МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Івано-Франківський національний технічний державний
університет нафти і газу
О.А. Гаранін, д.Д.Федоришин петрофізика
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
Івано-Франківськ
2010
МВ 02070855 - - 2010
Гаранін О.А., Федоришин Д.Д.. Петрофізика: Конспект лекцій. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010.-
Конспект лекцій розроблений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни чинного навчального плану підготовки бакалаврів за спеціальністю "Геофізика". Стисле представлення теоретичного матеріалу дозволяє студенту оволодіти знаннями, необхідними для вивчення спецкурсів з геофізичних досліджень свердловин.
Призначено для підготовки бакалаврів за напрямком "Геологія" - 6.0707. Методичні вказівки можуть бути використані студентами денної та дистаційної форм навчання.
Рецензент: кандидат геологічних наук, доцент кафедри геофізичних досліджень свердловин ІФНТУНГ Старостін В.А.
Рекомендовано методичною радою університету
від ____ _______2010р. Протокол №_____
©
Гаранін О.А., 2010
© Федоришин Д.Д., 2010
© ІФНТУНГ, 2010
ЗМІСТ
Стор.
ВСТУП………………………………………………………………………...4
1 Загальні відомості про петрофізичні параметри
і характеристики гірських порід
та їх класифікація………………………………………………….6
1.1 Густина і пористість гірських порід.
Класифікація гірських порід за густиною.
Види пористості. Залежність пористості від різних факторів……..7
1.1.1 Густина…………………………………………………………..…7
1.1.2 Пористість.………………………………………………………..11
1.2 Глинистість та вологоємність гірських порід, типи
глинистості, зв'язок глинистості з геофізичними
параметрами. Способи визначення глинистості………………15
1.2.1 Глинистість………………………………………………………15
1.2.2 Вологість гірських порід та способи її визначення…………17
1.3 Проникність гірських порід……………………………………….…..24
2 Електричні властивості гірських порід.
Петрофізичні кореляційні зв’язки…………..………….….29
2.1 Теоретичні основи фізичних і фізико-хімічних процесів, які.
обумовлюють електричні властивості гірських порід.
Питомий електричний опір гірських порід та параметри,
що його характеризують. Поляризація гірських порід,
натуральна активність……………………………………………..…..29
2.1.1 Основні електричні параметри та властивості .
гірських порід…………………………………………………….29
2.1.2 Полярізація гірських порід……………………………….…….33
2.1.3 Діелектрична проникність .…………………………….………36
2.2 Петрофізичні зв’язки та їх використання для інтерпретації
результатів геофізичних досліджень свердловин…………………..38
3 Електрохімічна активність гірських порід,
магнітні, ядерно-магнітні та
теплофізичні властивості гірських порід………….......43
3.1 Види електрохімічної активності гірських порід…………………...43
3.2 Магнітні, ядерно-магнітні та теплофізичні
властивості гірських порід……………………………………………..45
3.2.1 Діа. пара. і феромагнетики.………………………….................45
3.2.2 Явище ядерно-магнітного резонансу (ЯМР)…………............46
3.2.3 Термічні властивості гірських порід………………………….49
4 Радіоактивні та пружні (акустичні) властивості
гірських порід. Петрофізичне районування.
Статистична обробка даних ГДС та петрофізики….52
Стор.
4.1 Ядерно-фізичні (радіоактивні) властивості гірських порід………..52
4.1.1 Радіоактивність гірських порід. Закон радіоактивного
розпаду……………………………………………………………..52
4.1.2 Одиниці вимірювання іонізуючого випромінювання і
радіоактивних речовин…………………………………………..59
4.1.3 Взаємодія гама-квантів з гірською породою. Взаємодія
гамма квантів з речовиною……………………………………..64
4.1.4 Взаємодія нейтронів з речовиною. Зв'язок нейтронних
властивостей гірських порід з вмістом водню, хлору,
густиною та іншими властивостями гірських порід……….69
4.2 Пружні властивості гірських порід
Фактори, які обумовлюють пружні властивості гірських порід.
Параметри, що характеризують пружні властивості гірських
порід. Швидкість розповсю-дження ультразвукових коливань у
твердих. газоподібних та рідких сере-довищах…………….…………72
4.3 Вплив термобаричних умов на величину електричних
параметрів.…………………….………………………………………....76
4.4 Петрофізичні карти і розрізи. Петрофізичне районування……......81
4.5 Статистична обробка даних ГДС та петрофізики…..……………….86
Перелік рекомендованих джерел…………….……………….93
Вступ
Петрофізика – це область дослідження фізичних властивостей гірських порід і руд з метою вивчення історії геологічного розвитку земної кори, геологічної будови окремих регіонів, пошуків і розвідки корисних копалин. Детальна петрофізична характеристика геологічних утворень являється основою структурної геофізики, яка обумовлює найбільш інформативне рішення задач по вивченню глибинної будови земної кори, пошуків локальних структур, визначення будови і потужності колекторів нафти і газу.
Петрофізика є невід’ємною складовою частиною геофізики, найбільш тісно пов’язаною з фізикою речовин і петрологією. Із багатьох фізичних властивостей гірських порід петрофізикою вивчаються головним чином властивості, які створюють фізичні поля, які можуть бути виміряними геофізичними методами.
Високий рівень розробки теорії і техніки сучасної розвідувальної геофізики і перспективи їх подальшого удосконалення на базі досягнень фізичних і технічних наук дозволяє ставити перед геофізикою нові і більш складні задачі. Однією з таких актуальних задач являється розвиток петрофізичного аспекту геофізичних досліджень. Визначення фізичних властивостей порід приводить до успішного застосування геофізичних методів при пошуках нафти і газу. Відомості про властивості порід забезпечують раціональну постановку польових та свердловинних геофізичних досліджень, обумовлюють ефективну інтерпретацію їхніх результатів.
Становлення петрофізики як науки тісно пов’язане з розвитком геофізичних методів дослідження . Саме через це перші апаратурні розробки і систематичні дослідження фізичних властивостей гірських порід і корисних копалин в Україні і за кордоном виконувалися основоположниками розвідувальної геофізики Б. А. Андрєєвим, Г. А. Гамбурцевим, В. Н. Дахновим, А. І. Заборовським, Л. Я. Нестеровим, А.Г. Тарховим, Е. Вихертом, Г. Джеффрисом, Л. Неттлотоном, К. Шлюмберже та ін..
На протязі останніх десятиліть петрофізика склалась в самостійну науку з багатим і різноманітним арсеналом сучасних методик і окремих специфічних наукових напрямків, серед яких можна виділити наступні: регіональна петрофізика (Н.Б. Дортман, М.И. Толстой, М.І. Зазуляк, М.М. Іванюта, В.Ф. Індутний, Н.М. Свіхнушин, В.О. Федишин М.Ю. Нестеренко Л.І. Орлов, В.Й. Петерсіл’є та ін..), петрофізика нафтових басейнів (В.М.Добринін, В.Н.Кобранова, А.А.Молчанов, Н.А. Туезова), петрофізика вугільних басейнів (В.В. Гречухін), рудна петрофізика (Г.С. Вахромєєв, Л.Я.Єрофєєв, Г.Г. Номоконова, Г.А. Соловйов), фізичні властивості гірських порід при високих тисках і температурах (Г.М. Авчян, Т.С. Лебедєв, Е.І. Пархоменко, Ф. Берч, Ч. Вонг., Н. Кристинсен, Д. Чанг, Г.М. Авчян, Ю.С. Губанов, Н.С. Гудок, В.М. Добринін, А.В. Дахнов, В.Ф. Індутний, В.П. Коболєв, Л.М. Марморштейн, Е.А. Поляков, Г.І. Петкевич, С.І. Шепель та ін.), петрофізика кріолітозони (Ф.Д.Фролов, В.С. Якупов), петрофізика океанічної кори (Л.А. Піскарьов, В.П. Коболєв та ін.).
З перших років свого зародження та встановлення петрофізика була і залишається ефективним засобом вивчення стану і еволюції речовини Землі, а пізніше й інших планет Сонячної системи й небесних тіл. Одночасно вона грає роль фундаментальної науки по відношенню до всіх інших напрямків розвідувальної геофізики: магніторозвідки, гравірозвідки, електророзвідки, сейсморозвідки, геотерміки, радіометрії і т.д. Слід визнати, що петрофізиці підчас доведення методик комплексних геофізичних дослідів до цього часу не наділяється потрібної уваги. Суттєві перспективи в цьому відношенні відкриває теорія фізико-геологічного моделювання, яка оперує, зокрема, принципово важливим поняттям «петрофізична модель».
Сучасна петрофізика використовує багатий арсенал фізичних методів дослідження речовини, які дозволяють з високою експресивністю, точністю і можливістю відтворення виміряти велику кількість різноманітних фізичних параметрів гірських порід. До них відносяться: густина, різноманітні види пористості, магнітне сприйняття, залишкова намагніченість, питомий електричний опір, діелектрична проникність, п’єзоелектричний модуль, електрохімічна активність мембранний потенціал, тепло- і температуропровідність, теплоємність, характеристики природної і набутої радіоактивності, швидкості розповсюдження повздовжніх і поперечних хвиль та інші.
Завдяки інструментальним способам вимірювання і кількісному характеру інформації, яку отримують за допомогою автоматичної цифрової апаратури, яка підтримує дистанційний зв'язок, керування і телеметричну передачу даних на будь-які відстані, петрофізичні вимірювання міцно увійшли в арсенал космічних методів вивчення речовини і текстури планет Сонячної системи.
Вивчення дисципліни “Петрофізика” здійснюється з метою доведення до студентів знань про петрофізичні характеристики порід, та можливості застосування цих знань на практиці при вирішенні завдань підрахунку запасів нафти і газу. При вивченні цієї дисципліни студенти повинні максимально використовувати знання, отримані при вивченні курсів фізики, математики, динамічної геології, мінералогії, петрографії. .
По закінченню курсу студент повинен знати:
- основні петрофізичні характеристики і параметри гірських порід;
- вміти використовувати петрофізичні властивості і параметри при
підрахунку запасів нафти і газу;
- володіти технікою проведення експерименту;
- вміти користуватися лабораторною технікою і апаратурою
для петрофізичних досліджень