6. Петрофизические связи и их использование при геологической интерпретации результатов гис.

Как уже отмечалось, петрофизика, как самостоятельная дисциплина, сформировалась прежде всего как физическая основа интерпретации результатов геофизических исследований скважин (ГИС) [8].

Петрофизическое обеспечение комплексной интерпретации материалов ГИС для использования их при закачивании каждой бурящейся скважины, подсчете запасов и проектировании разработки включает следующие элементы [6-8]:

• наличие петрофизических связей, позволяющих перейти от параметров, определяемых по данным индивидуальной геофизической интерпретации каждого метода ГИС, к значениям параметров, характеризующих литологию и фильтрационно-емкостные свойства пород;

• установление «петрофизического образа» каждого литотипа, присутствующего в изучаемом разрезе, т.е. граничных значений различных физических параметров, определяющих диапазон изменения данного параметра, характерный для каждого литотипа, минеральный состав литотипа.

Практически все петрофизические связи, используемые при геологической интерпретации материалов ГИС, являются корреляционными, это связано с тем, что объекты исследования петрофизики (образцы и пласты горных пород) имеют сложный минералогический состав, химический и фазовый составы. а также очень сложную геометрию пустотного пространства.

По способу получения петрофизических зависимостей различают следующие виды парных связей: «керн-керн», «геофизика-керн», «геофизика- гидродинамика», «геофизика-геофизика».

Связи типа «керн-керн» получают в результате измерения в лаборатории двух параметров – одного «геофизического» у, т.е. параметра, получаемого на первой стадии интерпретации ГИС (геофизическая интерпретация), например, параметра пористости Рп или удельной радиоактивности q породы, и параметр х, характеризующего фильтрационно-емкостные свойства литологию, например, коэффициент пористости Кп или глинистости Сгл.

Связи типа «геофизика-керн» стали получать начиная с 60-х годов в связи с созданием технологии отбора керна, обеспечивающей 100%-ый отбор и вынос керна на поверхность. При использовании результатов изучения керна, вынесенного полностью, исследованного с достаточной частотой и надежно привязанного к материалам ГИС, эффективность связей «геофизика-керн» резко возрастает.

Связи типа «геофизика- гидродинамика» получают, сопоставляя геофизический параметр у и параметр х, установленный по данным гидродинамических исследований и характеризующий фильтрационные свойства пласта, например, коэффициент проницаемости Кпр или удельный коэффициент продуктивности. Особенность связей «геофизика- гидродинамика» заключается в том, что в этом случае сопоставляются интегральные значения параметров, вычисленных по данным ГИС и гидродинамики.

Связи типа «геофизика-геофизика». Два геофизических параметра проводят нанося точки с координатами г_1, г₂ (параметры, вычисленные по данным двух различных геофизических методов) на плоскости в системе координат г₁ - г₂. Такое сопоставление проводят для решения следующих задач:

а) поиска областей значений г_1, г₂ , характерных для различных литотипов, для использования их впоследствии при литологическом расчленении разреза по данным ГИС;

б) определения областей, соответствующих продуктивным и непродуктивным коллекторам в изучаемом разрезе, для использования полученного построения при оценке характера насыщения коллекторов.

6.1. Петрофизические зависимости «керн – керн» вида Р_п= f(k_п) и Р_н = f(k_в) и их значимость.

Петрофизические зависимости вида Р_п= f(k_п) и Р_н = f(k_в) составляют петрофизическую основу для интерпретации данных электрических методов исследования скважин. Так на основе уравнения Р_п= f(k_п) через параметр Р_{п ,} который определяется по данным ГИС (каротажные диаграммы электрических методов ГИС + поправки) производится определение коэффициента открытой пористости Кп.

На основе уравнения Р_н = f(k_в) через параметр Р_н, который также определяется по данным электрических методов исследования скважин определяют коэффициент водонасыщенности К_в (объем воды в порах породы). Зная К_в можно определить коэффициент нефтегазонасыщенности: К_нг = 1 – К_в – используется уравнение

Р_н = f(k_в) полученное первым способом (см. ниже).

Вторым способом получается уравнение вида Р_н = f(k_во), где k_во – коэффициент остаточной водонасыщенности. В этом случае через k_во оценивается предельное значение Кнг = 1 - К_во.

Петрофизическая зависимость вида Р_п=f(k_п)

Удельное электрическое сопротивление ионно-проводящей породы определяется формулой ρ_п = Р_п ρ_в, где ρ_в – удельное электрическое сопротивление флюида, находящегося в порах породы, а коэффициент пропорциональности Р_п называется параметром пористости [1,2,3].

Для пород с размером пор больше 0,1 мкм, когда можно пренебречь влиянием ДЭС на поверхности твердой фазы на электропроводность поровых каналов, параметр пористости Р_п является константой данной породы, которая не зависит от минерализации и удельного сопротивления воды, насыщающей породу, но величина Р_п зависит от количества воды в единице объема породы и равномерности распределения ее по породе. Так как количество воды в породе определяется коэффициентом по­ристости К_п, а распределение ее по породе — формой (структу­рой) порового пространства, можно сказать, что относитель­ное сопротивление зависит от пористости породы и структуры порового пространства (геометрии пор). Как известно, геометрия порового пространства реальных осадочных пород настолько сложна и разнообразна, что целесообразность применения теоретических выражений для описания характера связи между Р_п и К_п весьма ограничена. На практике по результатам экспериментальных исследо­ваний образцов пород получают зависимости относительного сопротивления Р_п от пористости К_п для пластов, характеризующихся общностью текстурного строения (отсортированностью зерен, формой поровых каналов,..). Располагая зависимостью Р_п=f(k_п), по величине относительного сопротивления можно оценивать пори­стость породы.

Вид зависимости Р_п=f(k_п): Р_п = а К_п^-m или Р_п = К_п^-m ,

где а и m - константы, которые определяют экспериментально для коллекции образцов, представляющей изучаемый геологический объект.

Величину m называют показателем цементации породы (структурный показатель):при отсутствии глинистости для терригенных и карбонатных пород с межзерновой пористостью хорошо сцементированных;

m =1,8 – 2,0; с каверново-межзерновой для пород пористостью m > 2; для плотных сцементированных пород, содержащих трещины , в пределе величина m существенно ниже значения m =1,8 – 2,0 характерного для таких пород при отсутствии трещин , в пределе m →1.

Коэффициент а – постоянный коэффициент для данных отложений.

Известно, что зависимость параметра пористости Р_п от извилистости поровых каналов Т_г определяется формулой Т_г² = Р_п К_п, где К_п - коэффициент пористости. С другой стороны, согласно формуле Козени – Кармана коэффициент проницаемости пород К_пр = F ( К_п³/ Т_г² ) [1-3]. Тогда К_пр = F ( 1/ Р_п ) , т.е параметр пористости Р_п можно использовать для качественной оценки проницаемости пород: чем ниже значение Р_п тем более проницаемой должна быть порода.

Петрофизическая зависимость вида Р_н=f(k_в)

Удельное сопротивление р_н.п породы с частичным водонасыщением объема пор определяется выражением

р_{н. п.}=Р_н р_{в. п.}

где Р_н — параметр насыщения, предложенный В. Н. Дахновым, показывающий, во сколько раз возрастает величина р_н.п частич­но водонасыщенной породы по сравнению с ее удельным сопро­тивлением р_в.п при полном насыщении водой объема пор.

Величина Р_н зависит от объемной влажности w_i или коэффи­циента водонасыщения к_в, а также от геометрии объема, зани­маемого в порах остаточной водой.

Различают два вида связи между Р_н и k_в по способу их по­лучения

1.Для каждого образца, представляющего изучаемый кол­лектор, рассчитывают несколько значений Р_н = р_н.п/р_в.п при раз­личных значениях k_в, который изменяют в пределах k_во<k_в<1. При этом Р_н изменяется в пределах Р_н.пред>Р_н>1, где k_во и Р_н.пред соответственно коэффициент остаточного водонасыщения и предельное (максимальное) значение параметра Р_н, отвечающее k_во. В результате таких исследований для каж­дого образца получают индивидуальную зависимость Р_н=f(k_в). В дальнейшем связи P_н=f(k_в), полученные для отдель­ных образцов, объединяют в одну группу, характеризующую определенный класс коллектора.

2. Для каждого образца изучаемой коллекции определяют только величину k_в.о и соответствующее ему значение Р_н.пред. Затем наносят точки с координатами Р_н.пред, k_в.о для различных образцов на бланк и методом наименьших квадратов получа­ют статистическую связь Р_н.пред - k_в.о для всего геологического объект.

Зависимости Р_н=f(k_в) первого рода характеризуют связь параметров Р_н и k_в в переходной зоне нефтяной или газовой залежи в недонасыщенных углеводородами коллекторах, а за­висимость Р_н.пред — f(k_в.o)—в зоне предельного насыщения зале­жи углеводородами.

Связь между параметрами Р_н и k_в выража­ют эмпирическими формулами Р_н=ак^-n_в или Р_н=к^-n_в , где а и n константы, характеризующие определенный класс про­дуктивного коллектора.

Для значитель­ной части объектов получены нелинейные (в двойном логарифмическом масштабе) связи Р_н—f(k_в), которые можно предста­вить совокупностью отрезков связей P_н=f(k_в) с различным n.

В коллекторах со сложной геометрией пор зависимости P_н=f(k_в) существенно отличны от зависимостей для межзерно­вых коллекторов. Так, для кавернозной породы 1<n<1,3, а для трещиноватой n>>2. Для трещиновато-кавернозной породы воз­можны различные n в зависимости от того, какое влияние пре­обладает на величину р_нп — трещин или каверн.

В гидрофобных коллекторах с межзерновой пористостью, а также смешанного типа (межзерновые поры, каверны, тре­щины) n>2, причем отличие n от 2 тем больше, чем выше сте­пень гидрофобизации коллектора. Это объясняется резким уве­личением извилистости токовых линий благодаря прерывистос­ти пленки воды на поверхности пор, вызванной гидрофобизацией поверхности порового пространства.

В гидрофильных коллекторах n снижается с увеличением глинистости (n<<2).