книги из ГПНТБ / Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа

«выпадение периода», т. е. регистрацию не первых вступлений зву­ ковой волны, а последующих. Это явление устанавливается порезкому увеличению интервального времени (аномально низкие зна­ чения сейсмической скорости). Однако необходимо учитывать, что «выпадение периода» может быть обусловлено не только трещи­ новатостью, но и скважинными условиями.

В работе [194] показано, что наличие микротрещин в горных породах уменьшает скорость упругих волн, т. е. увеличивает вре­ мя пробега их через образец. Здесь следует иметь в виду, что ско­ рости, полученные лабораторным путем, обычно на 20—30% ниже, чем данные, измеренные в естественных условиях. Кроме того, скорости упругих волн в горных породах, содержащих нефть, как правило, ниже, чем в водонасыщенных породах.

Результаты исследований трещиноватых карбонатных породколлекторов месторождений Гаша и Селли в Дагестане [16] при помощи ультразвука показали следующее:

—скорость распространения ультразвука параллельно напла­ стованию пород выше скорости вкрест наслоению;

—изменение структуры порового пространства вследствие раз­ вития вторичных процессов обусловливает уменьшение скорости ультразвуковых волн.

Известно, что величина пористости горной породы отражает воздействие всех уплотняющих факторов. Вместе с тем величина скорости упругих волн определяется пористостью горных пород. Зависимости скорости упругих волн от плотности и пористости гор­ ных пород имеют сложный характер; они взаимообратны друг другу. Так, при малой пористости и большой плотности скорость изменяется более резко.

Для корреляции скоростей упругих волн с данными распределе­ ния трещиноватости можно использовать материалы о распреде­ лении густот трещин в естественных обнажениях. Пример подоб­ ной корреляции приведен для известняков и песчаников палеозоя

Ермекеевской площади (Русская платформа). При сопоставлении данных распределения густот трещин в известняках конхиферового подъяруса, обнаженных на дневной поверхности, и данных по скоростям упругих волн в этих известняках видно, что по всей длине профиля отмечается совпадение этих величин (рис. 43).

Известно, что в практике сейсмических работ на востоке Рус­ ской платформы при поисках погребенных структур комплекс карбонатных пород нижней перми, карбона и девона мощностью более 1 км принято объединять в одну общую толщу. Скорость распространения упругих волн в ней в пределах отдельной разве­ дочной площади принимается постоянной. Однако в работе [7] показано, что допущение о постоянстве скорости упругих волн в карбонатных породах является малосостоятельным, так как фи­ зические свойства даже однопластовых литологических комплексов, резко изменяются под влиянием различных фациальных и струк­ турных факторов (послойная зональность). Такое послойное изме­

14-2

нение физических свойств карбонатных пород на локальных струк­ турах в условиях Волго-Уральской области обусловлено измене­ нием интенсивности тектонической трещиноватости.

Основным фактором, определяющим скорости прохождения упругих волн в осадочных породах, является состав и структура горных пород. Другие факторы — преобразующие. К ним принад­ лежит фактор метаморфизма (геохимические преобразования гор­ ных пород), тектонический фактор (динамическая нагрузка) и гравитационный фактор (вертикальная статическая нагрузка).

Т,'/и м/сек

Рис. 43. Сопоставление эффективной скорости и густоты трещин {224].

1 — густота трещин в известняках; 2 — эффективная скорость; 3 — густота трещин

впесчаниках.

Вработе [82] приведены данные теоретических исследований изменения пористости и проницаемости трещинных коллекторов

при всестороннем изометрическом сжатии. В качестве модели при этом исследовании был избран пласт, матрица которого пред­ ставлена низкопористой и непроницаемой средой с заключенной в ней неподвижной пластовой водой. Матрица рассечена систе­ мами трещин, ориентированными в 3 взаимно перпендикулярных направлениях. В этой модели трещинного коллектора открытую пористость составляет объем трещин и каверн (расширений), раз­ витых по трещинам. Найденный коэффициент сжимаемости тре-. щин рассматриваемой модели оказался на порядок ниже коэффи­ циента сжимаемости, определенного по промысловым данным. В связи с указанным можно предположить, что установленный при теоретическом расчете коэффициент является, вероятно, ниж­ ним предельным коэффициентом сжимаемости трещин реального

коллектора.

В целом эти исследования показали, что изменения величины открытой пористости трещинного коллектора при всестороннем сжатии определяются отношением эффективных напряжений,

143

сжимаемостью трещин и отношением трещинной и общей порис­ тости коллектора.

Изменения величины проницаемости трещинного коллектора при всестороннем сжатии согласно результатам рассматриваемых исследований определяются также отношением эффективных на­ пряжений и сжимаемостью трещин. Однако эти изменения превос­ ходят таковые для пористости. Предполагается, что при эксплуа­ тации залежей в трещинных коллекторах упругие изменения ко­ эффициентов пористости и проницаемости обычно невелики. Они могут резко увеличиться лишь при больших перепадах пластовых давлений.

При интерпретации геофизических данных, как известно, при­ меняется моделирование, в основе которого заложено то или иное представление о реальной среде. Результаты интерпретации за­ висят от степени соответствия избранной модели реальному пла­ сту-коллектору. Однако даже в тех случаях, когда известен тип коллектора, по данным геофизических измерений не всегда уда­ ется однозначно оценить тот или иной тип пористости. Объяснить это можно тем, что реальная карбонатная порода обычно харак­ теризуется случайными (вероятностными) распределениями пус­ тот различного генезиса.

Для преодоления указанных затруднений при интерпретации геофизических сигналов, вызванных частой изменчивостью струк­ турных особенностей карбонатных пород, предлагается применить вероятностное (стохастическое) моделирование [80]. Как извест­ но, в принципе стохастические модели в той или иной степени позволяют .при анализе суммарные геологические данные, отра­ женные в геофизических сигналах, подразделить на отдельные со­ ставляющие.

Такая модель создана и реализована во ВНИГРИ на ЭВМ (типа БЭСМ) на базе современных представлений об образова­ нии пористости трещиноватых карбонатных пород. В указанной модели суммарная пористость пород составлена из закономерных (детермированных) и случайных (стохастических) компонент. Диаграммы каротажа, отражающие изменение общей пористости пород по разрезу, содержат указанные закономерные (первичная межзерновая пористость) и случайные (вторичные пустоты—■вто­ ричная межзерновая пористость, каверны, трещины) составляю­ щие, распознавание и выделение которых из эмпирического сиг­ нала является весьма важной задачей.

По данным анализа закономерных составляющих представля­ ется возможным распознать тип коллектора в карбонатном раз­

144

—если закономерные составляющие по данным НГМ (в еди­ ницах сопротивления) проходят выше закономерных составляющих по данным КС, пористость в рассматриваемом интервале пред­ ставляет собой сумму межзерновой и трещинной пористости;

—в случае прохождения закономерной составляющей по дан­ ным НГМ ниже закономерной составляющей по данным КС, мож-

Рис. 44. Опыт вероятностного моделирования при анализе промыслово-геофи­ зических данных на примере скв. 2 Серго-Кала {по 80].

/ — эмпирические данные; 2 — закономерная составляющая; 3 — закономерная составляю­ щая по данным НГМ.

но предположить, что либо эффективная пористость ниже значе­ ний суммарной пористости, либо поры заполнены флюидом высо­ кого сопротивления.

Сказанное можно иллюстрировать примером интерпретации геофизических данных по скв. 2 Серго-Кала в Дагестане, карбо­ натный разрез которой (верхний мел) был детально изучен раз­ личными методами (рис. 44). Применение стохастического моде­ лирования при раздельной интерпретации геолого-геофизических данных по этому разрезу позволило выявить ряд периодических компонент, сумма которых отражает закономерное изменение гео­ логических свойств пород разреза, и остаточную кривую.

Анализ кривых показывает, что изменение межзерновой порис­ тости контролируется изменением литологического состава пород. С понижением глинистости известняков понижаются значения

межзерновой пористости. Сравнительный анализ периодических компонент, полученных из кривых изменения межзерновой порис­ тости, данных НГМ и КС, свидетельствует о циклическом измене­ нии пористости в разрезе. Рассмотрение же остаточных кривых показывают, что интенсивность случайных отклонений от законо­ мерной составляющей кривых межзерновой пористости и НГМ сравнительно меньше интенсивности отклонений данных КС, что, видимо, обязано фоновой трещиноватости. Наибольшее расхожде­ ние между закономерными составляющими по данным КС и НГМ отмечено для интервала 310—380 м, что соответствует III зоне наиболее трещиноватых пород, выделенной по геологическим данным.

По результатам измерений плотности, скорости и удельного электрического сопротивления И .И. Горюновым и др. [62] были построены графики изменений этих параметров по разрезу верх­ немеловых отложений Уллучай (Северный Кавказ). Полученные графики в статистическом отношении являются функциями рас­ пределения этих параметров с глубиной (рис. 45). Сопоставление

полезный сигнал о влиянии трещиноватости на функцию распреде­ ления того или иного геофизического параметра обычно слабый, что обусловливает необходимость получения дополнительной ин­ формации для его усиления. В данном случае это было достигнуто с помощью сложения функций распределения указанных парамет­ ров по разрезу. Такая суммарная функция распределения пока­ зана на том же рис. 45.

Функции распределения физических параметров по рассмат­ риваемому разрезу отражают также изменения во времени геоло­ гических условий, в которых формировалась горная порода. Каж­ дый геологический фактор (цикличность осадконакопления, диагенетические и эпигенетические изменения и др.) проявляется на функции распределения физических величин своей определенной гармоникой. Так, цикличность седиментации отразилась на функ­ ции распределения длиннопериодической гармоникой, тогда как эпигенетические факторы вызвали колебания более высокой час­ тоты.

В целом на современной стадии развития геофизических мето­ дов разведки для количественной оценки трещинного коллектора необходимо располагать представительным керном, позволяющим однозначно судить о структуре порового пространства. Знание последней облегчило бы задачу установления доли каждого типа пустот в общей пористости трещиноватой горной породы.

Из рассмотрения приведенных выше данных можно заключить, что наибольшую информацию о типе трещинного коллектора и его емкости для литологически однородных отложений несет комп­ лекс промыслово-геофизических методов, включающий данные об

146

УЭС (при насыщении трещин двумя различными растворами),об акустических свойствах горной породы и ее пористости по НГМ. Рациональный комплекс подобных исследований при изучении

Рис. 45. Выделение зон повышенной трещиноватости методом суммирования на примере разреза Уллучай

)62].

трещинного коллектора зависит от геологических условий каждого конкретного района; он устанавливается после проведения необ­ ходимого объема опытных работ.

исследованиями [199] этот недостаток был устранен с помощью метода определения трещинной пористости анизотропного пласта по кривым продуктивности скважин. Следует учитывать, что в обо­ их случаях этими методами определяется лишь трещинная порис­ тость, тогда как основные запасы нефти и газа в трещинных кол­ лекторах содержатся в межзерновых порах и в пустотах выщела­ чивания (каверны) блоков.

В целях определения параметров анизотропии трещинною коллектора по данным о взаимодействии скважин предлагается методика [199], основанная на данных о нестационарной фильтра­ ции жидкости в пласте. В основу ее положен известный метод гид­ ропрослушивания скважин [249, 33], при котором используются результаты взаимодействия трех скважин.

Для определения трещинной пористости анизотропного пласта по данным о стационарной фильтрации жидкости в скважине предлагается соотношение, которое можно рассматривать как ос­ нову для определения трещинной пористости различными гидро­ динамическими методами. Выведен ряд формул [169] для раз­ личных случаев геометрии трещинного пространства (две взаимно

Для определения фильтрационных характеристик трещинного коллектора по данным о восстановлении давления при неустановившемся режиме работы скважины разработан метод [44], в ос­ нову которого положены некоторые соотношения, соответствующие начальным и более поздним моментам времени переходных про­ цессов упругого режима фильтрации в трещинном коллекторе. Указанные соотношения могут быть использованы для определения величины трещинной проницаемости, пьезопроводности норовотрещинной среды, удельной поверхности трещин и других харак­ теристик.

Еще в начальной стадии разработки залежей нефти и газа, связанных с трещинными коллекторами, было замечено, что кри­ вые продуктивности скважин в этих условиях имеют характерную выпуклую форму. Исследованиями Г. И. Баренблатта, Ю. П. Желтова, Д. Н. Кузьмичева и других было показано, что такая харак­ терная для трещинных коллекторов форма кривых продуктивности обусловлена значительной сжимаемостью трещин, намного превы­ шающей сжимаемость обычных межзерновых каналов в поровых коллекторах.

Подробное рассмотрение процессов стационарной и нестацио­ нарной фильтрации в трещинном коллекторе с учетом возникаю­ щих при этом деформаций пористо-трещиноватой среды приведено в работах Ю. П. Желтова, Д. Н. Кузьмичева и Р. Г. Исаева [93, 144, 98]. Предлагаемое ими решение хорошо объясняет выпуклую форму кривых продуктивности скважин и позволяет по ним опре­ делить коэффициент сжимаемости трещин в подобном коллекторе.

149

При обработке промысловых данных по месторождениям Грознен­ ского района было показано наличие линейной зависимости рас­ крытия трещин от давления в ней пластовой жидкости [144]. За­ метим, что Д. Н. Кузьмичев [144] расчетные значения средней раскрытое™ трещин в пластах Грозненских месторождений оце­ нивает значительно меньшей величиной, чем 100 мкм.

Как уже отмечалось, одной из существеннейших особенностей трещинных коллекторов является их анизотропность относительно проницаемости. Этот фактор имеет важное значение при состав­ лении проектов разработки залежей нефти (газа), приуроченных к коллекторам подобного типа, а также при проектировании завод­ нения пласта. Так, например, при условии резкого отличия значе­ ний проницаемости в двух взаимно перпендикулярных направле­ ниях (главных осей фильтрации) расстояния между скважинами в указанных направлениях также должны отличаться друг от друга. С другой стороны, при заводнении залежей нефти в тре­ щинных коллекторах направление фронта вытеснения во избежа­ ние быстрого прорыва воды в эксплуатационные скважины долж­ но совпадать с направлением минимального значения проницае­ мости.

Выше уже упоминалось о геологических и геофизических ме­ тодах определения параметров анизотропии трещинного коллек­ тора — параметров, определяющих главные направления фильт­ рации и величины главных значений проницаемости (значений проницаемости вдоль главных осей фильтрации). Однако боль­ шинство этих методов могут дать только качественную оценку зна­ чения проницаемости вдоль главных осей фильтрации. Гидродина­ мическое исследование процессов фильтрации в трещиноватых анизотропных горных породах показало, что параметры анизотро­ пии могут быть описаны эллипсом анизотропии, представ­ ляющим собой геометрическое место точек концов радиусов-век­ торов, являющихся квадратным корнем из величины направлен­ ной проницаемости.

Известно, что эллипс может быть определен либо тремя лю­ быми его радиусами-векторами, либо двумя радиусами-векторами и площадью. Из указанного следует, что для определения эллипса анизотропии необходимо знать три величины направлений прони­ цаемости, определенных в трех различных направлениях, либо два значения направленной проницаемости и величину произведения главных ее значений.

Анализ данных о фильтрации в анизотропных средах показал, что в случае обычных гидродинамических исследований скважин в условиях анизотропного пласта результаты их с достаточной сте­ пенью точности фиксируют среднее геометрическое из главных значений проницаемости.

Таким образом, для определения параметра анизотропии того или иного участка пласта необходимо провести в его пределах комплекс гидродинамических исследований скважин, направлен­

но