Фильтрационно-емкостные параметры горных пород: цели и задачи исследования, связь с другими физическими свойствами.

Предмет, цели и задачи петрофизики в геологическом цикле исследований горных пород.

Петрофизика – наука естествознания, изучающая физические свойства горных пород и процессы, в них происходящие с целью выявления полезных ископаемых в литосфере Земли.

Цель - изучение геологического строения отдельных регионов, поиски и разведка полезных ископаемых.

задачи – определение изменения петрофизичиских свойств горных пород в зависимости от:

- литологической характеристики;

- условий исследования (пластовые, атмосферные);

- изменения петрофизических свойств под воздействием промывочной жидкости

Понятие горной породы в петрофизике. Петрофизическое моделирование горной породы. Цели и задачи. Основные петрофизические параметры.

Горная порода – это устойчивая, гетерогенная (неоднородная), многокомпонентная, многофазная, термодинамическая система, представленная сочетанием минералов и образующая геологическое тело.

Под петрофизической модельюпонимается выраженная в аналитической форме связь результирующей петрофизической характеристики породы в целом с объемными содержаниями и петрофизическими характеристиками ее минеральных компонентов (включая газ и жидкие минералы - нефть и воду). Решение проблемы обоснования петрофизической модели метода составляет содержание петрофизики. Этот способ заключается в построении такой физической модели породы-коллектора, в которой значение искомого интегрального параметра определяют через долевые вклады, физические свойства, размеры и форму каждой составляющей смесь компоненты. При создании структурной компоновки из отдельных элементов размещают (n-1)-ю компоненту в пространстве, заполненном одной из компонент и образующем вмещающую среду, используя операции последовательного смешения и вложения, и при этом по меньшей мере для одной n-компонентной смеси дополнительно создают обратную сопряженную n-компонентную смесь. В результате применения изложенных принципов и приемов может быть, например, сконструирована модель глинистого водонефтенасыщенного коллектора, представленного четырехкомпонентной смесью, из которых две компоненты (жесткие зерна скелета и обладающая текучестью нефть) являются неэлектропроводными, а две другие обладают собственными электропроводностями и представляют собой способную к перемещению воду и неподвижную пластичную "влажную глину", состоящую из пеллитовой фракции со связанной водой. Под петрофизической моделью понимают объемное распределение в геологическом пространстве физических параметров, которые характеризуют главные структурно-вещественные комплексы изучаемого геологического объекта. Под термином структурно-вещественные комплексы (СВК) понимают объединенные по одному или нескольким физическим свойствам совокупность геологических образований, наделенную соответствующими «эффективными» физическими характеристиками. Именно структурно-вещественные комплексы являются реальными объектами геофизического изучения.

Формирование петрофизических моделей предусматривает последовательное решение ряда задач:

1) Лабораторные измерения комплекса физических свойств на образцах эталонных выработок;

2) Анализ данных и выделение СВК, расчеты их обобщенных физических характеристик;

3) Получение массовой петрофизической информации по данным ГИС и выделение СВК в геологическом разрезе;

4) Построение объемной петрофизической модели по результатам корреляции выделенных СВК между скважинами.

Как правило, в результате анализа петрофизической информации устанавливают доминантное физическое свойство, наиболее контрастно выделяющее заданный класс геологических объектов.

Основными петрофизическими параметрами горных пород являются пористость, проницаемость, газонефтеводонасыщенность и ее распределение, электропроводность горных пород и пластовых жидкостей, структура порового пространства и радиоактивность.

Виды и уровни неоднородности горных пород.

Фазовая неоднородность (представлена тремя фазами – твердой, жидкой, газообразной, или двумя – твердой, жидкой или твердой, газообразной) породы предполагает наличие границ раздела между обособленными объемами, занимаемыми каж­дой фазой. Молекулы каждой фазы, расположенные в приграничной области, толщина которой оценивается примерно как утроенный ра­диус сил молекулярного взаимодействия, образуют пограничные слои со свойствами, отличными от свойств граничащих фаз. При неболь­шой площади поверхности раздела фаз доля пограничного слоя в объеме породы пренебрежимо мала. С ростом пло­щади поверхности раздела возрастает доля объема, занимаемого пограничным слоем, и соответственно вклад его в интегральное зна­чение изучаемого параметра, так что пренебрегать наличием погра­ничного слоя уже нельзя. Примером фазовой неоднородности может служить водоносный неглинистый коллектор, в котором твердая фаза минерального скелета и свободная вода в порах занимают обособлен­ные объемы, разделенные поверхностью с малой площадью. С появ­лением глинистой компоненты в минеральном скелете возрастает площадь поверхности раздела, и доля физически связанной воды, рас­положенной в приграничном слое, становится заметной.

Компонентная неоднородность каждая фаза представлена одним, двумя или несколькими минералами (твердая фаза), жидкостями (жидкая фаза), газами (газообразная фаза).

Структурно - текстурная неоднородностьхарактеризует образование, состоящее из двух или более различных пород, чередующихся в объеме изучаемого геологического объекта – образцы породы, пласта и т.д. Примерами являются раз­новидности глинистого песчаника, содержащие глинистый матери­ал, распределенный по объему в виде прослоев, чередующихся с про­слоями песчаника, линзочек или гнездовидных включений.

Масштабы неоднородностей зависят от их генезиса, и образуют раз­личные уровни неоднородности. Составные части породы и их примерные размеры, мкм

Атомы, ионы............................... 0,5 • 10^-4— 2 • 10^-4

Молекулы................................... 10^-4 — 10^-3

Моно- и полимолекулярные слои (толщина) 10^-4— 10^-1

Поры, заполненные жидкостью, газом 10^-4— 10³

Зерна твердого скелета............ 10^-3— 10⁵

Полости выщелачивания......... 10²— 10⁷

Прослои, линзы, включения..... 10³— 10⁷

Фильтрационно-емкостные параметры горных пород: цели и задачи исследования, связь с другими физическими свойствами.

Фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) определяют способность горных пород вмещать (пористость) и фильтровать (проницаемость) флюиды.

Фильтрационно-емкостные свойства
Фильтрационные свойства:	Емкостные свойства:
Проницаемость	Пористость
КПР – к-т проницаемости	КП – к-т пористости – показывает долю пустот в объеме горной породы КП= - объем пустот/объем породы

Проницаемость -это свойство горных пород-коллекторов пропускать через себя флюиды при наличии градиента давления. Почти все осадочные породы с первичной пористостью обладают проницаемостью. Лучшую проницаемость имеют грубообломочные породы (пески, песчаники, алевролиты).

Тонкодисперсные породы (глины, аргиллиты, тонкокристаллические известняки и т. п.) имеют весьма тонкие капилляры и поэтому практически непроницаемы. Такие породы часто служат экранами нефти и газа. Однако при появлении трещиноватости проницаемость этих пород значительно возрастает. Магматические и метаморфические породы с низкой первичной пористостью также обладают очень низкой проницаемостью, не имеющей практического значения. Исключение составляют вулканагеннообломочные (эффузивные) породы. Однако в массивах, сложенных магматическими и метаморфическими породами, в зонах развития трещиноватости и в коре выветривания могут встречаться также проницаемые разности, в которых наблюдается интенсивная фильтрация природных флюидов. Эти породы -наименее изученные в настоящее время, фактические данные по ним практически отсутствуют.

Абсолютная проницаемость - Проницаемость образца керна, насыщенного одним флюидом (водой или нефтью), инертным по отношению к породе, зависит целиком и полностью от свойств породы, а не от насыщающего флюида. Как правило, абсолютной проницаемостью называют проницаемость керна по гептану.

Газопроницаемость (Проницаемость по воздуху, гелию, азоту и т.д) - проницаемость образца керна при пропускании через него газа, зависит от давления. При высоких давлениях газопроницаемость приближается к значению абсолютной проницаемости, при низких - иногда значительно (на 50% и более) превышает её, что происходит из-за эффекта Клинкенберга - проскальзывания газа при низких давлениях.

Эффективная (фазовая) проницаемость - Проницаемость породы для отдельно взятого флюида (K_o, K_w), при числе присутствующих в породе фаз, большим единицы. Эффективная проницаемость зависит от флюидонасыщения (степени насыщенности флюидов и их физико-химических свойств).

Эффективная газопроницаемостьКак правило под эффективной газопроницаемостью понимают газопроницаемость породы при остаточной флюидонасыщенности (водонасыщенности). Определяется на образцах с остаточной водонасыщенностью также как и обычная газопроницаемость, с одним условием - при определении должны поддерживаться такие перепады давления, при которых не происходит вытеснения остаточного флюида.

Относительная проницаемость

Отношение эффективной проницаемости (K_o, K_w) к абсолютной (K_oSwir).
K_ro = K_o / K_oSwir
K_rw = K_w / K_oSwir

Источники данных о проницаемости:

• гидродинамические исследования, данные эксплуатации,
• лабораторные исследования на образцах пористой среды (керна), в условиях максимально приближённых к пластовым,
• использование данных о схожем пласте,
• математические модели (эмпирические зависимости),
• корреляционные зависимости по данным ГИС.

Лабораторные методы определения проницаемости

Проницаемость породы определяется при фильтрации флюидов через керн. Для оценки пользуются линейным законом фильтрации Дарси, по которому скорость фильтрации флюида в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна вязкости:
V = Q / F = K × ΔP / μ × L
K = Q × μ × L / ΔP × F, где

• V - скорость линейной фильтрации (см/с),
• Q - объёмный расход флюида (см³/с),
• μ - вязкость флюида (сП),
• ΔP - перепад давления (атм),
• F - площадь фильтрации (см²),
• L - длина образца (см),
• K - проницаемость (Д).

Под пористостью горных пород понимается наличие в ней пор, каверн, трещин и других полостей, содержащих нефть, газ и воду. Различают полную и открытую пористость. Полная - определяется объемом всех пор в породе, открытая – сообщающихся между собой. В нефтепромысловой практике в основном используется открытая пористость, так как она способствует извлечению нефти из недр. Она определяется как отношение объема открытых (сообщающихся) пор к объему образца породы – коэффициент пористости (Кп). Он выражается в долях единицы или процентах. Коэффициент пористости характеризует емкостные свойства пород – коллекторов. Расчет его производится по следующей формуле:

Кп = Vпор/ Vобр

Кп = Vпор/ Vобр 100% , где
Кп – коэффициент пористости; Vпор – объем сообщающихся полостей; Vобр – объем образца породы, см3

Значение коэффициента пористости зависит от размера и формы зерен, степени их отсортированности и уплотнения, а также от минерального состава цемента и типа цементации. Наибольшей пористостью среди терригенных пород в естественных условиях обладают несцементированные или слабосцементированные разности. По величине поровых каналов выделяются следующие группы: сверхкапиллярные, с диаметром пор – 0,508-2 мм; капиллярные - 0,0002 - 0,508 мм; субкапиллярные – менее 0,0002 мм. Движение нефти и газа в сверхкапиллярных порах происходит свободно, капиллярных – при значительном участии капиллярных сил, субкапиллярных – движение жидкости практически невозможно. Породы с субкапиллярными порами относятся к непроницаемым, плотным: глины, глинистые сланцы, известняки. В зависимости от характера полостей выделяют три типа коллектора: поровый, каверновый, трещинный. Поровые коллекторы образованы межзерновой пористостью в терригенных и карбонатных породах. Каверновые характерны для карбонатных пород. Трещинные коллекторы встречаются преимущественно в карбонатных породах и терригенных с карбонатным цементом. Они в чистом виде встречается редко и отмечены на больших глубинах в плотных карбонатных породах, песчаниках, хрупких сланцах, метаморфизованных и изверженных породах. Чаще можно видеть карбонатные коллекторы смешанного типа – порово-каверново-трещинные. В их формировании принимали участие различные процессы: выщелачивание, доломитизация - увеличивающие емкость; перекристаллизация, окремнение, уплотнение – снижающие емкостные свойства коллекторов. В зависимости от преобладания тех или иных полостей и типа коллектора пористость карбонатных пород колеблется от 0,1 до 30%. Для коллекторов с межзерновыми порами она составляет 16 – 20%. В каверновых коллекторах достигает 30% и выше. Емкость трещинных коллекторов чрезвычайно мала и составляет всего 0,1 – 3%.

формулы эффективной, открытой, динамической пористости, см. лекции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: