ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Типы глин, присутствующих в породе, не могут быть определены в результате анализа данных геофизических исследований скважин — каротажа, а только по результатам тщательного изучения образцов породы и керна, в частности по шлифам, путем сканирования электронным микроскопом или по дифракции рентгеновских лучей. Визуальное изучение образца дает возможность установить общий тип глины и общие пропорции присутствующих глин.

Когда известен тип глины, есть возможность установить значения или диапазоны значений некоторых ее свойств и соответственно определить количество присутствующих в породе глин по каротажным кривым.

Определение количества глин. Широко распространены два метода для определения количественного содержания глин в породах: по образцам керна и по каротажу.

Метод определения глинистости по образцу керна основан на рентгенографии керна (дифракции рентгеновских лучей), который осуществляется следующим образом: образец керна делится на равные порции. Половина керна подвергается стандартному рентгенографическому анализу, в ходе которого определяются количества основных минералов и общий процент содержания глин. Другая половина образца керна подвергается экстрагированию (отделению) глинистых минералов, которые впоследствии анализируются по отдельности методом дифракции рентгеновских лучей, чтобы определить примерные пропорции содержания каждой составляющей глинистой компоненты.

Метод, использующий анализ данных каротажа является приближенным и реализуется в виде нескольких методик, каждая из которых основана на определеннии конкретных характеристик глин по показаниям каротажных зондов. Результатом является показатель или набор показателей, которые должны быть связаны с общим объемом глин. При благоприятных обстоятельствах один или несколько этих показателей могут быть полезны при определении воздействия глин на показания каротажных зондов.

1) Методика гамма-лучей наиболее часто используется и основана на применении радиоактивных зондов для регистрации гамма-лучей. В этой методике тип распределения глин не имеет значения.

Объемное содержание глин определяется по формуле:

где Ср C2 — показания радиоактивного зонда (активность гамма- лучей) соответственно в чистой неглинистой породе и 100%-ных глинистых сланцах; GR — показания скважинного зонда для регистрации гамма-лучей; Vsh — объем глин.

Данная зависимость получена при следующих допущениях:

  • • глина в исследуемой зоне — та же, что использовалась для определения показаний в 100%-ной глинистой зоне;
  • • радиоактивный материал является частью глины (например, калий-40); либо количество материала, обусловливающего радиоактивность (например, уран) прямо пропорционально содержанию глин.

Чтобы определить, идиентична ли глина опорного горизонта (репера) глинистому материалу в исследуемой зоне, используется анализ образца керна (количественный объемный анализ). Так, если калий является единственным присутствующим материалом, это совершенно четко покажут данные гамма-спектрометрии (правда, этот метод относительно дорог, статистически непостоянный и поэтому редко используется). Если один из радиоактивных материалов представляет собой основной элемент, который вносит большой вклад в общую радиоактивность, то его доля для каждого типа глины должна быть определена и скорректирована по результатам анализа образцов.

2) Методика, использующая потенциал самопроизвольной поляризации. Здесь показателем содержания глин в породе является отклонение кривой потенциала самопроизвольной поляризации от основной линии глин в разрезе, представленном глинами/глинис- тыми сланцами:

где SP — отклонение кривой потенциала самопроизвольной поляризации от опорной линии SPsh в чистых неглинистых породах; SP{отклонение от опорной линии в исследуемой зоне.

При использовании данной методики не учитывается различие моделей распределения глин в породе; кроме того, предполагается, что способность обмена катионов глин/глинистых сланцев постоянна.

3) Методика, основанная на использовании микрозондов. В слоистых глинистых сланцах иногда можно определить мощности прослоев глинистых сланцев и чистых песчаников по кривым удельного электрического сопротивления микрозондов, отображающим геологический разрез в деталях. Удельные электрические сопротивления глинистых сланцев и прилегающей промытой фильтратом бурового раствора зоны резко различаются. Это свойство используется для выделения прослоев глинистых сланцев/глин из пористых песчаных пластов. При этом иногда необходимо провести калибровку показаний микрозонда на основе сравнения измерений мощности отложений, выполненных по керну или фотографиям керна.

Эта методика не применима к структурным или диспергированным (рассеянным) глинам.

4) Методика кросс-плотов.

Кросс-плоты (графики взаимной зависимости) зондов пористости могут использоваться для определения минералогического состава и пористости двойной (сложенной минералами двух типов) матрицы. Если известен один из минералов, а второй минерал представлен глиной, то в принципе эта методика построения кросс-плота может применяться для определения содержания глин в глинистой породе. Но лишь несколько типов глинистых материалов, найденных в породах, на самом деле являются сухими глинами; как правило, глины содержат некоторое количество воды, являющейся продуктом либо кристаллизации, либо гидратации.

Вследствие этого возникают некоторые трудности при использовании кросс-плота:

  • • он применим только для двойной матрицы, в которой один минерал — глина, а другой — известный материал (например, кварц, или кальцит, или доломит);
  • • если в породе присутствует более чем один тип глины, методика не дает надежных результатов;
  • • даже если известны петрофизические свойства материала, слагающего сухую глину (которые на практике редко бывают известны), свойства фактически присутствующей (влажной) глины, содержащейся в породе, зачастую изменчивы и не могут быть определены.

Определение количества глин по этой методике (даже когда известно, что только один тип глин присутствует в породе) в значительной степени зависит от знания характерных свойств глины, которые очень трудно установить.

Заметим, что показания нейтронного плотностного и нейтронного акустического кросс-плотов зависят от слабо известных параметров (количества водорода (воды) в глинах, которое может меняться в широких пределах).

Характерные свойства глин. Плотность глин является единственным свойством глин, которое оказывает влияние на показания плотностного зонда.

Плотность, регистрируемая скважинным плотностным зондом в водонасыщенной породе, можно представить следующим уравнением:

где V h объем глин на единицу объема породы; psh — плотность глин.

Так как плотность многих типов глин близка к плотности кварца 2,65 г/см3, то эффективная пористость глинистой породы, в которой плотность глины приблизительно равна 2,65 г/см3, может быть определена так:

Такое же уравнение используется для чистого песчаника.

Поскольку показания плотностного зонда большей частью не подвержены влиянию модели распределения глин в породе, то для определения ее пористости не нужна информация о типе распределения глин. На многих площадях пористость определяется только по плотностному зонду без проверки нейтронным методом. Для того чтобы получить приемлемые результаты по этой методике, необходимо, чтобы плотность глины была аналогичной плотности матрицы песчаника; этот принцип следует проверить путем тщательного сравнения пористостей, определенных по плотностному зонду и по керну.

Если каротаж выполнялся в стволе скважины с кавернами, показания плотностного зонда могут соответствовать плотности бурового раствора, находящегося между башмаком зонда и породой, в результате чего плотность будет занижена, а пористость — завышена.

Наиболее важным атомом, влияющим на показания нейтронного зонда, является атом водорода, в связи с чем наибольшее воздействие на показания нейтронного скважинного зонда оказывает содержание в глинах водорода. Так, индекс водорода для воды 100, индекс водорода для наиболее широко распространенных типов глин меняется в пределах от 17 для иллита до 60 для монтмориллонита.

Если возможно выделить интервал, содержащий 100% той же глины, которая присутствует в породе в виде примеси (загрязнения), то можно определить показания нейтронного зонда в глинах и построить кросс-плот для конкретного типа глин. В противном случае нельзя оценить влияние глин на зарегистрированное нейтронным зондом общее значение индекса водорода.

В тех случаях, когда можно определить индекс водорода глин Я//;, для расчета пористости по показаниям нейтронного зонда, используется уравнение

где 0N — пористость по нейтронному зонду; V h объемное содержание глин; Hj , HIsh, Hlf — индекс водорода соответственно матрицы, глины, флюида.

Есть возможность определить время пробега для прослоев глинистых сланцев/глин по измерениям, проводимым на месторождении. Если представляется такой случай, то в слоистых глинах правильное время пробега для неглинистой компоненты может быть определено методом, основанным на уравнении среднего времени, при условии, что пропорции глин и неглинистых пород могут быть определены независимо (например, с помощью микрозонда):

где Dv D2, D3 — время пробега акустической волны соответственно в породе, в слоистом песчанике, в глине; V h — объемное содержание глин.

Это уравнение точное и в него не нужно вносить поправки для конкретного месторождения; правда поправки вносят позже, когда интерпретируются пористые песчаные пропластки.

При оценке пористости можно проигнорировать структурные и аутогенные глины, которые не оказывают значительного влияния на показания акустического зонда.

В слоистых глинистых сланцах удельное электрическое сопротивление глинистых пропластков иногда может быть определено непосредственно на месте их залегания, что позволяет определить истинное удельное электрическое сопротивление неглинистых компонент, слагающих породу.

Так как истинный контур электрического тока чрезвычайно сложен, зачастую истинное удельное электрическое сопротивление пористых пропластков определяется лишь приблизительно.

Поведение структурных глин аналогично поведению чистых неглинистых пород при высокой водонасыщенности, тогда как глины/ глинистые сланцы уменьшают истинное удельное электрическое сопротивление при малой водонасыщенности.

Влияние структурных глин на измеряемую экспоненту цементации т зависит от минерализации пластовой воды. Если т измеряется в лабораторных условиях, а вода, насыщающая поры породы, имеет соответствующую минерализацию (насыщенность солями), то правильный коэффициент цементации т может быть выбран для каждого конкретного условия, т.е. для каждого типа пород с разными значениями водонасыщенности устанавливается конкретное индивидуальное удельное электрическое сопротивление.

Структурные глины оказывают заметное влияние на форму функции удельного электрического сопротивления от насыщения п при низких значениях водонасыщенности. Поскольку экспонента насыщения всегда измеряется только в лабораторных условиях, то структурные глины могут интерпретироваться правильной, основанной на лабораторных измерениях экспоненты насыщения для каждого диапазона пористости и объемного содержания глины.

Свойства диспергированных (рассеянных) глин также аналогичны свойствам чистых пород с высокой водонасыщенностью. Форма экспоненты цементации зависит от удельных электрических сопротивлений глины и пластовой воды, а также от количества глины, обволакивающей стенки пор породы.

Функция экспоненты насыщения при значительной водонасыщенности, как правило, является линейной, но показывает меньше удельные электрические сопротивления, чем предполагалось, при очень низких значениях водонасыщенности, которые в породах такого типа эквивалентны чрезвычайно высоким капиллярным давлениям.

Количественная интерпретация в глинистых породах чрезвычайно сложна. Во-первых, методика компенсации, которая необходима для коррекции значений из-за наличия токопроводящих глин, зависит от того, как глины распределены в породе, т.е. от модели распределения глин.

Во-вторых, необходимо ввести компенсацию количества присутствующей глины и ее способности проводить электрический ток, но то и другое очень сложно.

В-третьих, результат измерения электрической проводимости глины является функцией удельного электрического сопротивления связанной воды и водонасыщенности.

Ниже приведены алгоритмы интерпретации глинистых песчаников, предложенные различными авторами:

Таблица 7.1

Уравнения для глинистых песчаников

  • 1 Rw 1 BQV
  • — = —--+ —- модель Ваксмана — Смита с Qv, являющимся

fysd К

концентрацией регистрируемых счетчиком нейтронного зонда ионов, обусловленных наличием глин в поровой воде, и с параметром В, эквивалентным удельной проводимости этих ионов, регистрируемых счетчиком скважинного зонда.

Практически все модели интерпретации глинистого песчаника, включая слоистые модели, предполагают, что глинистые и неглинистые пропластки, слагающие коллектор, могут рассматриваться в качестве цепи параллельных резисторов (которые увеличивают удельную проводимость). Однако эта модель приемлема для диспергированных (рассеянных) и структурных глин, не пригодна для слоистых пород.

Рассмотрим случай, когда порода представлена переслаиванием пропластков песчаников и глин, в которых удельное электрическое сопротивление глин Rsh равно 1 Ом/м. Песчаник является углеводородонасыщенным, и его удельное электрическое сопротивление Rss равно 1000 Ом/м, а объемное содержание глин равно 0,5 (например, одна половина общего объема коллектора представлена глинами, а другая — нефтенасыщенным песчаником).

Представляя пропластки как параллельную цепь, можно выразить удельное электрическое сопротивление всего пласта следующей формулой:

Подставим известные значения в эту формулу

И получаем общее удельное электрическое сопротивление пласта, которое чуть меньше 2 Ом/м.

Если считать же переслаивающиеся пласты как последовательную цепь, получим:

и

т.е. общее удельное электрическое сопротивление пласта R будет чуть больше 500 Ом/м.

В реальных ситуациях удельное электрическое сопротивление породы, которая состоит из переслаивающихся глин/глинистых сланцев и нефтенасыщенных песчаников с указанными характеристиками, намного больше 2 Ом/м, но и не столь высоко, как показал второй способ — 500 Ом/м. Фактические значения можно предсказать, используя модель, которая представляет собой в некотором роде «гибрид» двух указанных выше моделей, но очевидно, что переслаивающиеся породы недопустимо рассматривать как параллельное соединение сопротивлений.

Уравнение Симанду, полученное по результатам многочисленных исследований искусственных смесей песчаников и глин, наиболее подходит для моделей структурных глин. Модифицированное уравнение Симанду лучше всего подходит для пород, в порах которых содержится минерализованная пластовая вода.

Уравнение «Индонезия» было разработано Поупоном и Левеа- уксом для глинистых песчаников, содержащих пресную пластовую воду, на нефтяном месторождении в Индонезии. Чтобы получить соответствующие значения удельного электрического сопротивления пластовой воды, необходимо выбрать нужные параметры.

Модель Ваксмана—Смита построена с учетом трех допущений:

  • • модель электрической проводимости глинистого песчаника имеет вид двух резистивных элементов, соединенных параллельно: один элемент представляет проводимость подвижного электролита в порах породы, а другой — проводимость глины;
  • • электрический ток протекает по такому же извилистому пути по поверхности зерен в глинах, что и электрический ток в электролите, заполняющем поры породы. Эта модель включает в себя диспергированные (рассеянные) глины, например аутогенные).
  • • электрическая проводимость матрицы породы зависит от удельного электрического сопротивления пластовой воды Rw.

Модель Ваксмана—Смита используется довольно часто, но требует информации о способности породы обмениваться катионами, которые могут быть определены только по результатам измерения образцов керна. Это ограничивает использование данной модели, так как измерение Qv, а затем пересчет его в параметр насыщения по методу Ваксмана—Смита намного сложнее и менее точно, чем измерение удельного электрического сопротивления и экспонент насыщения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >