Петрофізичні та геофізичні критерії виділення складнопобудованих колекторів теригенних розрізів

Размещено на http://allbest.ru

2

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Петрофізичні та геофізичні критерії виділення складнопобудованих колекторів теригенних розрізів

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

геологічний порода петрофізичний

Актуальність теми. Значна частина невилучених вуглеводнів на нафтогазових родовищах пов'язана з породами складної будови, які складно виділяти у геологічних розрізах. Найчастіше така проблема спостерігається при інтерпретації результатів геофізичних досліджень тонкошаруватих неогенових розрізів газоконденсатних родовищ Карпатської нафтогазоносної провінції та візейських і турнейських відкладів Дніпрово-Донецької западини (ДДЗ). Як показує практика геолого-пошукових робіт, значні скупчення вуглеводнів приурочені до порід із складною мінералогічною будовою матриці та наявністю в них різних типів пористості (гранулярна, кавернозна, тріщинувата). Вивчення таких порід-колекторів геофізичними методами досліджень свердловин (ГДС) є не достатньо інформативне. Зокрема, це відноситься до інтерпретації показів електричних методів, які не відповідають дійсним електричним параметрам пластів, що вивчаються. Встановлення впливу складу матриці породи, типу насичуючого флюїду, зв'язаної води та інших чинників на величину електропровідності породи-колектора дозволить підвищити ефективність електричних методів. Підвищення інформативності результатів комплексних геофізичних досліджень складнопобудованих порід-колекторів буде сприяти виявленню додаткових об'єктів скупчення вуглеводнів, що дасть змогу прирощувати їх запаси та збільшити коефіцієнти нафтогазовилучення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка. Фундаментальні дослідження причин низькоомності продуктивних порід-колекторів складної будови виконані в процесі роботи над темою 56/02-07: “Визначення нафтогазоперспективних ділянок в межах другого тектонічного поверху Бориславо-Покутської зони, створення петрофізичних моделей, визначення колекторських властивостей і насичення карбонатів в Карпатській НГП та побудова комплексних моделей ділянок, перспективних на нафту і газ, в межах південно-східної частини Волино-Поділля” (держ. реєстраційний номер 01054005076).

Більшість результатів отримано при виконанні науково-дослідної теми: “Удосконалення методики визначення характеру насичення порід-колекторів за даними нейтронних і електричних методів”. Реєстраційний номер 0108U010040. Науково-тематичні дослідження проводились на кафедрі геофізичних досліджень свердловин, інституту нафтогазових технологій, Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу протягом 2004 - 2008 рр. Замовниками науково-дослідних робіт були Міністерство екології та природних ресурсів, НАК “Нафтогаз України”. Основні теоретичні, методичні і петрофізичні розробки та результати інтерпретації геофізичних досліджень свердловин (ГДС) пошукових площ та розвідуваних нафтогазових родовищ викладено у наукових виданнях і звітах.

Мета роботи: визначення основних петрофізичних і геофізичних критеріїв діагностики та виділення продуктивних низькоомних складнопобудованих порід-колекторів.

Об'єктом наукового дослідження є складнопобудовані породи-колектори нафтогазових родовищ Карпатської нафтогазоносної провінції та Дніпрово-Донецької западини.

Предметом наукового дослідження є основні чинники, що визначають електричні властивості порід-колекторів, особливості геологічної будови порід-колекторів та їх взаємозв'язки із петрофізичними, петрографічними, літологічними характеристиками.

Основні завдання досліджень. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1. Дослідити вплив мінералогічних та петрофізичних чинників на результати електричних досліджень.

2. Оцінити вплив свердловинного фактору: тиску, температури, складу бурового розчину на покази електричних методів. Дослідити структуру зони проникнення порід-колекторів візейських відкладів, встановити її вплив на покази електричних методів.

3. Розробити схему поділу складнопобудованих порід-колекторів візейських і турнейських відкладів на мономінеральні і поліміктові за даними геофізичних та петрофізичних досліджень. Встановити вплив водонасичення на електричні параметри продуктивних порід-колекторів складної будови.

4. Виконати експериментальні дослідження структури порового простору складнопобудованих порід-колекторів, встановити критерії поділу їх на поліміктові і мономінеральні, за даними розподілу радіусів пор та мінералогічною будовою матриці, встановити їх фільтраційно-ємнісні параметри та побудувати петрофізичну модель.

Фактичні матеріали і методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань використовувались геолого-геофізичні матеріали дослідження пошукових та розвідувальних свердловин, а також керновий матеріал, винесений під час їхнього буріння. У процесі роботи над дисертацією були використані матеріали наступного комплексу геофізичних досліджень: стандартний каротаж (ПО+ПС), бокове каротажне зондування, боковий каротаж, індукційний каротаж (БКЗ-БК-ІК), гамма-каротаж, гамма-спектрометрія, нейтронний та акустичний каротаж.

Основними методами лабораторних досліджень були: ртутна порометрія, ядерно-магнітний резонанс (ЯМР), електрометрія керну в умовах, наближених до пластових, петрофізичне моделювання. Використовувалась інформація про реологічні властивості бурового розчину, тиск та температуру пластів на глибині їх залягання. Для статистичної обробки результатів досліджень використовувалась програма “Excel”, для оформлення текстової частини - програма “Word”. Оформлення графічних матеріалів проводилось у програмах “Micrograf Dеsigner”, “Corel Draw”.

Наукова новизна одержаних результатів. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження дозволили отримати наступні наукові і практичні результати:

1. Вперше для неогенових та кам'яновугільних відкладів встановлено основні чинники, що обумовлюють високу електропровідність продуктивних складнопобудованих порід-колекторів, визначено критерії діагностики та виділення складнопобудованих порід-колекторів за даними геолого-геофізичних досліджень.

2. Встановлено взаємозв'язок тиску, температури, хімреагентів з електричними параметрами пісковиків візейських і турнейських відкладів. Обґрунтовано вплив зони проникнення складнопобудованих порід-колекторів (D_зп, с_зп, D_зп/d_св, ДU_пс) на покази електричних методів.

3. Вперше для порід-колекторів кам'яновугільних та неогенових відкладів розроблено схему поділу продуктивних складнопобудованих порід-колекторів на мономінеральні і поліміктові. Встановлено взаємозв'язок коефіцієнта залишкового водонасичення із електричним опором поліміктових пісковиків, розроблено методику експресної оцінки водонасичення порід-колекторів.

4. Вперше для візейських та сарматських відкладів встановлено зв'язок параметрів структури порового простору, співвідношення пор різного радіусу та їх розподіл із електричними властивостями порід. Встановлено структурний критерій (співвідношення радіусів пор та ефективний радіус) для поділу продуктивних порід-колекторів на поліміктові і мономінеральні, побудовано петрофізичну модель, яка є основою інтерпретації даних ГДС.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані автором результати досліджень дозволили встановити основні чинники (структура порового простору, будова матриці, компонентний склад промивних рідин, залишкове водонасичення), що впливають на величину питомого електричного опору складнопобудованих порід-колекторів, розробити способи і рекомендації їх виділення. На етапі пошукового та розвідувального буріння, коли дані з колекторських властивостей різного типу порід-колекторів відсутні, появляється можливість використання розроблених петрофізичних моделей для оцінки типу колектора, розрахунків коефіцієнтів зв'язаної води і коефіцієнтів прогнозного нафтогазонасичення. Розроблені рекомендації апробовано в процесі досліджень міоценових відкладів Більче-Волицької зони Карпатської нафтогазоносної провінції та візейських відкладів Дніпрово-Донецької западини.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та методичні результати, які винесено на захист, були отримані здобувачем особисто, ним були також проведені експериментальні лабораторні дослідження на керні. У роботах 1, 2, 3 дисертанту належить ідея проведення лабораторних досліджень, обґрунтовано моделювання петрофізичних залежностей. У роботах 4, 5, 6 здобувачу належить постановка задачі дослідження причин низькоомності порід-колекторів, проведення експерименту, виконання побудов петрофізичних залежностей. У роботах 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 дисертанту належить ідея напрямку досліджень, постановка експериментальних досліджень та їх проведення, аналіз та узагальнення отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися автором на:

- Міжнародній науковій конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища” (м. Київ, 7-9 жовтня 2004 р.);

- Міжнародній науковій конференції “Проблеми геології та нафтогазоносності Карпат”. Інститут геології і геохімії паливних корисних копалин (м. Львів, 26-28 вересня 2006 р.);

- Міжнародній науково-технічній конференції “Ресурсозберігаючі технології в нафтогазовій енергетиці” (м. Івано-Франківськ, 16-20 квітня 2007 р.);

- Міжнародній конференції “Геодинамика, тектоника и флюидодинамика нефтегазоносных регионов Украины” (Крым, 10-16 августа 2007 г.);

- Міжнародній науково-практичній конференції “Профессиональная подготовленность выпускников к рынку труда: Проблемы и пути решения” (г. Тюмень, 3-4 декабря 2008 г.);

- Науково-практичній конференції студентів і молодих учених “Методи та засоби неруйнівного контролю промислового обладнання” (м. Івано-Франківськ, 25-26 листопада 2009 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 наукових робіт, серед них 9 статей у фахових наукових журналах, 1 стаття в міжнародному технічному віснику “Каротажник”, 6 тез в матеріалах конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, котрий налічує 144 найменування, додатків, 32 рисунків, 16 таблиць.

Робота виконана на кафедрі геофізики Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Автор висловлює щиру подяку науковому керівнику, доктору геологічних наук, професору Вижві С.А. та доктору геолого-мінералогічних наук, професору Курганському В.М., доктору геологічних наук, професору Карпенку О.М. за постійну допомогу в проведенні теоретичних та експериментальних досліджень, а також за цінні зауваження, які здобувач отримав в процесі виконання дисертаційної роботи. Особливу подяку автор висловлює співробітникам кафедри геофізичних досліджень свердловин Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, доценту Старостіну В.А., доценту Федоріву В.В., асистенту Гараніну О.А. за надану допомогу в проведенні експериментальних досліджень та цінні пропозиції щодо вдосконалення розроблених алгоритмів та моделей петрофізичних взаємозв'язків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД І АНАЛІЗ ВИВЧЕНОСТІ ПРИЧИН НИЗЬКООМНОСТІ ПРОДУКТИВНИХ ПОРІД-КОЛЕКТОРІВ І встановлЕННЯ ЇХ ЗА ДАНИМИ ГДС

Вивчення та встановлення причин, що обумовлюють неадекватну насиченню електричну характеристику продуктивних порід-колекторів, попередня оцінка їх характеру насичення та встановлення положення міжфлюїдних контактів за даними геолого-геофізичних досліджень є актуальною і необхідною задачею. Низка вчених - В.А. Фок, С.І. Комаров, Е.А. Нейман, В.М. Дахнов, Л.М. Альпін, Б.Ю. Вендельштейн, М.М. Елланський, В.С. Афанасьєв - започаткували підвалини теорії формування природних та викликаних електричних полів у гірських породах. Вищеперелічені вчені сформували на цій основі напрямок розвитку таких електричних методів, як метод позірного опору (ПО), боковий каротаж (БК), бокове каротажне зондування (БКЗ), індукційний каротаж (ІК) та метод самочинних потенціалів (ПС). Інтенсивний розвиток електричних свердловинних досліджень обумовив необхідність розробки методологічного забезпечення обробки та інтерпретації отриманих результатів. Враховуючи, що методи вимірювання електричного опору є базовими для оцінювання водонасичення, а відповідно і розрахунків коефіцієнтів нафтогазонасичення, значна кількість вчених працювала над визначенням чинників невідповідності питомого електричного опору насиченню продуктивних порід-колекторів. Починаючи із середини шістдесятих років, науковці встановлювали залежності на кшталт:

_вп/_в=f(К_п); ,

де _вп; _в; _п - відповідно питомий електричний опір 100% водонасиченого пласта, води та породи; К_п і К_в - відповідно коефіцієнти пористості і водонасичення пласта; які використовувалися як універсальні для теригенних геологічних розрізів без врахування особливостей літологічної та мінералогічної будови порід-колекторів. Базовою моделлю при цьому слугувала модель Арчі-Дахнова:

_п=_вР_нР_пПР_t, (1)

де Р_н; Р_п; Р_t - відповідно параметри насичення, пористості і температури; П - поверхнева провідність.

У роботах Б.Ю. Вендельштейна, Е.А. Неймана, М.М. Елланського показано, що такий підхід не може бути універсальним і потребує більш детального вивчення геологічної будови породи-колектора. Особливості запропонованих ними моделей електропровідності полягають в тому, що при розрахунку питомого електричного опору враховується частка об'єму породи, занятого глинистим матеріалом, який визначається як однофазна провідна система.

При цьому в основу моделі закладена теорія поверхневої провідності, а це вже двохфазна система. Не врахування цього відображається на істинній величині питомої електропровідності гірської породи. У 1963 р. М.М. Елланський емпірично, а Б.Ю. Вендельштейн теоретично показали, що наявність глинистого матеріалу в породі призводить як до збільшення, так і до зменшення її електричного опору.

Виходячи із запропонованої Б.Ю. Вендельштейном моделі електропровідності заглинизованого пісковика, де фігурують два провідники електричного струму (пластова та зв'язана вода), що займають різні частини порового каналу, електропровідність пустотного каналу розраховується за формулою:

, (2)

де _кан, _в, _шар - відповідно питомий електричний опір каналу, пластової води і подвійного електричного шару; _шар - частка порового каналу, зайнята подвійним іонним шаром.

М.М. Елланський дослідив вплив глинистості та мінералізації пластової води на величину провідності породи. Вченим було встановлено, що значення електричного опору води, за якого глинистість не впливає на електричний опір породи, є стабільним і дорівнює 0,22 Омм.

Роботи Д.А. Мельникова, Е.А. Неймана, О.М. Кропотова підтвердили та уточнили результати наукових досліджень Б.Ю. Вендельштейна та М.М. Елланського. Над удосконаленням вищевказаних моделей працювали Е.І. Ейдман та Д.І. Хілл, які незалежно один від одного запропонували враховувати у моделях електропровідності граничні значення відносних опорів водонасиченої породи, а також збільшення електричного опору для продуктивних порід. Розвиваючи свої припущення про вплив адсорбованої глинами води на електропровідність та враховуючи пропозиції Е.І. Ейдмана і Д.І. Хілла, М.М. Елланський пропонує розраховувати частку порового простору подвійного іонного шару (_шар) за формулою:

_шар= , (3)

де К_гл, К_п - відповідно коефіцієнти глинистості і пористості; щ_адс - об'єм адсорбованої води.

Удосконаленню моделей електропровідності також присвятили свої дослідження В.С. Афанасьєв, С.В. Афанасьєв та В.М. Орлов. Однак, М.М. Елланський піддає критиці результати досліджень цих вчених, посилаючись на те, що породи-колектори є складними гетерогенними системами, які описаними багатокомпонентними залежностями, неврахування яких занижує питомий електричний опір та електропровідність електричної моделі породи-колектора. В.М. Сапожніков за результатами своїх досліджень обґрунтовує та підтверджує вищенаведені моделі електропровідності, однак отримані вченим висновки базуються на дослідженнях кварцових мономінеральних пісковиків, що обмежує сферу їх застосування.

Таким чином, незважаючи на достатню кількість електричних моделей та значний внесок вчених у їх удосконалення, інтерпретація даних електрометрії складнопобудованих порід-колекторів не дозволяє однозначно визначити тип колектора, його насичення та границі залягання. У зв'язку з цим, для підвищення інформативності електричних досліджень у свердловинах, необхідно визначити чинники, що визначають електропровідність складнопобудованих порід-колекторів та встановити критерії їх оцінки за даними ГДС.

У другому розділі розглядаються особливості геологічної будови порід-колекторів візейських, турнейських та міоценових відкладів нафтогазових родовищ Карпатської нафтогазоносної провінції та ДДЗ. Характерною особливістю неогенових відкладів є те, що продуктивні породи які їх виповнюють різняться між собою як геологічними умовами залягання, так і будовою матриці. Відмічено, що газоносні породи-колектори неогену розміщені вздовж всього Передкарпатського прогину і характеризуються ритмічністю будови літолого-стратиграфічного комплексу. Кожен ритм починається тонкими шарами глинистих порід, які по мірі зростання збагачуються піщанистим матеріалом і в кінці ритму повністю заміщуються пісковиками. Зміна товщини ритмів за латераллю є найбільшою у північно-західній частині прогину. Така тонкошарувата будова геологічних розрізів та зміна мінералогічного складу матриці порід-колекторів за латераллю негативно відбивається на результатах ГДС, зокрема при дослідженні так званих “німих” товщ. Наступною особливістю геологічної будови неогенових відкладів є наявність маркуючих реперних горизонтів, а саме барановських шарів в нижньому бадені, та гіпсоангідритового горизонту у тираській свиті. Ефективні товщини порід-колекторів в межах маркуючих горизонтів різні, від перших десятків сантиметрів до 1,5 м, пористість змінюється від 5% до 25%. Склад матриці породи-колектора за мірою зростання товщини ритмів збагачений мінералами класу силікатів, сульфідів, окислів та гідроокислів. Окрім цього породи, що виповнюють вищевказані відклади, розрізняються між собою як за літолого-мінералогічними ознаками, так і за фільтраційними параметрами та структурою порового простору. Встановлено, що газонасичені пісковики і алевроліти неогенових відкладів характеризуються гранулярною пористістю, яка змінюється у межах від 5% до 25%, та проникністю від 0,110^-15 м² до 19010^-15 м². Питомий електричний опір порід-колекторів (с_п), які виповнюють неогенові відклади, змінюється в межах від 2,4 Омм до 40,7 Омм. В гельветському та сарматському ярусах відмічається наявність газонасичених пластів із питомим електричним опором 4,8-6,2 Омм. В окремих випадках зустрічається тріщинувата та кавернозна пористість, яка становить від 1% до 25% відкритої пористості.

Особливістю геологічної будови нафтогазових родовищ ДДЗ є наявність в теригенному розрізі глинистих товщ, які чергуються із карбонатними відкладами. Так, наприклад, турнейський ярус Шевченківського родовища літологічно представлений переважно вапняками з прошарками пісковиків, аргілітів і алевролітів. Продуктивні газонасичені породи (К_г=78,085,5%) - це переважно пісковики, як мономінеральні, так і поліміктові, витримані за товщиною, коефіцієнт проникності К_пр=(1-15,97)10^-15 м². Об'ємна глинистість для такого типу колектора є незначною . Покази геофізичних методів, отримані при дослідженні цих колекторів, здебільшого, залежать від матриці породи та її насичення. Продуктивні нафтогазонасичені породи візейських відкладів характеризуються на окремих родовищах питомим електричним опором від 4,5 Омм до 8,2 Омм, поряд із цим, с_п незаглинизованих продуктивних порід дорівнює 60,1-87,3 Омм.

Наступною геологічною особливістю будови ранньокам'яновугільних відкладів нафтогазових родовищ ДДЗ є результати процесів постседиментаційного періоду, а саме - пелітизація польових шпатів та вторинні перетворення, що зумовлюють тріщинну пористість.

Таким чином, перераховані вище особливості геологічної будови неогенових відкладів газоконденсатних родовищ Карпатської нафтогазоносної провінції та ДДЗ ускладнюють структуру геоелектричних моделей продуктивних порід, знижують інформативність електричних та інших неелектричних методів досліджень свердловин, впливають на ефективність комплексних геофізичних вимірювань.

У третьому розділі розглядаються результати експериментальних досліджень кернового матеріалу, відібраного із порід неогенових відкладів Карпатської нафтогазоносної провінції та кам'яновугільних відкладів ДДЗ, а також приводяться дані геофізичних досліджень свердловин. Детальний аналіз отриманих результатів дозволив виділити у геологічному розрізі неогенових відкладів групу літотипів, які характеризуються притаманними тільки їм фізичними та петрофізичними параметрами (табл. 3.1). Із таблиці можна побачити, що основними потенційними колекторами в неогенових відкладах є пісковики першої, другої і третьої груп. Фізичні властивості (електропровідність, акустичний опір, ядерно-магнітна релаксація) продуктивних порід-колекторів першої і другої груп обумовлені як складом їх матриці, так і іншими чинниками, які відображається на зареєстрованих геофізичними методами параметрах, які не відповідають характеру насичення пласта. Дослідження причин такої невідповідності виконувалися на колекціях зразків кількістю від 60 до 120 шт комплексом лабораторних методів, базовими у якому були петрографія, ртутна порометрія, ядерно-магнітний резонанс та рентгенорадіометричні вимірювання. Отримані результати показали, що пісковики першої і другої груп відрізняються між собою співвідношенням та упакуванням уламкових компонентів і складом цементу матриці. У породах першої групи відзначається різний гранулометричний склад зерен, ефективний радіус пор змінюється в межах від 0,47 до 1,4 мкм, незважаючи на подібність уламків кварцу та однакову незначну кількість таких мінералів як циркон, ставроліт, рутил, турмалін, іліт, лімоніти. У деяких шліфах відмічено уламки алевролітів, алевритистих аргілітів та вапняків.

У пісковиках другої групи за результатами досліджень встановлено, що ефективний радіус пор змінюється в межах від 0,1мкм до 18 мкм, окрім вищеперелічених мінералів відмічається наявність хлориту (3-6)%, глауконіту 0,5%, згустки фосфоритів з уламками халцедону, зерна піриту, ставроліту та шамозиту. Цемент матриці пісковиків першої і другої груп відрізняється між собою кількісним співвідношенням головних та другорядних аутогенних мінералів.

Головними в цементі пісковиків обох груп є кварц, іліт, монтморилоніт у вигляді фракцій розміром 0,01 мм і менше.

Другорядними мінералами в цементі пісковиків є каолініт, гідрослюда, хлорит, глауконіт, пірит, халцедон, фосфорит.

Співвідношення головних та другорядних мінералів в цементі матриці мономінеральних пісковиків дорівнює одиниці. Для складнопобудованих порід колекторів цей параметр - менший одиниці.

Таблиця 3.1 - Літолого-геофізична модель порід-колекторів міоценових відкладів Більче-Волицької зони Карпатської нафтогазоносної провінції

Використання вищеперелічених критеріїв при інтерпретації результатів досліджень у свердловині Гуцулівська-2 дозволили встановити, що породи-колектори баденського ярусу у інтрвалі 290-522 м, які виповнені пісковиками і алевролітами, характеризуються питомим електричним опором 7-8 Омм, що відповідає водонасиченому пласту є газонасичені. Опір зони проникнення (с_зп) таких пластів складає 12-14 Омм, коефіцієнт пористості К_п=1-18%. В цьому ж розрізі виділяються пласти з погіршеними фільтраційно-ємнісними властивостями, які охарактеризовані пониженим електричним опором 3,8-5,5 Омм, коефіцієнтом пористості К_п=10-12%. Співвідношення головних мінералів до другорядних для цих пісковиків складає 0,72. Збільшення електричного опору зони проникнення в цих породах пояснюється впливом проникаючого фільтрату бурового розчину, мінералізація якого менша від мінералізації пластової води. При випробовуванні виділених пластів отримано притоки газу Q_r=600 м³/добу. Результати комплексних досліджень дозволили встановити, що мінералогічна будова матриці порід-колекторів міоценових відкладів є здебільшого мономінеральною, і вплив її складу на електропровідність визначається тільки наявністю глинистого матеріалу. Невеликий вміст (до 0,5% ) у пісковиках цих відкладів мінералів іліту, кварцу, каолініту, глауконіту, мусковіту не може бути визначальним чинником при формуванні електронної провідності породи. Поряд з цим, у відкладах гельветського та баденського ярусу відмічено наявність пісковиків, питомий електричний опір яких змінюється у межах (3-8) Омм, мінералогічна будова матриці є поліміктовою. За даними петрографічних досліджень, у матриці породи виявлено мінерали класу сульфідів та алюмосилікатів. В окремих випадках відмічено замкнуті ланцюжки піриту. Співвідношення радіоактивних ізотопів урану, торію, калію у породах такого типу менше 6-и відносних одиниць: (< 6). В цьому розділі приведено інформацію із досліджень низькоомних порід-колекторів, на основі якої встановлено критерії їх ідентифікації за даними ГДС, а саме граничне значення концентрації пластової води С_в та відповідного їй питомого електричного опору (С_в<17,3 г/л, с_в<0,68 Омм), співвідношення пор радіус яких більший 4 мкм до ультрамікропор рівне та менше 0,428, відношення діаметра зони проникнення до діаметра свердловини, яке змінюється в межах від 5,76-4,5, питомий електричний опір с_зп змінюється в межах 35,36-18,45 Омм, тип проникнення підвищувальний за даними БКЗ.

Для встановлення причин низькоомності порід-колекторів поліміктового типу візейських і турнейських відкладів ми провели аналіз будови їх матриці. Результати досліджень показали, що основна маса уламків (40-45)% у складі матриці - це кутовидний та напівкутовидний кварц.

Окрім кварцу входять алевритисті, гідрослюдисті, хлоритоглинисті, гематито-глинисті аргіліти, зерна ортоклазу, мікроклину альбіту, мусковіту, циркону, піриту, хлориту, польові шпати. В породах відмічається наявність вторинних процесів пелітизації калієвих польових шпатів з перетворенням їх у каолініт. Польові шпати у поліміктових пісковиках заміщені тонколускуватим слюдистим матеріалом, хвилясті (стилітоподібні) прожилки виповнені чорними бітумами. Просторово до ділянки з прожилками бітумів тяжіють зернисті агрегати титаніту та пігментовані гідроокисі заліза. В окремих випадках спостерігаються замкнені ланцюжки піриту та лейкоксену в асоціації з піритом. В таких породах-колекторах нами встановлено змішаний тип електропровідності - іонний та електронний. Результати петрографічних та геофізичних досліджень дозволили розробити методику виділення складнопобудованих порід-колекторів поліміктового типу, яка була апробована при дослідженні свердловин Андріяшівська-7, Селюхи-3, Південно-Шевченківське-61, в яких питомий електричний опір нафтогазонасичених поліміктових пісковиків складає: а) _п=5,6 Омм, інт 5197-5348 м; б) _п=3 Омм, інт 3360-3385 м; в) _п=3,5 Омм, інт 2802-2808 м. Низькі значення питомого електричного опору цих пластів характеризують їх як водонасичені.

За результатами комплексної інтерпретації даних ГДС з використанням критеріїв про співвідношення головних та другорядних мінералів матриці, яке менше одиниці, відношення діаметру зони проникнення до діаметру свердловини D_зп/D_св=4,76-5,76, питомий опір зони проникнення _зп=18,45 Омм, _п=4,1 Омм, нами виділено нафтонасичений пласт у інтервалі 2929,0-2935,0 м, питомий електричний опір за даними електрометрії становить _п=3,9 Омм.

Результати досліджень впливу насичуючого флюїду на електропровідність складнопобудованих порід дозволили встановити, що граничне значення концентрації NaCl флюїду у поліміктових пісковиках, при якому їх електропровідність визначається дифузією іонів, дорівнює С_в=26,103 г/л, якому відповідає електричний опір _в=0,45 Омм. Поверхнева провідність (П) при таких значеннях концентрацій насичуючого флюїду для чистих незаглинизованих порід рівняється одиниці. Таким чином встановлено критерій, при якому поверхнева провідність не впливає на структуру електричної моделі складнопобудованих порід-колекторів. Поряд з цим дослідження впливу складу матриці поліміктових пісковиків на величину їх електропровідності показали, що відносний опір породи однакової пористості знижується із збільшенням її питомої поверхні (S_п). У цьому випадку величину електропровідності визначають, переважно пелітизовані польові шпати і слюдисті частинки, що залягають у напрямку струмопровідних частинок, утворених процесом пелітизації польових шпатів. На величину відкритої пористості два останні параметри не впливають, в той час як їхній вміст суттєво збільшує електропровідність _п породи-колектора.

Проведені комплексні петрофізичні дослідження зразків керну колекції, відібраної з візейських та турнейських відкладів свердловин нафтогазових родовищ, дозволили сформулювати та означити наступну структуру формування електропровідності поліміктових пісковиків, а саме:

- шлях послідовно включених ділянок пустот, заповнених флюїдом та уламками провідних мінералів;

- шлях ділянок визначений дотичними між собою частинками струмопровідних мінералів;

- шлях, що обумовлює об'єм породи, заповнений у розсіяному стані струмопровідними мінералами класу сульфідів і окислів.

Для реалізації цієї моделі при встановленні поліміктового типу порід-колекторів нами виведено залежність Р_п=f , де - еквівалент радіуса пор. Отримана петрофізична залежність лягла в основу побудови номограми експресного визначення типу колектора за даними електричних методів.

При побудові номограми нами відмічено, що залишкова водонасиченість (К_зв=25-30%), глинистість (К_гл=15%) та ефективний тиск (62 Мпа) змінює значення Р_п для поліміктових пісковиків при незмінній температурі у два і більше рази. Результати досліджень дозволили за характером зміни величини Р_п залежно від температури, розділити породи-колектори візейських відкладів на дві групи (табл. 3.2) з притаманними тільки їм петрофізичними параметрами. Величина і характер зміни відносного опору Р_п порід другої групи, на відміну від першої, значною мірою визначається нерівномірним поширенням у матриці породи породоутворюючих мінералів електронної провідності. Зміна температурного режиму у цьому випадку обумовлює анізотропію електричного опору матриці породи. За результатами експериментальних та свердловинних досліджень розроблено схему поділу складнопобудованих порід-колекторів на поліміктові та мономінеральні, яку закладено в основу удосконалення методики інтерпретації даних електричних досліджень низькоомних порід-колекторів.

Таблиця 3.2 - Межі зміни петрофізичних параметрів у досліджуваних групах зразків порід-колекторів

В цьому ж розділі розглядаються результати комплексних літолого-петрофізичних досліджень впливу різних чинників на електричні параметри продуктивних порід-колекторів складної будови.

У підрозділі 3.1 наведено результати досліджень петрофізичних та геофізичних характеристик складнопобудованих порід-колекторів, геологічних розрізів Кобзівського, Південно-Шевченківського, Селюхівського, Гуцулівського родовищ.

На основі отриманих результатів створено літолого-геофізичну модель для неогенових відкладів Більче-Волицької зони Карпатської нафтогазоносної провінції. Для порід-колекторів складної будови розроблено петрофізичні моделі, наведено апробацію їх застосування при інтерпретації даних геофізичних досліджень свердловини Південно-Шевченківська-1.

Підрозділи 3.2, 3.3 містять дані про вплив поліміктового складу матриці породи, хімреагентів, пластового тиску і температури на електропровідність складнопобудованих порід-колекторів. В процесі досліджень встановлено наявність в матриці поліміктових пісковиків таких мінералів як пірит, піротин, титаніт. У складі кварцево-глинистого цементу відмічено окремі скупчення польових шпатів і слюд. Слюдисті частинки у більшості випадків горизонтального залягання, вздовж яких розміщуються струмопровідні уламки мінералів, утворених у процесі пелітизації польових шпатів. Нами зроблено припущення, що основний вклад в електропровідність поліміктових пісковиків вносять пелітизовані польові шпати і слюдисті частинки. Таке твердження обґрунтоване результатами петрофізичних досліджень вищевказаних пісковиків.

Дослідження впливу тиску і температури на електропровідність складнопобудованих порід-колекторів показали, що основна зміна їх електричного опору відбувається при збільшенні тиску від 1 МПа до 60 МПа. Відкрита пористість при цьому зменшується і при тиску 140 МПа досягає 25% загальної пористості. Найбільш інтенсивний вплив ефективного тиску на величину відносного опору спостерігається в межах від 5 МПа до 40 МПа. В основному, це характерно для низькопористих порід-колекторів. За результатами досліджень побудовано петрофізичну модель зв'язку відносного електричного опору із величиною тиску. Дослідження впливу температури на електричну провідність порід дозволили встановити, що зміна температури поліміктових пісковиків від 20 ^оС до 110 ^оС призводить до зростання відносного електричного опору на 20%. Для врахування вище згаданого чинника на електропровідність породи-колектора побудовано двохмірні петрофізичні моделі петрофізичного взаємозв'язку.

В цьому підрозділі приведено результати моделювання петрофізичних зв'язків між геофізичними та ємнісно-фільтраційними параметрами з урахуванням особливостей структури порового простору, мінералогічного складу матриці складнопобудованих порід-колекторів, що є основою розробки способу поділу продуктивних пластів візейських відкладів на поліміктові та мономінеральні за даними геофізичних методів. Встановлені взаємозв'язки між величиною тиску/температури та параметром пористості поліміктових пісковиків дозволяють врахувати їх вплив на електричні параметри в процесі інтерпретації даних геофізичних досліджень порід-колекторів візейського ярусу. Аналіз впливу хімреагентів на електричний опір пласта та визначення залежності між ними дозволяють корегувати умови розкриття продуктивних порід-колекторів в процесі буріння для якісного проведення електричних вимірювань у свердловині.

У підрозділах 3.3.3 та 3.3.4 наведено умови формування залишкового водонасичення для порід складної будови, обґрунтовано вплив коефіцієнта об'ємної глинистості (К_гл) та коефіцієнта залишкового водонасичення поліміктових та мономінеральних пісковиків на покази електричних методів. Результати досліджень мінералогічного складу глинистого цементу та глинистої фракції, отриманої шляхом відмучування пісковиків (поліміктових і мономінеральних) кам'яновугільних та неогенових відкладів, дозволили встановити, що основним мінералом у їх складі є каолініт, поряд з яким присутні гідрослюди, серицит, хлорит, біотит, іліт. За результатами досліджень побудовані моделі зв'язку польових шпатів, гідрослюд у відношенні до каолініту із величиною ємності катіонного обміну. Враховуючи, що останній параметр обумовлений величиною об'ємної глинистості, нами встановлено петрофізичний взаємозв'язок між коефіцієнтом зв'язаної води та ємністю катіонного обміну для поліміктових пісковиків.

На основі узагальнення даних про мінералогічну будову поліміктових пісковиків, співвідношення між головними та другорядними породоутворюючими мінералами матриці породи, величину коефіцієнта об'ємної глинистості, нами розроблено спосіб оцінки коефіцієнтів зв'язаної води та проникності, що ґрунтується на законі Паузейля, коефіцієнт проникності тоді розраховується за формулою:

К_пр=, (3.1)

де К_п.еф - ефективна пористість; f - коефіцієнт, що враховує форму порових каналів; Т₂ - звивистість порових каналів; S_ф - питома поверхня каналів фільтрації.

З урахуванням даних досліджень керну, відібраного із візейських відкладів, кінцева формула для розрахунку коефіцієнта проникності буде наступною:

К_пр= , (3.2)

де ф_в - умовна товщина шару залишкового водонасичення.

У четвертому розділі наведені результати петрофізичного моделювання взаємозв'язків фільтраційно-ємнісних та геофізичних параметрів складнопобудованих порід-колекторів нафтогазових родовищ.

У підрозділі 4.1 розглядаються результати досліджень структури порового простору складнопобудованих порід-колекторів, обґрунтовується зв'язок структурних та літологічних параметрів із електропровідністю продуктивних порід кам'яновугільних та неогенових відкладів. Отримані дані петрофізичних досліджень структури порового простору складнопобудованих порід-колекторів показали, що розподіл радіусу пор у мономінеральних та поліміктових пісковиках є різним, а, відповідно, і різним є їх співвідношення. Відмічено, що у породах-колекторах візейських відкладів максимальні радіуси звужень порових каналів складають 15·10^-6 м, літолого-структурний коефіцієнт змінюється у межах від 0,267 до 0,1899, а коефіцієнт проникності, відповідно до встановленого максимального радіусу звужень порових каналів, змінюється у межах від м² до 585,225·10^-15 м². Характерною особливістю цих порід є те, що у породах-колекторах різної пористості (12% та 18%) може бути однакова проникність, а також така, що не відповідає величині пористості (при К_п=18% К_пр=350·10^-15 м², а при К_п=12% К_пр=585·10^-15 м²). Пояснюється це тим, що у вище наведених породах однакової пористості змінюється радіус розширень порових каналів в залежності від мінералогічного складу цементу матриці і глинистості. Нами встановлено, що у вище наведених породах зміна розширень порових каналів змінюється в широкому діапазоні від 10 мкм до 170 мкм. Кореляція цих параметрів із коефіцієнтом проникності, дозволила розрахувати ефективний радіус звужень (R_еф), від якого залежить зміна параметрів моделі електропровідності та їх фільтраційних властивостей. Для поліміктових пісковиків високої електропровідності R_еф змінюється від 0,96 мкм до 14,5 мкм. Сумарний вміст мікропор із коефіцієнтом просвітності л=(80-90) мкм та радіусом звужень змінюється в межах від 12% до 78%. Співвідношення пор, більших (18 мкм) до ультрамікропор, складає 0,818. Питомий електричний опір для цього типу порід змінюється у межах від 4,5 Омм до 8,2 Омм.

Дослідження взаємозв'язків між електричними параметрами та різними фізичними чинниками для складнопобудованих порід-колекторів показали, що при наявності в їх пустотному просторі пластової води, мінералізація якої складає 30,1 г/л NaCl і менше, електропровідність породи визначається дисперсністю глинистих частинок та величиною зв'язаної води. Електропровідність в цьому випадку визначається дифузією іонів та перерозподілом електричних зарядів на границі двох середовищ за рахунок процесів електролізу.

За результатами експериментальних досліджень складнопобудованих порід-колекторів розроблено їх фільтраційно-ємнісну модель, яку можна використовувати як при оперативних геофізичних заключеннях, так і при визначенні параметрів для підрахунку запасів нафти і газу.

У п'ятому розділі розглядаються можливості використання петрофізичних та геофізичних критеріїв для розподілу пісковиків на мономінеральні і поліміктові. За результатами ізорезистивної методики інтерпретації даних геофізичних досліджень свердловин складнопобудованих порід-колекторів встановлено, що породи-колектори поліміктового типу характеризуються підвищеним проникненням фільтрату бурового розчину у пласт. У цьому випадку, при питомому електричному опорі незайнятої частини пласта (с_п), що коливається від 4,7 Омм до 1,02 Омм, співвідношення діаметру зони проникнення до діаметру свердловини D_зп/D_св змінюється від 5,54 до 3,36. Значення параметра поліміктовості (П) для поліміктових порід-колекторів встановленого нами за результатами експериментальних досліджень керну з такими характеристиками ЗП нами розраховувалось за емпіричною формулою:

, (5.1)

де К_р, К_ет - вміст калію в породі, яка досліджується та в еталоні; , - вміст калію, обумовлений глинистістю породи та еталона. Встановлений відносний параметр поліміктовості П визначає ступінь пелітизації породи, і його значення змінюється у межах 0?П?1. При нульовому значенні П порода-колектор є поліміктовою.

Результати досліджень причин підвищеної радіоактивності поліміктових пісковиків дозволили встановити, що збільшення гамма-активності (ДІ_г) обумовлене наявністю в породі польових шпатів та слюд, з якими пов'язаний різний вміст радіоактивних ізотопів урану, торію та калію, відповідно: ; (5,2-16,8)·10^-4%; (2,0-3,5)%. Розраховане співвідношення для поліміктових пісковиків дорівнює 13,8·10^-4%, а співвідношення , в середньому, складає 5,6. У мономінеральних пісковиках візейських відкладів співвідношення складає 6,3·10^-4%, а співвідношення =3,7.

У цьому розділі наведено результати вивчення складнопобудованих геологічних розрізів Південно-Шевченківської та Гуцулівської площ з використанням встановлених критеріїв виділення та оцінки характеру насичення складнопобудованих порід-колекторів.

ВИСНОВКИ

Основні результати дисертаційної роботи зведені до наступного:

1. Вперше для складнопобудованих порід кам'яновугільних та неогенових відкладів визначено основні чинники (полімінеральність, параметри зони проникнення, співвідношення радіусів пор пустотного простору, мінералогічний склад матриці, подвійний електричний шар, склад хімічних реагентів), які обумовлюють їх високу електропровідність. На основі петрофізичних та петрографічних досліджень керну, відібраного із неогенових і візейських відкладів, встановлено взаємозв'язки між питомим електричним опором, електропровідністю, відносним електричним опором та фільтраційно-ємнісними параметрами, які є основою петрофізичної моделі складнопобудованих порід-колекторів.

2. Доведено і обґрунтовано вплив хімреагентів, структури порового простору кам'яновугільних та неогенових відкладів нафтогазових родовищ на покази електричних методів. Дослідження впливу хімреагентів КМЦ-600, КССБ, хромпіку та гіпану на величину електричних параметрів порід-колекторів показали, що найбільш суттєво змінює дифузійно-адсорбійний потенціал, а відповідно електричний опір, хромпік, зменшуючи при цьому рН. Водночас, добавки до бурового розчину хімреагентів КССБ, гіпану і КМЦ-600 знижують кислотність середовища до слаболужного або лужного. При цьому знижується здатність гірської породи до окислення, що також значно зменшує адсорбційно-дифузійні, окисло-відновні та фільтраційні потенціали електричного поля, величина яких безпосередньо пов'язана із електропровідністю середовища. Встановлено зв'язок тиску, температури і залишкового водонасичення із електричним пором продуктивних складнопобдованих колекторів.

3. Вперше для складнопобудованих порід-колекторів кам'яновугільних відкладів визначено основні критерії їх поділу на мономінеральні та поліміктові за даними ГДС. Розроблено алгоритм використання результатів геофізичних та петрофізичних досліджень для визначення типу колектора у складнопобудованих геологічних розрізах нафтогазових родовищ.

4. Вперше для складнопобудованих порід-колекторів візейських та сарматських відкладів, розраховано співвідношення та розподіл пор різного радіусу у їх матриці, побудовано їх кореляційний зв'язок із параметром пористості. Встановлено критерії співвідношення радіусів пор для порід-колекторів складної будови. Розроблено петрофізичну модель, як основу інтерпретації результатів досліджень складнопобудованих порід неогенових відкладів нафтогазових родовищ.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Федоришин Д.Д. Вплив мінералізації пластових вод і бурових розчинів на електричні характеристики та параметри гірських порід / Д.Д. Федоришин, В.В. Федорів, С.Д. Федоришин // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - Івано-Франківськ. - 2004. - №2(11). - С. 43-48 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 35%).

2. Федоришин Д.Д. Геофізичний моніторинг герметичності нафтогазових свердловин / Д.Д. Федоришин, Р.М. Василина, С.Д. Федоришин // V Міжнародна наукова конференція [“Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”]. - Київ, - КНУ ім. Тараса Шевченка, - 7-9.10.2004. - С. 102-103 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 40%).

3. Федоришин Д.Д. Перспективи нафтогазоносності палеогенових відкладів південно-східної частини Бориславсько-Покутської зони / Д.Д. Федоришин, В.М. Стасула, С.І. Гривнак, Я.М. Коваль, С.Д. Федоришин // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - Івано-Франківськ. - 2005. - №1(14). - С. 92-99 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 30%).

4. Федоришин Д.Д. Оценка характера насыщения пластов-коллекторов по данным ядерно-физических и электрических методов / Д.Д. Федоришин, Р.М. Васылына, С.Д. Федоришин, О.В. Серженьга // Научно-технический вестник “Каротажник”. - Тверь. - 2005. - Выпуск 3-4 (130-131). - С. 140-151 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 30%).

5. Федоришин Д.Д. Причини низькоомності порід-колекторів та оцінка характеру їх насичення в умовах нафтогазових родовищ України / Д.Д. Федоришин, С.Д. Федоришин, А.В. Старостін, Я.М. Коваль // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - Івано-Франківськ. - 2006. - №3(20). - С. 35-40 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 25%).

6. Федоришин Д.Д. Причини низькоомності порід-колекторів вуглеводнів міоценових відкладів газоконденсатних родовищ Більче-Волицької зони Карпатської нафтогазоносної провінції / Д.Д. Федоришин, С.Д. Федоришин, Я.М. Коваль // Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України. Міжнародна наукова конференція: Львів. - 2006.- С. 227-230 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 40%).

7. Федоришин Д.Д. Підвищення ефективності електричних досліджень свердловин низькоомних порід-колекторів нафтогазових родовищ / Д.Д. Федоришин, С.Д. Федоришин, Я.М. Коваль // Науковий вісник. - Івано-Франківськ. - 2006. - №2(14). - С. 32-36 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 35%).

8. Федоришин Д.Д. Основні геолого-промислові фактори, які обумовлюють високу електропровідність порід-колекторів / Д.Д. Федоришин, О.А. Гаранін, С.Д. Федоришин // Міжнародна науково-технічна конференція [“Ресурсозберігаючі технології у нафтогазовій енергетиці”]. - Івано-Франківськ. - 2007. - С. 10 (Особистий внесок - проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих даних, формулювання висновків, 45%).