроводности сводится к движению (дрейфу, миграции) носителей зарядов (ионов, электронов, дырок) в направлении соответствующих электродов, при помощи которых в рассматриваемое вещество вводится ток.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) определяется как сопротивление (отношение падения протекающего тока) единицы объема (1 м³) при пропускании тока через этот объем от одной грани к противоположной.

Удельное электрическое сопротивление и обратная ему величина - удельная проводимость - достаточно полно исследованы в лабораториях для разных веществ, в том числе и слагающих литосферу. Все вещества условно делятся на проводники, то есть хорошо проводящие электрический ток, и диэлектрики, то есть непроводящие. Есть и промежуточные классы электрической проводимости. В таблице 1.1 приведена классификация минералов, наиболее распространенных в земной коре.

Таблица 1.1 Электрическое сопротивление наиболее
распространенных в земной коре минералов

Горные породы, сложенные различными комбинациями минералов, в разном объемном содержании, в разных конфигурациях, обладают уникальными свойствами электрической проводимости и сопротивления.

Любая геофизика может применяться там, где разные части разреза отличаются по свойствам. При зондировании свойства должны отличаться по вертикали, т.е. некие горизонтальные слои будут различны, а при профилировании свойства должны изменяться по горизонтали, т.е. какие-то вертикальные тела. Но в любом случае нужно знать истинное сопротивление пород.

Терригенные осадочные горные породы

По происхождению все горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные и метаморфические.

Магматические и метаморфические породы слагают около 90 % объема земной коры, однако на земной поверхности господствуют осадочные горные породы, занимающие 75 % площади. Осадочные горные породы формируются в термодинамических условиях, характерных для земной поверхности, и представляют собой последовательное переотложение продуктов механического (терригенные), химического (хемогенные) разрушения материнских горных пород либо продуктов жизнедеятельности живых организмов (биогенные). Именно осадочные горные породы, как правило, содержат нефтяные, газовые, угольные и многие рудные месторождения.

В группу терригенных осадочных входят все породы, состоящие из обломков, которые образуются при разрушении горных пород. Обломки переносятся водой или ветром, накапливаются в водоёмах и других естественных «ловушках» (т.е. тех местах, где они могут остановиться), образуя обломочные, или терригенные, осадки. Крупные глыбы и валуны часто остаются у подножия разрушающейся скалы. Они оторваны от материнской породы и, значит, также являются терригенными. В этом случае перенос обломков происходит под действием силы тяжести.

Самая распространённая терригенная порода на Земле — песчаник, который образуется из терригенного осадка — песка. Как бы долго ветер и вода ни перемещали песчинки, в конце концов все зёрна находят себе спокойное убежище и начинают превращаться в осадочную породу. Подобными убежищами могут служить болота, лагуны, озёра, моря — любые места, где ничто не тревожит эти зёрна. Песчинки могут спрятаться под более молодыми осадками, застрять в вязком иле, захорониться в углублениях дна. Как только движение зёрен прекращается, поры между ними начинают заполняться любым материалом, который приносит вода в твёрдом или растворённом состоянии. Это могут быть глинистые частицы, химические соединения, выпадающие в осадок из воды, живые организмы весьма малых размеров. Весь этот материал скрепляет зёрна и поэтому называется цементом. Иногда цемент образуется из самих зёрен: края обломков растворяются, растворённые компоненты скапливаются в порах и снова кристаллизуются в виде цемента. Особенно часто это происходит с кальцитом (карбонатом кальция).

Химический состав осадка довольно часто меняется, пока все его компоненты не приспособятся друг к другу. То вода принесёт избыток солей, то какое-нибудь зерно начинает разрушаться, выпуская на свободу химические элементы, то лежащий выше или ниже слой начнёт освобождаться от каких-нибудь компонентов. Немалую роль в этой природной химической лаборатории играют и органические остатки, попавшие в осадок. Они начинают гнить, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. А углекислый газ тут же ищет кальций, иногда «выхватывая» его прямо из зёрен. Жизнь осадочной породы — это постоянное приспособление к меняющимся условиям: только частицы, наконец, притёрлись друг к другу, даже слиплись (сцементировались илом или солями), как происходят новые перемены — черви переворошили весь осадок, что-то съели, а что-то извергли, сверху лёг новый слой осадка, и изменилось давление. Причины могут быть разными, а результат один — снова породе необходимо приспосабливаться к другим условиям, до стадии перерождения породы в класс метаморфических. Современный разрез осадочных горных пород формировался на протяжении 2-2,5 миллиардов лет, и продолжает формироваться в настоящее время, претерпевая изменение пород по всей глубине вплоть до кристаллического фундамента.

Новая общность частиц стремится к равновесию как внутри самой себя, так и с окружающей средой. Этот процесс бесконечен. Даже в сцементированной горной породе, где соседствуют зёрна разных составов, непрерывно идут процессы разрушения одних минералов и создания других, лучше приспособленных к существованию в новых условиях. По мере накопления сверху молодых осадочных слоев более древние породы погружаются всё глубже. На глубине их ожидают совсем иные условия: и температура выше, и давление больше. Здесь многие минералы исчезают, вместо них образуются другие, более стойкие; осадочная порода перерождается, превращаясь в метаморфическую. Если в результате движений земной коры эта метаморфическая порода выйдет на поверхность, внешние силы вновь возьмутся за её разрушение до осадка и опять будут создавать осадочную породу.

Особое внимание в петрофизике уделяется глинам - осадочным терригенным породам с микроскопическим размером зерен. Если представить себе частичку меньше 10 мкм — это и будет размер глинистого минерала. Собираясь вместе, эти крохотные минералы и образуют горную породу — глину. Будучи не очень прочно сцепленными друг с другом, они легко отрываются и создают пыль. Поскольку частички чрезвычайно малы, расстояния между ними (которые называются порами) также невелики, и вода не может пройти через глину, как через песок. Она задерживается между глинистыми частичками, связывает их, и теперь это уже не пыль, а чавкающая грязь. Частички в обводнённой глине крепче сцеплены друг с другом, чем в сухой. Когда глинистые частицы, слагающие породу, попадут под давление слоев, лежащих выше, они лучше «притрутся» друг к другу, прочно сцепятся, и получится плотная и крепкая глинистая порода — аргиллит. Аргиллит не боится воды, потому что она не может пройти между сцепившимися минералами, а ветер не способен вырвать из породы отдельные частички и поднять их в виде пыли. Аргиллит легко расколоть молотком на тонкие плитки.

Глинистые минералы относятся к группе слоистых и слоисто-ленточных силикатов. Высокая дисперсность глинистых минералов является их естественным физическим состоянием. Частицы глинистых минералов имеют преимущественно пластинчатую форму, однако встречаются также частицы в виде полосок, трубочек, иголочек.

Высокая физико-химическая активность глинистых минералов обусловлена не только малым размером, но и особенностями их кристаллического строения. В основе кристаллической структуры глинистых минералов лежит контакт тетраэдрических и октаэдрических элементов. Первый элемент образован кремнекислородными тетраэдрами, состоящими из атома кремния и четырех окружающих его атомов кислорода. Отдельные тетраэдры, соединяясь друг с другом, создают непрерывную двухмерную тетраэдрическую сетку.

Другим структурным элементом глинистых минералов является октаэдр, образованный шестью атомами кислорода или гидроксильными группами. В центре октаэдра может располагаться атом алюминия, железа или магния. Отдельные октаэдры, соединяясь, образуют двухмерную октаэдрическую сетку. Благодаря близости размеров тетраэдрические и октаэдрические сетки легко совмещаются друг с другом с образованием единого гетерогенного слоя. Связь между гетерогенными слоями у глинистых минералов может быть различной в зависимости от особенностей строения слоя и его заряда. У некоторых глинистых минералов она достаточно прочна и обеспечивается взаимодействием атомов кислорода и гидроксильных групп (водородная связь) или катионами, располагающимися в межслоевом пространстве (ионно-электростатическая связь). У других минералов связь между слоями менее прочная и обусловлена молекулярными силами.

В первом случае глинистые минералы имеют более жесткую кристаллическую структуру, то есть такую, когда молекулы воды и обменные катионы не могут проникать в межслоевое пространство кристалла. У минералов с жесткой кристаллической структурой (каолинит, гидрослюда, хлорит) внутрикристаллическое набухание (расширение межслоевого расстояния при взаимодействии с молекулами воды) отсутствует. Во втором случае глинистые минералы (монтмориллонит, нонтронит) имеют раздвижную кристаллическую структуру. При гидратации таких минералов молекулы воды и обменные катионы могут проникать в межслоевое пространство и существенно увеличивать межслоевое расстояние, обусловливая этим большое внутрикристаллическое набухание.

Помимо описанных глинистых минералов в природе также широко распространены так называемые смешанослойные минералы, образующиеся в результате упорядоченного или неупорядоченного чередования набухающих и ненабухающих структурных слоев (монтмориллонит-гидрослюда, монтмориллонит-хлорит). По своим свойствам смешанослойные глинистые минералы занимают промежуточное положение между минералами с жесткой и раздвижной кристаллическими структурами.

Глинистые минералы обладают ярко выраженными ионно-обменными свойствами, что совместно с малым размером частиц и высокой удельной поверхностью (суммарной площадью поверхности частиц в единице массы породы) определяет их повышенную адсорбционную способность. Это замечательное свойство позволяет использовать глины как природные высокоэффективные сорбенты для защиты почв, грунтов и подземных вод от техногенных загрязнений.

Чрезвычайно важным моментом при взаимодействии частиц глинистых минералов с водой является формирование вокруг их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС). Внутренняя часть ДЭС образована отрицательно заряженной поверхностью глинистой частицы, а внешняя состоит из адсорбционного и диффузного слоев гидратированных катионов. Структура ДЭС во многом зависит от pH и концентрации солей раствора, в котором он формируется. Из-за кристаллохимических особенностей строения глинистых минералов при изменении pH раствора наблюдается перезарядка торцевых участков глинистых частиц. Подобный эффект связан с амфотерными свойствами бокового скола октаэдрической сетки, который ведет себя подобно гидроокиси алюминия. В кислой среде скол октаэдрической сетки диссоциируется по щелочному типу, в щелочной среде скол диссоциирует по кислому типу. В результате этого процесса боковой скол глинистой частицы в кислой и нейтральной средах заряжается положительно, а в щелочной - отрицательно. Изменение заряда на торцевых участках глинистых частиц приводит к формированию в щелочных условиях одноименно заряженных, а в кислых и нейтральных знакопеременных ДЭС.

Толщина диффузного слоя зависит от состава и концентрации солей в водном растворе, окружающем частицы глинистых минералов. Она максимальна при отсутствии солей и резко сокращается по мере увеличения их концентрации. Подобное поведение ДЭС в различных физико-химических условиях является одним из главных факторов, регулирующих процессы структурообразования в глинистых осадках, и оно оказывает сильное влияние на формирование свойств глинистых пород в ходе их геологического развития.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: