Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы статистически-корреляционной интерпретации материалов геофизических исследований скважин. Учебное пособие
.pdf
тодов каротажа в большей степени зависят от водородосодержания пород, т. е. от общей пористости. С увеличением общей пористости показания НК уменьшаются. Получается следующее: угольные пласты
характеризуются уменьшением показаний ГК и НК; карбонатные интервалы – увеличением НК и уменьшением ГК; глинистые пласты (аргиллиты) – увеличением ГК и уменьшением НК; большое
содержание
калиевых полевых шпатов в низкопористых песчаниках – увеличением
показаний ГК и НК.
Для более детального расчленения коллекторов и покрышек флюидов используют комплекс электрических методов каротажа. Например,
песчаные коллекторы в показаниях ПС почти всегда выделяются отрицательными аномалиями. Плотные породы (покрышки) выявляются положительными аномалиями КС. Наложив на выделенный песчаный
пласт результаты литологической интерпретации радиоактивных методов, можно детализировать песчаный коллектор по вмещающим породам, что крайне важно при расчете прогнозных запасов.
Проведя литологическое расчленение вдоль разреза скважины и,
выделив коллекторы с покрышками (ловушки), возникает необходимость в определении характера насыщения пластов и ФЕС коллекторов.
Характер насыщения в основном определяется методом
электрического
сопротивления. Хотя при высокой минерализации воды можно использовать и нейтронный гамма-каротаж.
На определение удельного электрического сопротивления породы
влияют диаметр скважины, мощность пласта, вмещающие породы и проникновение фильтрата бурового раствора. После учета их влияний, а
также температуры пласта и минерализации воды определяют истинное
сопротивление породы. Если УЭС
породы меньше граничного сопротивления, разделяющего на водо- и УВ-насыщенный интервалы, то исследуемый интервал пласта водонасыщенный. Это связано с тем, что породы с
минерализованной водой имеют пониженное УЭС относительно нефтегазонасыщенных пород, т. к. углеводороды являются диэлектриками.
При использовании НГК минерализованный водонасыщенный коллектор
(относительно УВ-насыщенного) будет выделяться
повышенным показанием интенсивности регистрируемого радиационного гамма-излучения
(при прочих равных условиях). Это обусловлено высоким микроскопическим сечением радиационного захвата тепловых нейтронов атомом хлора
(32 барн, например, в сравнении с алюминием – 0,23 барн и кремнием –
0,16 барн).
К ФЕС пород относят общую, открытую и эффективную пористо-
сти, объемную плотность пород, проницаемость, трещиноватость,
гли-
нистость и карбонатность коллектора. Все перечисленные характери-
11
стики породы взаимосвязаны. Поэтому при интерпретации каротажных
диаграмм для определения различных характеристик ФЕС часто применяют одни и те же материалы ГИС, но с различной зависимостью. От
точности определения открытой пористости и проницаемости пород коллектора зависит точность подсчета извлекаемых запасов нефти и газа.
Глинистые и карбонатные минералы заполняют емкости пустот
породы коллектора, т. е. его поры и трещины, тем самым увеличивают объемную плотность. Открытые емкости пор, связанные между собой капиллярами и трещинами, заполняются флюидами. Образуя тем самым эффективное пористое пространство. Открытые поры не все эффективны – они
могут быть и тупиковыми. С увеличением плотности породы уменьшаются
пористость и проницаемость, а с увеличением трещиноватости – увеличивается только проницаемость среды. Поэтому проницаемость может
быть в различной степени корреляции с открытой пористостью.
Во всех случаях, при интерпретации данных ГИС, применяют палетки и номограммы, определенные для каждого исследуемого района
работ и изучаемого горизонта. Для различных типов коллекторов используют соответствующие
каротажные диаграммы при определении
открытой пористости, глинистости и т. д. Существуют следующие типы
коллекторов: структурные (межзерновой, трещиноватый, кавернозный)
и литологические (песчано-глинистые, карбонатные и эвапоритовые).
Вначале определяют литологию коллектора, используя каротажные
диаграммы микрозонда, ПС, радиоактивных методов и ГЗ. Для выявления структуры коллектора устанавливают глубину проникновения
фильтрата бурового раствора, используют
гамма-гамма плотностной
метод, акустические методы для определения проницаемости, микрозондирование, каверномеры. В итоге, определив структурный и литологический типы коллектора, выбирают геофизические методы определения ФЕС пород.
В любом случае коэффициенты пористости, проницаемости, глинистости и пр. определяют относительно опорного пласта, с уже известными исследуемыми характеристиками, установленными на осно
-
вании керна. Например, для вычисления открытой пористости, проницаемости и глинистости коллектора можно использовать параметр α
ПС
определяемый на основании показаний ПС по известной формуле
,
–/ – /,UUUU UU
ПС ПС глин ПС ПС глин ПС min оп
() () )
где U – показания каротажных диаграмм ПС;
(
о
п
– разница собствен-
U
оп
ных потенциалов глинистого и опорного (песчаного) пласта. Для исследуемого (песчаного) горизонта изучаемого района работ (некой структуры) будут свои линейные зависимости фильтрационно-емкостных ха-
12
рактеристик от
. Линейные зависимости определяются по нескольким
ПС
опорным пластам. Причем, используя различные методы ГИС, мы будем
получать для одного и того же интервала коэффициенты ФЕС, отличающиеся друг от друга. Это обусловлено различным влиянием исследуемой
среды на физику процесса взаимодействия регистрируемых полей, поэтому полученные геофизические коэффициенты усредняются.
Применения методов спектрального анализа
типа СГК, спектрального импульсного нейтронно-гамма-каротажа, магнитного каротажа в
открытом стволе скважин позволяют определять содержания таких макроэлементов, как калий, железо, которые могут быть индикатором
определенных минералов.
Итак, используя комплекс стандартных каротажных диаграмм, петрофизические данные по керну для опорных пластов и традиционную
методику интерпретации материалов ГИС геофизики проводят
литологическое расчленение разреза, определяют ФЕС коллекторов, тип породы, характер насыщения в поровом и трещинном пространстве породы
и долю флюидов, относящихся к нефти, газу и воде (как свободной, так
и связанной).
Однако на основании полученных результатов стандартной интерпретации данных ГИС невозможно вычленить влияние на УЭС породы
поверхностной проводимости,
обусловленной вторичными электропроводящими минералами, образованными в результате наложенных геохимических процессов вследствие поступления (по системам разломов
и трещин земной коры) в коллектор глубинных флюидов. Выявление
интенсивностей вторичных процессов в породе-коллекторе крайне важно для поиска низкоомных продуктивных залежей, пропущенных при
традиционной интерпретации.
Таким образом, возникает потребность в получении качественно
иной информации по стандартным материалам каротажных диаграмм.
Необходимо развитие новых технологий интерпретации комплекса
ГИС, позволяющих вычислять интенсивности вторичных геохимических процессов, определять каналы миграции флюидов и находить продуктивные залежи углеводородов на основании полученных данных.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите основные методы ГИС, используемые в разведоч-
ных и поисковых скважинах.
2. Перечислите существенные решаемые задачи при интерпрета-
ции комплекса ГИС.
3. Какие петрофизические характеристики пород вы знаете?
4. Отчего зависит УЭС породы?
13
5. Какие основные петрофизические характеристики отражаются
на диаграмме ПС?
6. Перечислите литологические типы пород, выделяемые метода-
ми ГИС, и их отличия.
7. Какие петрофизические параметры определяются радиоактив-
ными методами каротажа?
8. Что позволяет решать геологическая интерпретация данных
ГИС?
9. Обозначьте проблему интерпретации материалов ГИС.
14
3. ТЕОРИЯ СТАТИСТИЧЕСКИ-КОРРЕЛЯЦИОННОЙ
ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ГИС
Проблема обеспечения текущей добычи углеводородов приростом
извлекаемых запасов требует развития и оптимизации обработки и интерпретации каротажных диаграмм. Возможное решение этих проблем
опирается на получение принципиально новой информации на основе
разработки новых методических и технологических подходов в области
интерпретации материалов ГИС.
Рассматривая терригенный пластовый коллектор как эволюционирующую структурную гетерогенную систему
ным составом, возникает необходимость в определении интенсивности
вторичных геохимических процессов в исследуемой породе при соответствующем нарушении химического равновесия в результате проникновения внешних флюидов. Анализируемый процесс называется процессом наложенного эпигенеза, интенсивность которого контролируется отношением времени преобразования к времени течения глубинных
флюидов в зонах проницаемых
Интенсивность данного процесса можно определить по количеству
аутигенных минералов, сформированных в результате вторичных преобразований (и генетически с ними связанных) аллотигенных минералов относительно их первоначального содержания на единице площади.
Для этого необходимо провести минералого-петрографические исследования образцов керна. Концентрацию первичных аллотигенных минералов часто определяют по косвенным признакам
возможности (например, отсутствует керн), то остается изучить материалы геофизических исследований скважин и по результатам инновационной интерпретации данных ГИС попытаться определить качество и
степень вторичных геохимических изменений среды.
При стандартной интерпретации материалов ГИС терригенных
коллекторов мы получаем петрофизическую информацию, относящуюся к фильтрационным свойствам пород (
тость), по которым (приблизительно) можно вычислить время фильтрации либо определить литологию пласта, образованного в результате седиментационных и эпигенетических процессов. В рамках полученной
стандартной интерпретации геофизической информации почти невозможно вычленить формирующиеся вторичные процессы, установить
химические реакции, реализующие в породе, а тем более вычислить их
интенсивности. Но в
чину статистической интенсивности вторичных процессов в исследуемом интервале, обусловленную корреляционной связью между измеря-
то же время существует способ определить вели-
пород [20, 29].
с изменяющим минераль-
. Но если нет такой
проницаемость, трещинова-
15
емыми геофизическими характеристиками. Величины статистических
параметров корреляционной связи контролируются содержанием вторичных минералов, петрофизических параметров, зависящих от интенсивностей геохимических и физико-химических процессов.
3.1. Геохимические основания метода СКИ
В основе предлагаемого метода статистически-корреляционной интерпретации материалов ГИС лежит не усреднённое (по интервалу) показание изменения величины одной каротажной диаграммы,
а совокупносинхронное, корреляционное изменение точечно-дискретного массива
данных в исследуемом интервале двух каротажных (либо петрофизических) диаграмм. Амплитуда изменения измеряемого параметра (её первой
производной) одной диаграммы не будет являться признаком интенсивности процесса влияния, соответственно, и не будет являться показателем
содержаний вторичных минералов. Например, увеличения содержаний в
породе таких вторичных
глинистых минералов, как каолиниты, гидрослюды и монтмориллониты, обуславливают повышения показаний ГК и диаграммы ПС, но этот факт не является признаком их вторичности. Признаком вторичности глинистых минералов могла бы быть некая нетривиальная двумерная регрессия, не связанная с осадконакоплением.
Рассмотрим геохимические причины и механизмы образования
вторичных минералов (и
их групп) в процессах углекислотного и щелочного метасоматозов, а также других процессов, связанных с углеводородным насыщением коллектора. Вначале дадим определения метасоматоза и эпигенеза в рамках глубинных геологических систем (пластов, литологических интервалов) [11, 31].
Метасоматоз – это процесс замещения минеральных комплексов,
протекающий под влиянием глубинных флюидов (воды, гидротермальной смеси газа
и нефти) с изменением химического состава породы при
постоянном объеме, в результате которого растворения аллотигенных,
первичных минералов и отложения вторичных происходят одновременно, при сохранении твердого состояния. Как правило, вторичные минералы в наибольшей степени кристаллизованы.
Наложенный эпигенез – это любые изменения среды открытых
геологических систем в результате прохождения химических реакций
при поступлении глубинных флюидов, обусловленных образованием
тектонических каналов миграции (субвертикальных разломов, трещин)
и соответственно, имеющих локальный площадной характер.
Итак, перечислим геохимические основания метода СКИ материалов ГИС в полимиктовых песчаных пластах:
16
Корреляция глинистости с пористостью. Вторичные преобразова-
ния песчаных толщ на стадии катагенеза, обусловленные процессами
наложенного эпигенеза, меняют не только минеральный состав породы,
но и вносят значительный вклад в изменения ее фильтрационноемкостных свойств. Например, в результате поступления глубинных
флюидов с растворенной углекислотой (pH = 4…5) углекислотный метасоматоз может протекать следующим образом [11]:
Калиевый полевой шпат HO CO Каолинит KHCOHSiO
Глиноземный хлорит HO CO Каолинит Mg Fe
22 344
22
3
HSiO TiO HCO
44 2
22
Здесь мы видим, что в кислых средах происходит
каолинитизация как
полевого шпата, так и глинистых минералов. Причем в результате повышенной кислотности растворяется не только заполняющий поры цемент, но
и матричный алюмосиликат. Емкость коллектора повышается на 2…3 %,
а проницаемость в несколько раз. Соответственно, в этом случае прослеживается
прямо пропорциональная зависимость пористости с глинистостью
(каолинитом, гидрослюдой), о чем неоднократно свидетельствовали различные авторы [11, 33]. При отсутствии наложенного углекислотного метасоматоза в песчаной породе: с увеличением глинистости пористость
уменьшается. Это и понятно: седиментационый глинистый цемент, заполняющий поры песчаной породы, уменьшает открытую пористость.
Корреляция содержания калия и УЭС породы. В процессе углекис-
лотного метасоматоза с последующим ощелачиванием среды преобразования калиевые полевые шпаты пелитизируются, образуя трехслойные
глинистые минералы (гидрослюды, смектиты) и свободные ионы, при котором катионы калия диффундируют к отрицательной поверхности глинистого слоя, тем самым повышают плотность зарядов двойного электрического слоя (ДЭС) и электрическую проводимость породы.
На глубинах
более 400…500 м в базальных слоях атомной решетки глинистых минера-
+3
лов происходит изоморфное замещение ионов
Si
на
к отрицательно заряженной поверхности ДЭС на границе
нерал – водный раствор
. Образуются адсорбционный и диффузионный
2
Al
, что приводит
глинистый ми-
слои. Электропроводящим слоем ДЭС является диффузионный слой Гуи в
водном растворе, вследствие присутствия свободных катионов. Адсорбционный потенциал зависит от степени изоморфизма.
В свою очередь, наибольшей площадью сорбционной поверхности
и емкостью катионного обмена обладает группа трехслойных глинистых минералов (смектитов), образующихся в слабощелочной среде в
процессе
гидролиза, в результате последующего ощелачивания глубин-
17
ных кислых гидротерм [31]. В таком случае если между содержанием
калия и УЭС
песчаного интервала
но со значительной долей вероятности говорить о
ции
. С увеличением интенсивности процесса пелитизации увеличивает-
выборочных значений массива данных ГИС исследуемого
наблюдается отрицательная корреляция, то мож-
вторичной пелитиза-
ся содержание вторичных пелитов в песчаниках.
Анализ нижнемеловых песчаников позволил Р.С. Сахибгарееву
прийти к выводу о том, что наиболее сильная пелитизация приурочена к
зоне ВНК [31]. И связано это в первую очередь с химически агрессивными флюидами, приводящими к выщелачиванию и преобразованию
фельдшпатидов в
глинистый минерал.
Корреляция содержания железа и УЭС породы. Образование пири-
та в природных условиях, как правило, идет вследствие реакции взаимодействия сероводорода и железистых соединений, растворенных в
воде. При низких температурах (менее 2000 ºC) в большинстве случаев
продуктом реакции на первой стадии являются метастабильные моносульфиды железа, которые затем переходят в пирит [8]. В гидротермальных системах при изменении термобарических условий
среды (ниже 1000 ºC) и pH порядка 5…6 происходит пиритизация. В этом случае
формирование пирита проходит через стадию гидротроилитизации, а
при pH 4…5 пиритизация идет непосредственно из раствора.
В щелочной среде при pH
7…9 образуется моносульфид железа, кото-
рый через некоторое время превращается в пирит.
В процессе седиментации осадков в восстановительных условиях
при разложении органики с образованием сероводорода, без доступа
кислорода формируются пириты. Затем, на стадиях позднего диагенеза
и катагенеза, в результате неотектонических движений земной коры появляются разломы и разрывные нарушения породы, по
которым снизу
вверх идет миграция флюидов с соответствующим наложением процессов реорганизации вещества. В этом случае может происходить как
преобразование, так и растворение седиментационного пирита.
На границе зон ВНК и ВГК при фазовом разделении смеси «нефть–
вода» (УВ-газ–вода) происходит резкая смена окислительновосстановительных условий. Распад гидратных оболочек частиц микроне
-
фти (в процессе формирования залежи) на собственно нефть и временно
–
диссоциированную воду, т. е. гидроксильную группу (OH
) и протон (H+),
приводит к образованию агрессивной среды. Присутствие серы (либо сероводорода) и железа в той или иной форме приводит к образованию в
этой среде вторичных пиритов. Получается, что пириты могут быть связаны как с процессами миграции флюидов (вода, рассолы, нефть, растворенные газы, смеси), следовательно, с наложенным эпигенезом в земной
18
коре, так и с осадконакоплением. Многочисленные исследования показали, что доминирующим фактором присутствия пирита в песчаных отложениях является процесс наложенного эпигенеза [12]. В этом случае данный минерал может служить индикатором присутствия углеводородов.
При присутствии в породе железосодержащих биотитов в слабокислых средах свободные гидроксильные группы могут идти на формирование
пленочных хлоритов по биотитам. При этом образуется кислая
среда вследствие увеличения доли ионов водорода относительно
–
уменьшающего количества свободных ионов OH
. Плёночный хлорит с
электропроводящей замкнутой поверхностью ДЭС может повысить
электропроводность породы и в этом случае отрицательная регрессия
железа с УЭС породы обусловлена процессами преобразования аллотигенного биотита. Вторичные хлориты более высокой степени симметрии крустифицируются по полевым шпатам, биотитам и обломкам пород. Вместо пиритизации проходит процесс хлоритизации с последующей сидеритизацией биотитов [5]. Хлоритизация идет в кислой среде
= 5…6) после каолинитизации и ощелачивания среды, при её устой-
(pH
чивости в щелочной. Как известно, все минералы, образующие в результате перечисленных процессов, содержат железо. В результате гидратации с сидеритезацией железосодержащих биотитов и образованием электропроводящих крустифицированных пленок глинистых минералов
(хлоритов) в низкоминерализованной среде (менее 30…35 г/л) может
сформироваться электропроводящая цепь
, связанная с содержанием же-
леза и понижающая УЭС породы, интерпретируемая как пиритизация.
Корреляция карбонатности и МСП. Вторичные карбонаты могут об-
разоваться после разгерметизации флюидоупоров и резкого понижения
давления. В зависимости от времени прохождения метасоматоза в нижних
слоях породы с соответствующей остаточной кислотностью среды происходит «вскипание» углекислоты и ощелоченный, мигрирующий в верхние
отложения раствор карбонатизирует (кальцитизирует) породу [9].
В районе водонефтяного контакта (ВНК) на более поздней стадии
формирования коллектора (при вытеснении вниз углеводородами водного раствора и его смешения с более щелочным раствором) повышается pH среды [7]. Это происходит вследствие поступления в раствор гидроксильных групп и образованных солей, нейтрализующих кислые
свойства воды и нарушающих ионное равновесие, где формируются
восстановительные условия. Перешедшие в раствор ионы редких земель
могут изоморфно
входить в структуру образующихся карбонатов.
Это явление основано на соответствии ионных радиусов кальция
(1,04 À) с гадолинием (0,94 À) и самарием (0,96 À). Изоморфизм происходит, если разница ионных радиусов элементов не превышает 15 %.
19
Микроскопические сечения поглощения тепловых нейтронов интересующих нас редкоземельных элементов очень высокие, у гадолиния –
49 000 барн и самария – 5800 барн (например, у кальция всего –
0,43 барн). При повышении концентрации данных элементов в 10 раз
–4
(относительно среднего содержания в песчанике порядка 10
%) абсолют-
ное значение макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов
(МСП) увеличивается на 100 %. Что возможно в случае предшествующего
растворения фосфатно-глинистой компоненты породы. Поэтому
в процессе
вторичной карбонатизации с увеличением карбонатности МСП также
увеличивается
. В песчаной породе, при обычных (первичных) карбонатах
биогенного происхождения, с увеличением карбонатности МСП уменьшается (в силу малого содержания микроэлементов в породе).
В свою очередь, при повышении pH среды отдельные растворенные
элементы (как правило, карбонаты) выпадают в осадок. Метаморфизм
породы в большей степени обусловлен вторичной карбонатизацией и пиритизацией коллектора с
ухудшением его емкостных свойств. Если каолинизация песчаников обусловлена углекислотным метасоматозом в результате поступления гидротермальных флюидов по разломам и трещинам
породы, то карбонатизация с пиритизацией песчаных пород только после
процесса углекислотного метасоматоза, когда содержание растворенного в
воде углекислого газа уменьшается, а содержание растворенных солей
увеличивается (pH при этом повышается). Это может
происходить вдали
от тектонических нарушений (в результате латеральной миграции флюидов) либо в верхних горизонтах осадочного чехла.
В районе водонефтяного контакта при резкой смене окислительновосстановительных условий образуются зоны выноса (разуплотнения) и
вторичной карбонатизации. В таком случае может проявиться прямая
связь содержаний редких химических элементов, пирита с карбонатами.
Перечисленные факторы
метасоматических проявлений образуют как
вертикальные, так и латеральные зоны метасоматитов, с глубинным генезисом и образованием резких фронтов замещения.
Корреляция глинистости с УЭС. Электропроводимость глинистых
минералов обусловлена электропроводимостью ДЭС и межслоевого
пространства. В трехслойных глинистых минералах (монтмориллонитах) в межслоевом пространстве наличие обменного катионного комплекса, обусловленного вторичными процессами, повышает концентрацию катионов, значительно увеличивая межслоевую электрическую
проводимость глинистой фракции. Межслоевую проводимость причисляют к одному из видов поверхностной электрической проводимости в
модели
расположения глинистых минералов параллельно участкам вод-
ных растворов. Увеличивающая доля подвижных зарядов поверхност-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]